銅湯路面中面層聚酯纖維目標配合比設(shè)計(共14頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)銅黃高速公路（銅湯三標）銅黃高速公路（銅湯三標）中面層瀝青混合料（AC-20C）目標配合比設(shè)計及路用性能研究東東南大學交通學院南大學交通學院二二 OO 七年五月七年五月精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目目 錄錄 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1 研究背景研究背景20 世紀 90 年代以來，我國的高速公路從無到有，飛速發(fā)展，目前通車總里程已超過 3 萬公里。其中，瀝青路面以其良好的行車舒適性、優(yōu)異的使用性能、建設(shè)速度快和維修方便等特點在我國也得到了廣泛的應用。資料表明，國內(nèi)近期在建、重建的高速公路有 90%以上采用瀝青路面。鑒于高等

2、級公路在國民經(jīng)濟中的重要地位，瀝青路面的路用性能具有舉足輕重的意義，隨著新型面層材料、級配的問世和工程實踐的進一步深化，道路工程界開展了有關(guān)材料組成設(shè)計、材料性能等方面的研究。經(jīng)過近二十年的努力，我國在瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料、施工和檢測方面積累了大量的經(jīng)驗，取得了許多理論上的重大進展，并形成了一套完整的技術(shù)體系。雖然如此，國民經(jīng)濟的高速發(fā)展帶來的交通量迅速增長、車輛大型化、嚴重超載等現(xiàn)象使瀝青路面面臨著嚴峻的考驗，許多瀝青路面高速公路建成后不久就不能適應交通的需要，早期破壞的情況時有發(fā)生。瀝青路面早期破壞現(xiàn)象主要有兩種，其一為雨季出現(xiàn)的水損害，其二為高溫季節(jié)出現(xiàn)的車轍，前者更為常見。瀝青路面

3、發(fā)生早期破壞，除了施工工藝與質(zhì)量控制方面的原因之外，瀝青混合料設(shè)計不當，或者缺乏一個比較規(guī)范的混合料設(shè)計方法也是主要原因之一。影響瀝青混合料路用性能的因素主要有瀝青的性質(zhì)、集料性能、集料級配、集料與瀝青間的粘附性以及瀝青用量等，在瀝青和集料等原材料確定的情況下，要設(shè)計路用性能優(yōu)越的瀝青混合料就必須根據(jù)所設(shè)瀝青混合料面層的受力特性和功能要求通過設(shè)計合理的級配和選擇合適的瀝青用量以滿足設(shè)計要求。本研究就是在這一指導思想下，在選擇優(yōu)質(zhì)的材料使其技術(shù)指標均滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范 （JTG F40-2004）的基礎(chǔ)上，對銅黃高速公路中面層瀝青混凝土進行配合比優(yōu)化設(shè)計，從而使設(shè)計的瀝青路面具有良好的

4、路用性能。2 原材料性能測試原材料性能測試優(yōu)質(zhì)的原材料是保證瀝青混合料具有優(yōu)良路用性能的先決條件，為了滿足氣候環(huán)境與交通對路用性能的要求，必須做好原材料的選擇。本研究通過測試瀝青、粗集料、細集料和礦粉等材料的性能和技術(shù)指標來檢測材料是否滿足規(guī)范要求，從而完成原材料的選擇。2.1 瀝青瀝青拌制瀝青混合料所用的瀝青材料其技術(shù)要求隨氣候條件、交通情況、瀝青混合料的類型和施工條件等因素而異，銅黃高速（銅湯三標）中面層瀝青混凝土采用環(huán)宇 SBS 改性瀝青，其技術(shù)指標基本滿足 JTG F40-2004公路瀝青路面精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)施工技術(shù)規(guī)范 ，也滿足銅黃高速（銅湯三標）的招標文件

5、，實測技術(shù)指標見表1： 表 1 環(huán)宇環(huán)宇 SBS 改性瀝青的試驗指標與技術(shù)改性瀝青的試驗指標與技術(shù)要求檢驗項目試驗指標技術(shù)要求檢測方法針入度（25，100g，5S）(0.1mm)515070針入度指數(shù) PI +0.29-0.2T0604延度（5cm/min,5）(cm) 3530T0605軟化點（環(huán)球法） （）8970T0606運動粘度 135 (Pa.s)2.43T0625閃點（COC）() 320230T0611溶解度（三氯乙烯） （）99.8499T0607彈性恢復(25)9775T0662貯存穩(wěn)定性離析,48h 軟化點差1.02.0T0661質(zhì)量損失（） +0.010.8T0609針入

