張孟冬

(京臺(tái)高速公路廊坊建設(shè)管理處　廊坊　065000)

高模量瀝青混凝土試驗(yàn)參數(shù)及配合比設(shè)計(jì)研究

張孟冬

(京臺(tái)高速公路廊坊建設(shè)管理處廊坊065000)

摘要選取了2種中粒式級(jí)配瀝青混合料為研究對(duì)象，通過試驗(yàn)，得出高模量瀝青混合料的干拌時(shí)間、拌和溫度、拌和時(shí)間、成型溫度的變化規(guī)律，確定了馬歇爾試件成型試驗(yàn)的參數(shù)。將2種不同級(jí)配、4種不同PR添加劑劑量交叉試驗(yàn)，可知加入PR添加劑的混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)要優(yōu)于普通瀝青混合料。

關(guān)鍵詞瀝青混凝土高模量配合比設(shè)計(jì)

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(guó)家試驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證了其力學(xué)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(jì)變形量降低，路面的各項(xiàng)技術(shù)性能都有很大的提高，延長(zhǎng)了瀝青路面的使用壽命[1]。

1　礦料級(jí)配的選取

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

表1　礦料級(jí)配組成

粗細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范中的要求[3-4]。

2　馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)的確定

2.1高模量改性劑的干拌時(shí)間

試驗(yàn)選用PRModulus摻量為0.5%的高模量改性劑(占整個(gè)混合料的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，油石比為4.3%，AC-20α是試驗(yàn)選用的級(jí)配曲線。選取0～30s每隔5s作為一個(gè)干拌時(shí)間段，170，165 ℃分別作為拌和與擊實(shí)溫度成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。將各個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)下的毛體積密度、飽和度、穩(wěn)定度指標(biāo)數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，結(jié)果見圖1。

3　結(jié)論

(1) 鹽漬土中同時(shí)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(qiáng)，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(shí)摻入石灰和水泥后，鹽漬土抗壓強(qiáng)度得到顯著提高，180d齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度比7d抗壓強(qiáng)度增加約406% ，水泥的加入使得改良鹽漬土的7d強(qiáng)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析，鹽漬土同時(shí)使用石灰和水泥共同改良質(zhì)量損失最小，抗凍性最好。

參考文獻(xiàn)

[1]馬吉倩.天津市濱海新區(qū)鹽漬土地基處治技術(shù)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009.

[2]耿恩朋.無機(jī)結(jié)合料加固細(xì)氯鹽漬土路用性能及其機(jī)理研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2006.

[3]JTGE40-2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4]JTGE51-2009公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)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(yīng)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(yīng)用分析[J].交通科技,2006(6):95-96.

a)毛體積密度與干拌時(shí)間關(guān)系圖b)飽和度與干拌時(shí)間關(guān)系圖c)穩(wěn)定度與干拌時(shí)間關(guān)系圖

圖1各項(xiàng)指標(biāo)隨干拌時(shí)間的變化

2.2拌和溫度

本試驗(yàn)仍采用級(jí)配AC-20α，油石比選擇4.3%，改性劑PR摻量0.5%，干拌時(shí)間15s，加熱溫度155～165 ℃，集料加熱溫度185 ℃，擊實(shí)溫度160 ℃，在以上條件下成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。拌和溫度分別選取165～180 ℃每隔5 ℃進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，記錄下觀測(cè)值，將試驗(yàn)結(jié)果繪制成關(guān)系圖，見圖2。

a)毛體積密度與拌和時(shí)間關(guān)系圖b)孔隙率與拌和溫度關(guān)系圖c)穩(wěn)定度與拌和溫度關(guān)系圖

圖2各項(xiàng)指標(biāo)隨拌和溫度的變化

圖2中穩(wěn)定度和毛體積密度隨拌和溫度的圖像都有一個(gè)最大值并且升高先增大后減小，臨界點(diǎn)在174 ℃左右；空隙率隨著拌和溫度的圖像有一個(gè)最小值數(shù)據(jù)規(guī)律是升高先減小，臨界點(diǎn)在173 ℃左右。綜合穩(wěn)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(xù)試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及最佳瀝青用量的確定

