高模量瀝青混凝土試驗參數及配合比設計研究

2015-12-21 03:22:47張孟冬

交通科技 2015年4期

張孟冬

(京臺高速公路廊坊建設管理處　廊坊　065000)

張孟冬

(京臺高速公路廊坊建設管理處廊坊065000)

摘要選取了2種中粒式級配瀝青混合料為研究對象，通過試驗，得出高模量瀝青混合料的干拌時間、拌和溫度、拌和時間、成型溫度的變化規律，確定了馬歇爾試件成型試驗的參數。將2種不同級配、4種不同PR添加劑劑量交叉試驗，可知加入PR添加劑的混合料各項性能指標要優于普通瀝青混合料。

關鍵詞瀝青混凝土高模量配合比設計

高模量瀝青混凝土 (HMAC)是在瀝青混合料中加入了高模量劑，許多國家試驗已經驗證了其力學性能較一般的瀝青混合料有明顯的提高，在車輛荷載作用下路面的累計變形量降低，路面的各項技術性能都有很大的提高，延長了瀝青路面的使用壽命[1]。

1　礦料級配的選取

大量研究表明[2]，瀝青路面車轍主要發生在瀝青路面中面層，為此選取2種中粒式級配AC-20為研究對象，即AC-20α和AC-20β，通過試驗研究高模量瀝青混凝土是否有良好的高溫抗車轍性。試驗用2種瀝青混合料礦料合成級配，見表1。

表1　礦料級配組成

粗細集料技術指標均滿足相關規范中的要求[3-4]。

2　馬歇爾試驗參數的確定

2.1高模量改性劑的干拌時間

試驗選用PRModulus摻量為0.5%的高模量改性劑(占整個混合料的質量分數)，油石比為4.3%，AC-20α是試驗選用的級配曲線。選取0～30s每隔5s作為一個干拌時間段，170，165 ℃分別作為拌和與擊實溫度成型標準馬歇爾試件。將各個時間點對應下的毛體積密度、飽和度、穩定度指標數據繪制成曲線圖，結果見圖1。

3　結論

(1) 鹽漬土中同時摻入石灰和水泥后，水泥的加入使得鹽漬土耐久性、抗凍性明顯增強，說明水泥的摻入提高了石灰改良鹽漬土的耐久性，有效減少鹽漬土路基病害。

(2) 在鹽漬土中同時摻入石灰和水泥后，鹽漬土抗壓強度得到顯著提高，180d齡期時的抗壓強度比7d抗壓強度增加約406% ，水泥的加入使得改良鹽漬土的7d強度提高幅度很大，說明早期在鹽漬土中加入水泥改良效果最好。

(3) 通過對試驗結果分析，鹽漬土同時使用石灰和水泥共同改良質量損失最小，抗凍性最好。

參考文獻

[1]馬吉倩.天津市濱海新區鹽漬土地基處治技術研究[D].西安：長安大學，2009.

[2]耿恩朋.無機結合料加固細氯鹽漬土路用性能及其機理研究[D].西安：長安大學,2006.

[3]JTGE40-2007公路土工試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4]JTGE51-2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2009.

[5]王彥剛.改善鹽漬土在路面基層中的應用[J].交通科技,2010(5):74-75.

[6]袁香菊.淺談路基改良土的改良方法及應用分析[J].交通科技,2006(6):95-96.

a)毛體積密度與干拌時間關系圖b)飽和度與干拌時間關系圖c)穩定度與干拌時間關系圖

圖1各項指標隨干拌時間的變化

2.2拌和溫度

本試驗仍采用級配AC-20α，油石比選擇4.3%，改性劑PR摻量0.5%，干拌時間15s，加熱溫度155～165 ℃，集料加熱溫度185 ℃，擊實溫度160 ℃，在以上條件下成型標準馬歇爾試件。拌和溫度分別選取165～180 ℃每隔5 ℃進行馬歇爾試驗，記錄下觀測值，將試驗結果繪制成關系圖，見圖2。

a)毛體積密度與拌和時間關系圖b)孔隙率與拌和溫度關系圖c)穩定度與拌和溫度關系圖

圖2各項指標隨拌和溫度的變化

圖2中穩定度和毛體積密度隨拌和溫度的圖像都有一個最大值并且升高先增大后減小，臨界點在174 ℃左右；空隙率隨著拌和溫度的圖像有一個最小值數據規律是升高先減小，臨界點在173 ℃左右。綜合穩定度、毛體積密度，以及空隙率隨著溫度的變化曲線上的最佳溫度，選擇的在后續試驗中混合料的最佳拌和溫度為170～175 ℃，高模量混凝土混合料拌和溫度要高于普通瀝青混合料10～15 ℃。

3　馬歇爾實驗結果及最佳瀝青用量的確定

3.1馬歇爾實驗結果分析

在對馬歇爾干拌時間、拌和溫度、拌和時間、成型溫度確定的基礎上，分別對AC-20α和AC-20β 2種不同級配礦料的選用基質瀝青(PR摻量0%)﹑各自摻加0.3%，0.6%，0.9%的PR瀝青混合料進行馬歇爾試驗，試驗結果見圖3。

a)AC-20α型瀝青混合料b)AC-20β型瀝青混合料

圖3AC-20α和AC-20β型瀝青混合料穩定度隨油石比的變化

由圖3可見，對于摻加了相同劑量添加劑的AC-20α和AC-20β型級配，后者的穩定度要大于前者；摻加了PR的瀝青混合料與沒有摻加PR的基質瀝青相比較，前者的馬歇爾穩定度要大于后者的。圖中的折線沒有出現最大值或者最小值，都是隨著橫坐標的增加呈沒有比例的下降趨勢；對于混合料的2種級配而言，不論加入了多少劑量的高模量劑其穩定度都達到了規范要求。一般情況下，對普通的瀝青混合料做馬歇爾試驗時，其馬歇爾穩定度隨著瀝青量的增大會先增大再減少，中間出現一個最大值[5-6]。但是從圖中可以看出明顯的對比，折線并沒有最大值的出現，這是因為在混合料拌和時PR受熱軟化，壓實時充分填補了混合料當中礦料顆粒之間的小空隙，產生了塑性變形，但是塑性變形不像彈性變形至溫度降低時還可以恢復，當瀝青的量隨之增多，礦料和改性劑被瀝青覆蓋得越來越厚，粘結力下降，從而使PR的嵌擠力下降，所以引起馬歇爾穩定度隨著油石比的增加而下降。

3.2最佳瀝青用量的確定

本研究以油石比、毛體積相對密度、混合料空隙率、飽和度、馬歇爾穩定度和流值作為試驗參照指標。選用加入0.5%PR的AC-20β型級配瀝青混合料，通過綜合不同油石比指標的變化來最終確定最佳瀝青用量。結果見表2。

表2　油石比與馬歇爾試驗測量值(0.5%PR)

根據上圖符合要求的瀝青油量范圍，按規范進行計算并根據當地的氣候條件特性進行調整，最終得到此次馬歇爾試驗的最佳瀝青用量：

通過上式求得加入0.5%PR的AC-20β型級配瀝青混合料的最佳瀝青用量，將2種不同級配、4種不同的添加劑劑量做交叉試驗，再依照以上的步驟來確定其他瀝青混合料的最佳瀝青用量。表3和表4分別是AC-20α型和AC-20β型瀝青混合料不同添加劑摻量情況下的最佳瀝青用量，以及最佳瀝青用量下馬歇爾各個指標的數值。

對于AC-20α和AC-20β 2種瀝青混合料，其最佳瀝青用量也隨著PR從0%到0.9%的過程中逐漸增大。