高模量沥青混凝土在处理高速公路车辙中的应用.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流高模量沥青混凝土在处理高速公路车辙中的应用.精品文档.高模量沥青混凝土在处理高速公路车辙中的应用【摘 要】随着我国经济社会的不断发展，公路交通运输系统承载着越来越繁重的任务，人们也对高速高路的安全性和舒适性提出了更高的要求。目前绝大多数的高速公路沥青路面结构来说，路面会在建成之后几年的时间就会出现早期的病害。其中沥青路面的高温车辙问题显得尤为突出，车辙的出现严重影响了行车的舒适性，也影响了行车的安全。本文就是针对这一问题，提出用高模量沥青混合料来解决这一问题。【关键词】高速公路；车辙病害；高模量1、引言我国自改革开放以来公路建设取的了长足的发展，特别是高速公路的建设取的很大的成绩，目前我们国家的高速公路通车总里程已经位居世界第二。虽然是取的了很大的成绩，但是从现阶段来看我国的高速公路早期病害的现象还是比较普遍，其中车辙病害显得尤为突出。我国很多省市的夏天高温能到30左右，这样沥青路面由于吸热温度可以达到60。观测表明即使路表以下10cm的位置也能达到40左右。如果较长高温天气，在车辆荷载的反复作用下就会非常容易产生车辙问题。这是由于沥青是一种粘弹性材料，在温度较高的环境下沥青就会表现出一定的塑性体的性能，在同样的车辆荷载作用下，沥青路面就会产生比之前更大的变形，其中不可恢复的永久变形就形成了车辙。为解决这一问题人们尝试采用了不同的级配组合和沥青的类型，高模量沥青混合料的出现也是在这个背景下产生的。它在处理高速公路车辙问题方面表现出了很好的优越性。2、国内外的发展现状2.1 国外情况法国是较早研究高模量沥青的国家，在上世纪60年代，硬质沥青就已经在法国被应用。经过在法国十几年的发展高模量混凝土已经取得了很大的进步，在提高抗车辙性能的同时也在不断改进其疲劳性能、低温性能和耐久性。在1999年法国铺筑了一段高速试验路，进一步验证硬质沥青的各项路用性能的好坏。从结果来看取得了预期的效果。目前法国的高模量混凝土的利用率已经在50%以上。葡萄牙在上世纪90年代将高模量沥青混合料技术引入到其国内，经过几年的的反复使用已经证明了高模量沥青混凝土的较好的适用性2.2 国内情况我国对高模量沥青混凝土的研究起步比较晚，主要是借鉴国外的一些先进经验。其中中石化石油化工科学研究院和辽宁省高等级公路建设局研制的高模量沥青添加剂填补了我国在这一方面的空白。华南理工大学对高模量混凝土进行了详细的研究，研究的结果表明沥青混合料的模量越高出现的车辙深度就越小，这也表明高模量沥青混合料是处理高速公路车辙问题的一个很好的方法。3、高模量沥青胶结料研究3.1 概况沥青胶结料是一种粘弹性材料，在高温条件线表现出流体的特性，在低温条件先沥青有表现出弹性体的特性。高速公路对沥青胶结料提出了更高的要求，既要保证在高温条件下不发生车辙问题也要在低温条件下不发生开裂。高模量沥青胶结料就是为了解决车辙问题，因为沥青胶结料在沥青混合料中起到的非常重要的作用。3.2 提高沥青胶结料模量的途径1、使用低标号的沥青，法国在低标号沥青的研究方面做了大量的工作，要求沥青的针入度要在25以下。2、添加提高沥青模量的外掺剂，这些外掺剂通常是胶粉或者是聚乙烯等材料。这写外加剂可以添加的沥青之中形成高模量沥青也可以添加到骨料之中都能够起到提高沥青混合料模量的作用3、加入天然沥青岩或者是湖沥青，这类天然沥青可以很好的提高沥青混合料的高温性能。4、高模量沥青混合料配合比设计高模量路面在国外进行了几十年的发展，目前己经形成了专门的材料组成设计体系。在我国，对高模量沥青混凝土的研究还刚刚开始不长时间，意义道路科研院所和大学对高模量沥青混凝土的级配进行了初步的研究，对添加高模量添加剂的沥青混凝土的研究室比较少的，也没有形成完善的设计指南和规范要求。4.1 选取矿料级配通过对沥青路面的跟踪调差，高速公路的车辙病害主要是集中在路面的中面层，这是因为我们国家的沥青路面设计长久以来主要是考虑具有较好的水稳定性，为了提高沥青混合料的高温抗车辙能力，设计了ac-20.