3.1馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在對(duì)馬歇爾干拌時(shí)間、拌和溫度、拌和時(shí)間、成型溫度確定的基礎(chǔ)上，分別對(duì)AC-20α和AC-20β 2種不同級(jí)配礦料的選用基質(zhì)瀝青(PR摻量0%)﹑各自摻加0.3%，0.6%，0.9%的PR瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)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(wěn)定度隨油石比的變化

由圖3可見，對(duì)于摻加了相同劑量添加劑的AC-20α和AC-20β型級(jí)配，后者的穩(wěn)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(zhì)瀝青相比較，前者的馬歇爾穩(wěn)定度要大于后者的。圖中的折線沒有出現(xiàn)最大值或者最小值，都是隨著橫坐標(biāo)的增加呈沒有比例的下降趨勢(shì)；對(duì)于混合料的2種級(jí)配而言，不論加入了多少劑量的高模量劑其穩(wěn)定度都達(dá)到了規(guī)范要求。一般情況下，對(duì)普通的瀝青混合料做馬歇爾試驗(yàn)時(shí)，其馬歇爾穩(wěn)定度隨著瀝青量的增大會(huì)先增大再減少，中間出現(xiàn)一個(gè)最大值[5-6]。但是從圖中可以看出明顯的對(duì)比，折線并沒有最大值的出現(xiàn)，這是因?yàn)樵诨旌狭习韬蜁r(shí)PR受熱軟化，壓實(shí)時(shí)充分填補(bǔ)了混合料當(dāng)中礦料顆粒之間的小空隙，產(chǎn)生了塑性變形，但是塑性變形不像彈性變形至溫度降低時(shí)還可以恢復(fù)，當(dāng)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(jié)力下降，從而使PR的嵌擠力下降，所以引起馬歇爾穩(wěn)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(duì)密度、混合料空隙率、飽和度、馬歇爾穩(wěn)定度和流值作為試驗(yàn)參照指標(biāo)。選用加入0.5%PR的AC-20β型級(jí)配瀝青混合料，通過綜合不同油石比指標(biāo)的變化來最終確定最佳瀝青用量。結(jié)果見表2。

表2　油石比與馬歇爾試驗(yàn)測(cè)量值(0.5%PR)

根據(jù)上圖符合要求的瀝青油量范圍，按規(guī)范進(jìn)行計(jì)算并根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件特性進(jìn)行調(diào)整，最終得到此次馬歇爾試驗(yàn)的最佳瀝青用量：

通過上式求得加入0.5%PR的AC-20β型級(jí)配瀝青混合料的最佳瀝青用量，將2種不同級(jí)配、4種不同的添加劑劑量做交叉試驗(yàn)，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(gè)指標(biāo)的數(shù)值。

對(duì)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。

表3　AC-20 α型最佳瀝青用量匯總

表4　AC-20 β型最佳瀝青用量匯總

4　結(jié)語

將2種不同級(jí)配、4種不同的添加劑劑量交叉做試驗(yàn)，得到AC-20α型和AC-20β型瀝青混合料不同添加劑摻量的情況下的最佳瀝青用量，以及最佳瀝青用量下馬歇爾各個(gè)指標(biāo)的數(shù)值。加入添加劑的混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)要優(yōu)于普通瀝青混合料，2種級(jí)配的瀝青混合料都滿足高模量瀝青混凝土的性能要求。

[1]彭玉華.PRPLASTS外加劑應(yīng)用研究[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2008，48(12)：73-77.

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]JTGE42-2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]JTJ052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2000.

[5]肖慶一，丙少權(quán)，王航,等.添加PRPLASTS抗車轍劑瀝青混合料試驗(yàn)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，28(7)：36-39.

[6]胡建福.摻PRPLAST.S瀝青混合料性能試驗(yàn)研究[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2006(8)：174-176.

收稿日期：2015-04-07

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.039