6、度比 25（）8665T0604旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗 163，5h延度（5） （cm）2315T0605密度（15） （g/cm3）1.0301.0T0603動力粘度 60(Pa.s) 177275000T0620Superpave 性能等級PG76-22PG76-22AASHTO M320-032.2 集料集料集料是瀝青混合料的關(guān)鍵材料之一，其力學性能是決定混合料強度特性的最重要因素，它的顆粒形狀不僅影響混合料的構(gòu)架，也直接關(guān)系到混合料的抗車轍能力與抗疲勞性能等材料特性，此外，集料與瀝青的粘附等級對混合料強度的形成也起關(guān)鍵作用，因此選擇優(yōu)質(zhì)的集料是瀝青混合料具有優(yōu)良路用性能的重要保證。粗、細集料

7、的試驗指標分別見表 2、表 3：表 2 石灰?guī)r粗集料的試驗指標與技術(shù)要求試驗項目試驗指標技術(shù)要求試驗方法壓碎值(%)25.126T0316-2000洛杉磯磨耗損失()19.926T0317-2000視密度(g/cm3)2.7262.60吸水率()0.132.0T0308-2000與瀝青的粘附性(級)44T0616-1993針片狀含量()9.615T0312-2000堅固性1.712T0314-2000軟石含量2.93T0320-2000水洗法0.075mm（）0.901.0T0302-2000精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)表 3 石灰?guī)r細集料的試驗指標與技術(shù)要求試驗項目試驗指標技術(shù)

8、要求試驗方法視密度（g/cm3）2.7112.60T0330-2000堅固性3.712T0334-1994砂當量（）77.075T0340-19942.3 礦粉礦粉瀝青混合料的填料宜采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強基性巖石等石料經(jīng)磨細得到的礦粉，銅黃高速公路（銅湯三標）所采用的石灰石礦粉技術(shù)指標均滿足規(guī)范的技術(shù)要求，實測試驗指標見表 4：表 4 礦粉的試驗指標與技術(shù)要求試驗項目試驗指標技術(shù)要求試驗方法視密度（g/cm3）2.6682.50T0352-2000含水量(%)0.21.0T0332-19940.6mm(%)1001000.15mm(%)95.190100粒度范圍8.020501. 油石比與各

9、項指標的關(guān)系曲線圖油石比與各項指標的關(guān)系曲線圖 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2.3302.3402.3502.3602.3702.3802.3902.4002.4102.4203.03.54.04.55.05.56.0油石比（）毛體積密度（g/cm3）毛體積密度變化曲線圖 2 油石比與毛體積密度關(guān)系曲線0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.03.03.54.04.55.05.56.0油石比（）空隙率（）空隙率變化曲線圖 3 油石比與空隙率關(guān)系曲線 45.050.055.060.065.070.075.080.085.03.03.54.04.55.05.56.0

10、油石比（）飽和度（）飽和度變化曲線 圖 4 油石比與飽和度 VFA 關(guān)系曲線精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)10.010.511.011.512.012.513.013.514.014.515.03.03.54.04.55.05.56.0油石比（）穩(wěn)定度（kN）穩(wěn)定度變化曲線圖 5 油石比與穩(wěn)定度關(guān)系曲線2025303540455055603.03.54.04.55.05.56.0油石比（）流值（0.1mm）流值變化曲線 圖 6 油石比與流值關(guān)系曲線2最佳油石比的確定最佳油石比的確定由上圖中曲線及瀝青混合料技術(shù)標準可知，密度沒有出現(xiàn)最大值，直接取目標空隙率 4.0%對應的油石比為最佳

11、瀝青用量的初始值 OAC1，即OAC1=4.55%。由圖中曲線可知，各項指標均符合瀝青混合料技術(shù)標準的油石比范圍為：4.254.95，即 OACmin4.25，OACmax4.95則中值OAC2=（OACminOACmax）/2（4.254.95）/24.60。取 OAC1 和 OAC2的中值為最佳油石比，即定最佳油石比OAC=（OAC1OAC2）/2（4.554.60）/24.6。4.2 水穩(wěn)定性試驗水穩(wěn)定性試驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性是指抵抗受水侵蝕后逐漸產(chǎn)生的瀝青膜剝落、掉粒和坑槽等破壞的能力。評價水穩(wěn)定性試驗的方法是測定瀝青混合料在浸水前后精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)力學性能