级配组成见表1.表1 级配组成级配类型通过率26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075ac-2010095.384.972.160.027.926.420.214.810.67.95.54.2 马歇尔参数确定马歇尔设计方法在我们国家得到了大规模的推广和使用。从实际的试验过程分析来看高模量沥青混合料的拌和温度需要较高，而且在常规的拌和时间下发现沥青混合料不能很好的拌和均匀，所以要时代那个的政绩沥青混合料的拌和时间，合理的提高沥青混合料的拌和温度。透过马歇尔试验成立马歇尔试件，测定沥青混合料的各项体积指标和稳定度、流值等。确定最终的油石比和级配组合。5、高模量沥青混合料的路用性能5.1 高温稳定性沥青混合料的高温稳定性是路用性能的一个重要指，也直接关系到车辙病害的发生。如果沥青混合料的高温稳定性不足就会产生一些列的病害，其中车辙病害是高温稳定性不足的一个重要表现形式。从目前世界范围来看，对沥青混合料高温稳定性的评价发发有很多，车辙试验、现场铺筑试验路、加速加载试验都是在国外利用比较普遍的。我们国家主要采用的就是60的车辙试验。5.1.1车辙试验分析车辙试验的结果可以对试验过程的各个加载时间段和车辙的深度进行详细的分析。车辙试验的动稳定度是车辙发展相对稳定阶段的斜率，可以表征车辙的发展变化情况，动稳定度不能够确定动态过程中曲线的具体位置。于是就提出了综合稳定指数这一概念，它考虑到了初期的压密和固结蠕变，合理的解释了动稳定度和永久变形量两种的冲突。5.1.2车辙试验过程车辙试验操作简单，而其数据直观，是目前我国规范要求的一种衡量沥青混合料高温稳定性好坏的一个方法。车辙试验的过程是首先碾压成型标准的车辙试件。将车辙试件在60条件下进行养护。养护时间满足时候，用轮压是0.7mp的实心轮往返运行。运行1h后系统会自动计算出动稳定度的数值。动稳定度按式计算。ds=(t1-t2)*n/（d2-d1）式中：ds动稳定度（次/mm）；d1对应时间t1时的变形量（mm）；d2对应时间t2时的变形量（mm）；n试验轮往返碾压速度，通常为42次/min。试验结果如表2表2 动稳定度试验结果类型沥青含量动稳定度（次/mm）ac-204.5%9902ac-204.5%9745试验结果看高模量沥青混合料具有很好的高温性能。5.2 低温抗裂性沥青路面在冬季低温环境下会产生温度应力，如果沥青混合料本身的低温抗裂性能不能够满足要求的话就会产生低温开裂。沥青混合料的变形性能无法满足由于温度下降对沥青混合料造成的拉力，如果这个拉力超过了材料本身的极限值就会对沥青路面造成破坏，这也就是造成了沥青路面的开裂。一旦在下雨天气，雨水通过开裂的缝隙渗入到开裂的路面中，就会形成路面的水损坏，导致路面的整体强度下降，路面的在使用年限之内就会坏掉。所以我们在兼顾高模量沥青混合料高温性能的同时也要合理的保证沥青混合料的低温抗裂性能能够满足路面的使用要求。合理评价沥青混合料的低温抗裂性能，对于改善沥青混合料路用性能、延长路面使用寿命具有重要意义。通过对沥青混合料的研究表明，沥青的性能对改善沥青混合料的低温性能起到了很大的作用。所以目前在实际工程中广泛的采用各种性能优越的改性沥青来提高沥青混合料的低温性能。我国目前采用低温弯曲梁试验来评价沥青混合料低温性能的好坏。5.2.1 小梁低温试验过程根据试验规程的要求制备车辙试件，将车辙试件通过切割机分切成将轮碾成型的车辙板试件切割成长250mm*30*200的小梁试件，在-10条件下养护。进行低温弯曲破坏试验，试验要得到沥青混合料的抗弯拉强度、破坏弯拉应变，计算破坏时的弯曲劲度模量和临界状态下混合料的弯曲应变能，来评价再生沥青混合料的低温抗裂性。计算公式为：式中，b、h和l分别为跨中断面试件的宽度、高度和试件跨径，mm；rb为试件破坏时的抗弯拉强度，mpa；为试件破坏时的最大弯拉应变；sb为试件破坏时的弯曲劲度模量，mpa。试验结果见表3。