城市道路中掺加抗车辙剂的沥青混合料配合比设计分析

来源:用户上传      作者:

　　摘要： 随着城市道路大流量、大轴载和渠化交通特点表现得越来越突出，沥青路面特别是道路路口及公交港湾在高温和持续荷载作用下，产生显著的永久变形并累积形成车辙。沥青路面车辙的出现将严重影响路面结构的服务能力，不但直接影响到路面的平整度和行车安全性，而且由于轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，将会进一步诱发其它病害，影响沥青路面的使用品质和使用寿命。
　　目前，一种新的外加改性产品开始应用于沥青面层提高沥青混合料的高温稳定性。山东省济南市文化路改造工程率先在沥青中面层中外加抗车辙剂，进行了掺加了车辙王抗车辙剂的AC-20沥青混合料配合比的设计，采用了一套完整的施工工艺及质量控制措施，实现了掺加抗车辙剂的沥青混合料的成功铺筑。
　　关键词： 沥青混合料；车辙王抗车辙剂；高温稳定性；
　　
　　1.工程概况：文化路西起经七路（杆石桥），东至二环东路，全长5880米，以历山路为界，分为文化西路、文化东路。贯穿历下、市中两个行政区。随着城市建设的不断推进，目前该路已成为汇集大型医疗单位、大专院校、机关企事业单位、居民社区、商业网点的城市交通要道。济南属于暖温带气候区，由于所处的地理位置，形成了夏热冬冷、四季分明的大陆性季风气候。文化路处于东西交通枢纽地带，车流量很大。快车道面层采用6cmAC-25+5cmAC-20+3cmSMA-13结构，在AC-20、SMA-13沥青混合料中掺加抗车辙剂改善沥青混合料的高温稳定性。
　　2.配合比设计
　　2.1原材料
　　1）深圳海川工程科技有限公司开发的车辙王抗车辙剂，其基本特性见表1。
　　
　　
　　一是胶结作用。添加剂投入沥青混合料的拌和设备中,在170～180℃的温度下,首先通过与矿料干拌,使它软化,继续加入沥青拌和后,通过部分聚合物的溶解与沥青形成胶结作用,使沥青性能得到改善。提高了沥青的软化点,降低了对温度的敏感性,增加了沥青与矿料的粘附能力。
　　二是加筋作用。由于聚合物纤维的存在,它在级配骨架内部搭桥而形成加筋。并且它在胶结料中形成网状,加强了沥青矿粉胶结料体系相互作用力和整体性。
　　三是嵌挤作用。添加剂颗粒在施工过程中经过碾压后，添加剂的颗粒填充嵌挤到级配骨架的空隙中,加强了混合料之间的相互作用力,使混合料结构更加紧密,增加了沥青混合料在高温下承受荷载的能力。
　　2）沥青结合料
　　齐鲁石化产A级70号沥青。
　　3）集料
　　济南产石灰岩碎石，石灰岩矿粉。
　　原材料的各项指标满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。
　　2.沥青混合料矿料级配
　　该工程中面层混合料级配类型为AC-20型沥青混合料，矿料级配及级配曲线见表1、图1。
　　
　　
　　3.马歇尔试验
　　配合比设计采用马歇尔方法进行最佳沥青用量设计。为验证抗车辙剂对沥青混合料的效果，设计分别采用不加抗车辙剂、掺加0.3%、0.4%的抗车辙剂进行设计。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的相关试验方法，在拌和温度为165℃，击实温度为145℃下进行马歇尔试验，并对沥青混合料的动稳定度、冻融劈裂和低温弯曲进行测试。试验结果见表3。
　　马歇尔试验结果 表3
　　项目 最佳沥青用量(%) 密度（g/cm3） 空隙率
　　（%） VMA
　　（%） VFA
　　（%） 稳定度（KN） 流值
　　(0.1mm)
　　AC-20 4.4 2.402 44 15.2 69.8 9.26 3.24
　　AC-20(掺加0.3%抗车辙剂) 4.4 2.414 4.3 14.8 70.9 9.79 2.83
　　AC-20(掺加0.4%抗车辙剂) 4.5 2.419 4.3 14.3 67.9 10.21 2.66