12、的變化，以浸水后的力學性質(zhì)和原性質(zhì)的對比作為對剝落的間接量度，瀝青混合料在飽水的情況下強度降低越小，說明水穩(wěn)定性越好。本研究中采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。4.2.1 浸水馬歇爾試驗浸水馬歇爾試驗瀝青混合料分別采用最佳油石比成型的試件在 60恒溫水槽中的保溫時間為 48h，其余試驗方法均與標準馬歇爾試驗相同。試件的浸水殘留穩(wěn)定度根據(jù)下式計算： . （1）10010MSMSMS式中：MS0試件的浸水殘留穩(wěn)定度，%；MS1試件浸水 48h 后的穩(wěn)定度， kN；MS試件的穩(wěn)定度，kN。表 7 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果瀝青混合料類型正常穩(wěn)定度（kN）浸水穩(wěn)定度（kN）

13、殘余穩(wěn)定度（%）技術(shù)要求（%）AC-20C 加纖維13.611.685.785 如上表所示，本次設(shè)計的瀝青混凝土級配類型混合料的浸水殘余穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求。4.2.2 真空飽水凍融循環(huán)劈裂強度試驗真空飽水凍融循環(huán)劈裂強度試驗該試驗采用馬歇爾擊實法成型圓柱體試件，擊實次數(shù)為正反兩面各 50 次。試驗時，將試件隨機分為兩組，每組 4 個，將第二組試件以標準的飽水試驗方法真空飽水，再放入塑料袋中加入約 10ml 水，扎緊袋口，將試件放入-18的冰箱保持 16h，取出試件立即放入已保持為 60的恒溫水槽中，撤去塑料袋，保持 24h。然后，將兩組試件全部浸入溫度 25的恒溫水槽中 2h。取出試件立即進行

14、劈裂試驗，求得最大荷載，凍融劈裂抗拉強度比按下式計算： . （2） 10012TTRRTSR式中：TSR凍融劈裂強度比，；RT2凍融循環(huán)后第二組試件的劈裂抗拉強度，MPa；RT1未凍融循環(huán)的第一組試件的劈裂抗拉強度，MPa。瀝青混合料分別采用最佳油石比成型試件，凍融劈裂強度試驗結(jié)果見下表：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)表 8 瀝青混合料凍融劈裂強度試驗結(jié)果瀝青混合料類型RT1(MPa)RT2(MPa)TSR（%）技術(shù)要求（%）AC-20C 加纖維0.810.7086.580如上表所示，本次設(shè)計的瀝青混凝土級配類型混合料的凍融劈裂強度比滿足規(guī)范要求。4.3 劈裂強度試驗劈裂強度試驗劈

15、裂試驗是對規(guī)定尺寸的圓柱體試件通過一定寬度的圓弧形壓條施加荷載，將試件劈裂直至破壞，測定其劈裂抗拉強度和破壞勁度模量。瀝青混合料采用最佳油石比成型標準馬歇爾試件，試驗條件符合瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程 （JTJ0522000）的要求，劈裂強度試驗結(jié)果見下表：表 9 瀝青混合料劈裂強度試驗結(jié)果（15）瀝青混合料類型劈裂抗拉強度 RT(MPa)破壞拉伸應變 T (*10-2)破壞勁度模量 ST(MPa)AC-20C 加纖維0.783.3354.5如上表所示，本次設(shè)計的瀝青混凝土級配類型混合料的劈裂強度和勁度模量均較小，而破壞拉伸應變較大。4.4 車轍試驗車轍試驗為了模擬瀝青路面在車輪的反復作用下產(chǎn)生

16、車轍的情況，在試驗室采用一個小型車輪在瀝青混合料板塊試件上進行往返行走試驗，從而使板塊試件形成象實際瀝青路面那樣的轍槽，這種試驗方法稱為車轍試驗。車轍試驗是評價瀝青混合料抗車轍能力的較簡單和有效的試驗方法。該試驗依據(jù)公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程 （JTJ052-2000）的要求并考慮到混合料均為粗粒式瀝青混合料將瀝青混合料成型為 300mm300mm60mm 的板式試件，在同一軌道上60溫度下，以輪壓為 0.7MPa 的實心橡膠輪作一定時間的反復碾壓，形成車槽，以轍槽深度（總變形量）RD 和動穩(wěn)定度 DS（每產(chǎn)生 1mm 轍槽所需的碾壓次數(shù)）作為瀝青混合料的抗車轍能力的評價指標。瀝青混合料