表3 低温试验结果项目类型沥青用量抗弯拉强度(mpa)破坏应变（）弯曲劲度模量(mpa)1ac-204.5%10.63447.63081.22ac-204.5%10.62545.94145.43ac-204.5%10.63334.33173.14ac-204.5%10.73155.83374.85ac-204.5%8.71959.04463.06ac-204.5%7.82524.03092.9从试验结果来看高模量沥青混合料也能具有很好的低温性能。5.3 水稳定性沥青路面在雨雪天气会，如果路表和内部排水不及时就会有过多的水分留在路面内部，这样在车里荷载的反复作用下，水会在沥青路面的内部空隙内来回的运动，如果沥青和集料的粘附性不好的话就会将沥青膜从集料表面冲刷下来。这样如果持续下去的话就会逐渐扩展为坑槽，坑槽的形成会进一步加剧沥青路面的水损害，坑槽会逐渐变大就会聚集更多的水，这样就形成了一个恶性循环。如果不及时采取措施的话影响到整个路面结构。水损害是目前我国高速公路上一个比较普遍的病害，也已经引起了人们的重视。所以在高模量沥青混合料设计时必要要保证其具有较好水稳定性。实验室主要采用的是冻融劈裂试验来验证沥青混合料的水稳定性。5.3.1 冻融劈裂试验过程冻融劈裂试验试验用劈裂强度比tsr来评价沥青混合料的水稳定性，tsr越大就表示沥青混合料的水稳定性越好。试验时需要制备马歇尔试件，分成两组。具体的试验过程为：1、准备标准马歇尔试件，冻融劈裂试验的击实次数为双面50次;2、将试件编号，并且分为两组，二组进行冻融循环和另外一组进行对比;3、二组试件在进行真空饱水；4、将二组试件放入塑料袋加入约10ml水，立即放入温度为-18的低温箱中;5、冷冻16h之后将试件取出，60的恒温水槽24h;6、最后将两组试件全部泡入25水中至少保温2h，然后取出试件进行劈裂试验。试验结果如表4.表4 tsr试验结果编号123456沥青含量（%）4.54.54.54.54.54.5类型ac-20ac-20ac-20ac-20ac-20ac-20未冻融强度（mpa）-9.63-7.7-8.54冻融强度(mpa）7.38-8.45-7.93-tsr92.50%从试验结果来看，高模量沥青混合料也具有很好的水稳定性。5.4 疲劳性能在公路的使用过程中，沥青路面要经受车辆荷载反复不断的作用，路面受力状况的不断变化会使得道路的强度不断降低。当路面的强度不足以承担这些车辆荷载时，路面就会产生疲劳破坏，常见的形式是出现网状裂纹。为了近大可能延长道路的使用寿命，同时也是为了节约宝贵的不可再生的砂石材料和沥青材料，要尽最大可能保证高模量沥青路面的使用设计年限。这就需要对对混合料的疲劳性能加以比较评价。目前，国内外应用现象学法进行疲劳试验的方法很多，归纳分为四种类型：1、铺试验路，用标准轴重的汽车在试验路上连续不断的运行，采集路面上的实际数据进行分析。目前运行较好的试验路是美国的aashto试验路；2、按照路面结构组合铺设路面在路面上模拟进行汽车的运行。这一类型典型的代表就是加速加载试验；3、试板试验法；4、小型疲劳试验。前面提到的方面要实际的运行投入的资金都比较大，从我国目前高模量沥青混合料的研究现状来看难以实现。为此我们国家一般推荐采用小型的疲劳试验，常见的是四点或者是三点梁疲劳试验。该试验可以在室内借助仪器方便的完成，节省了时间和投入。取得的数据也能很好的反映沥青混合料的疲劳性能。结论无论是通过近几年的研究还是实际的高模量沥青路面的铺筑，从结果来看高模量沥青混凝土的确起到了很好的抗车辙的作用。高模量沥青混合料在具有很好的高温稳定性的同时也能够具有较好的水稳定性和低温抗裂性。对于其疲劳性能和外掺剂的研发还行下一步研究的重点。参考文献1邱志雄,李晋峰.高模量沥青混合料在长陡坡沥青路面中的应用j.中外公路, 2006, 26 (3):105 107.2曹卫东,周海生,吕伟民.废橡胶颗粒改性沥青混合料的设计与性能j.建筑材料学报,2007.3张裕卿,黄晓明.沥青混合料高温变形特性试验方法综述j.山西建筑,2007,33 (4)