　　AC-20型
　　规范推荐值 - - 4～6 ≥13.5 65～75 ≥8 1.5～4
　　 掺加抗车辙剂的沥青混合料，掺加0.3%、0.4的抗车辙剂的沥青混合料最佳沥青用量与普通沥青混合料相比，增加0.1%、0.2%。三种沥青混合料的各项物理、力学性能指标均符合要求。
　　4路用性能测试
　　4.1高温车辙性能
　　分别对掺加0.3%、0.4%的抗车辙剂的沥青混合料进行规范规定的60℃的车辙试验，试验结果见表4。
　　
　　
　　通过上表可以看出，掺加抗车辙剂后，抗车辙性能都显著提高。对于常规的沥青面层，普通沥青混合料的动稳定度达到2000次/mm以上，掺量为0.3%的沥青混合料的动稳定度可以达到5000次/mm以上，掺量为0.4%的沥青混合料的动稳定度可以达到7000次/mm以上，很大程度上提高了沥青混合料的高温抗车辙性能。
　　4.2抗水损坏性能
　　 根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求，用冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性。其试验结果见表5。
　　
　　
　　
　　通过上表可以看出，掺加抗车辙剂后，劈裂强度绝对值和冻融劈裂残留强度比都得到了提高，说明掺加抗车辙剂的沥青混合料对提高混合料的水稳定性有很大作用。
　　4.3低温抗裂性能
　　对密级配沥青混合料在温度-10℃、加载速率50mm/min 的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，评价沥青混合料的低温抗裂性能。试验结果见表6。
　　抗低温弯曲性能（-10℃）表6
　　
　　
　　通过上表可以看出，掺加抗车辙剂后，弯拉强度和劲度模量指标有所提高，但提高幅度不大，弯拉应变等指标变化不大，说明沥青混合料添加剂对沥青混合料的低温性能没有影响。
　　 根据济南市文化路重载交通量大，夏季高温等特点及路面中面层系抗车辙关键层的特点，经全面的技术经济比较，选择在全线沥青面层的中面层中掺加0.3%的抗车辙剂。
　　5.生产配合比验证
　　为进一步对掺加抗车辙剂的沥青混合料的室内配合比设计结果进行验证，在试验路铺筑过程中对相关指标进行了检测。
　　考虑到抗车辙剂在高温条件下与矿料之间的熔融过程，拌和时间确定为干拌10s，湿拌不低于35s。拌和站混合料的出场温度宜控制在160～170℃，初压温度保证不低于150℃，初压采用12t钢轮压路机，静压1遍，复压钢轮压路机振动碾压3遍，26 t胶轮压路机紧跟碾压3遍，终压采用10 t钢轮压路机静压1遍，消除轮迹。据此施工工艺铺筑的沥青路面达到了平整、密实、均匀的碾压效果。
　　
　　
　　表7是试验路铺筑过程中从拌和楼取样及路面现场的试验结果，与室内拌和的试验结果比较，空隙率、沥青饱和度等体积指标及压实度、动稳定度试验结果都较好地达到了设计要求；对抽取的混合料进行抽提试验，在烘干的矿料中可以看到，抗车辙剂已被拉丝成塑料纤维状，且均匀分布于矿料中，部分地起到了纤维加筋作用，也进一步改善了沥青混合料的高温抗变形能力。因此，二者的试验结果表明，添加抗车辙剂沥青混合料的室内配合比设计结果可以较好地指导沥青路面施工的需要。通过配合比验证，添加0.3%抗车辙剂的AC-20沥青混合料配合比满足生产、施工、路面抗车辙性能，可以用于该工程。
　　 6 结术语
　　6.1提出了掺加抗车辙剂的沥青混合料的配合比设计方法，为掺加抗车辙剂的沥青混合料的使用性能进行室内设计提供了可行的方法。
　　6.2抗车辙剂沥青混合料的室内配合比设计除了将拌和时间适当延长、马歇尔试验过程中的温度高于普通沥青混合料外，其它设计步骤与常规方法相同。
　　6.3掺加抗车辙剂可显著提高中面层沥青混合料的高温性能，并能满足抗水损害性能及低温抗裂性能；
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-601828.htm