17、試件的動穩(wěn)定度按下式計算： .（3）211212CCddNttDS式中：DS瀝青混合料的動穩(wěn)定度，次/mm； d1對應時間 t1 的變形量，mm； d2對應時間 t2 的變形量，mm；精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) C1試驗機類型修正系數(shù)； C2試件系數(shù)； N試驗輪往返碾壓速度，通常為 42 次/min。瀝青混合料采用試驗室確定的最佳油石比成型試件，在 60溫度下進行車轍試驗，其試驗結(jié)果見下表：表 10 車轍試驗結(jié)果瀝青混合料類型動穩(wěn)定度 DS(次/mm)總變形量 d2(mm)AC-20C 加纖維45732.460技術(shù)要求3000如上表所示，本次設(shè)計的瀝青混凝土級配類型混合料的車轍

18、動穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求，總變形量也在合理范圍內(nèi)。4.5 滲水試驗滲水試驗在瀝青混合料配合比設(shè)計階段進行瀝青混合料的滲水試驗是非常重要的。試驗方法主要參照 T0730-2000，混合料試件即采用按輪碾法制作的車轍板。在試驗過程中，應仔細觀察滲水的情況正常情況下水應通過混合料的內(nèi)部空隙從試件的反面及四周滲出，如果水是從底座與密封材料間滲出，說明底座與試件密封不好，應另采用干燥試件重新操作。對 AC-20C 瀝青混合料的車轍板進行滲水試驗，結(jié)果表明試驗時水面下降至一定程度后基本保持不動(即只填充了儀器與試件之間的空隙)，說明試件基本不透水，具有較好的不透水性。影響瀝青路面滲水性的原因，包括：瀝青用量、

19、集料級配(密實型和骨架型)和空隙率等。從根本上看，瀝青路面的滲水性與其空隙率有著直接關(guān)系，瀝青用量和集料級配是通過影響空隙率的大小來影響其滲水性的，是間接的影響因素。一般來說：瀝青混合料的空隙率小于 4%時，基本上是不透水的；當空隙率超過7%時，該結(jié)構(gòu)層屬于透水的。在施工中，也是通過控制空隙率的大小來改變?yōu)r青混合料的透水性的。最佳油石比下，本試驗中混合料的空隙率控制在 4.0%左右，又由于纖維的添加必然對混合料內(nèi)部空隙產(chǎn)生分割堵塞作用，使聯(lián)通空隙大為減少。按照前面的觀點，屬于不透水的，與試驗結(jié)果相符。4.6 試驗小結(jié)試驗小結(jié)現(xiàn)將瀝青混合料性能的試驗結(jié)果和技術(shù)要求整理于下表：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為

20、你奉上專心-專注-專業(yè)表 12 中面層中面層實測試驗結(jié)果和技術(shù)要求 瀝青混合料類型指標和試驗結(jié)果AC-20C 加纖維規(guī)范要求試驗方法最佳油石比(%)4.6空隙率(%)4.33.06.0T0708礦料間隙率（%）14.613T0708飽和度（%）70.46575T0708穩(wěn)定度（kN）13.58T0709流值（0.1mm）372050T0709浸水殘余穩(wěn)定度 MS0(%)85.785T0709水穩(wěn)性能凍融劈裂強度比 TSR(%)86.580T0729動穩(wěn)定度 DS(次/mm)45733000車轍試驗總變形量 d2(mm)2.460T0719劈裂抗拉強度 RT(MPa)0.78破壞拉伸應變 T (

21、*10-2)3.33劈裂強度試驗破壞勁度模量 ST(MPa)54.5T0716滲水試驗滲水系數(shù)（ml/min）不滲水100T0730試驗結(jié)果分析：（1）銅黃高速公路(銅湯三標) 中面層瀝青混凝土 AC-20C 加纖維目標配合比確定的最佳油石比為 4.6。研究過程中采用的性能試驗的試驗結(jié)果表明，在最佳油石比條件下成型的瀝青混合料各項路用性能指標均能較好的滿足 JTG F402004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的技術(shù)要求。（2）本報告供施工單位施工時參照使用，瀝青混合料的透水性及施工和易性應通過鋪筑試驗路做進一步評價。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)參考文獻參考文獻1 沈金安瀝青及瀝青混合料路用性能研究M北京：人民交通出版社，20012 沙慶林高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預防M北京：人民交通出版社，20013 William R.Vavrik，William J.Pine，Samuel H.Carpenter.Aggregate Blending for Asphalt Mix Desig