夏熱冬寒區(qū)道路瀝青混合料的配合比設(shè)計

1、.夏熱冬寒區(qū)道路瀝青混合料的配合比設(shè)計2010年7月第7期城市道橋與防洪道路交通19夏熱冬寒區(qū)道路瀝青混合料的配合比設(shè)計高勝利,魏鵬,陳玲.,馬林.(1.天津城建設(shè)計院有限公司,天津300073;2.天津市公路工程設(shè)計研究院,天津300211;3.天津第一市政公路工程有限公司,天津300000)摘要:瀝青混合料配合比設(shè)計是瀝青路面施工過程中一項十分重要的工作.不同的氣候條件,環(huán)境條件以及交通量大小對配合比設(shè)計的原則和目標均有較大的影響.特別是對于寒區(qū)道路瀝青路面的配合比設(shè)計,在滿足混合料低溫性能要求的前提下,還要兼顧其高溫性能.該文以塘漢快速路的瀝青路面配合比設(shè)計為實例來討論寒區(qū)道路瀝青混合料

2、配合比設(shè)計的特點.關(guān)鍵詞:夏熱冬寒區(qū)道路;瀝青混合料;配合比設(shè)計;高低溫性能;塘漢快速路中圖分類號:U416.217文獻標識碼:B文章編號:10097716(2010)070019030前言瀝青路面因其特有的表面平整,行車舒適,噪聲低,施工期短等優(yōu)點,在我國大部分的高速公路及城市道路的建設(shè)中得到了廣泛的應用.但隨著我國社會經(jīng)濟和交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展,道路交通流量迅猛增加,特別是重載車輛的增多,使得很多新建的瀝青路面過早地出現(xiàn)裂縫,車轍等病害,早期損壞嚴重,交通服務(wù)能力降低,而這些問題在我國一些氣候環(huán)境惡劣的地區(qū)則更加突出.瀝青混合料配合比設(shè)計是整個瀝青路面設(shè)計建設(shè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié),設(shè)計的成敗決定

3、了瀝青路面建成后的各項使用性能.配合比設(shè)計的各環(huán)節(jié)都需要綜合考慮各方面的影響因素,針對相應地區(qū)的道路特點,兼顧混合料的各項使用性能,這一點在夏熱冬寒區(qū)道路的瀝青路面設(shè)計中顯得尤為重要.1夏熱冬寒區(qū)瀝青路面病害特點夏熱冬寒區(qū)道路特有的氣候環(huán)境特點夏季炎熱冬季寒冷,季節(jié)溫差大,晝夜溫差大,由其造成的路面病害類型多樣,既有高溫和重載共同作用帶來的車轍問題,也有低溫及溫差帶來的裂縫問題,并且產(chǎn)生相應的水損害.1.1高溫車轍近年來,夏熱冬寒區(qū)道路夏季的氣溫一般保收稿日期:2010一o416作者簡介:高勝利(1972一),男,江蘇人,高級工程師,從事道路工程設(shè)計工作.持在較高的水平,并持續(xù)較長時間,加上重

4、載車的作用,不可避免地出現(xiàn)了車轍破壞.車轍的出現(xiàn)不僅影響了路面平整度,而且還削弱了面層的整體強度,易于誘發(fā)其它病害.在寒冷地區(qū),冬季車轍槽內(nèi)易聚冰,降低了路面的抗滑能力,行車產(chǎn)生冰滑現(xiàn)象.失穩(wěn)性車轍是對路面使用性能影響最大的車轍類型.在高溫條件下,由于路面溫度升高,瀝青粘度下降,路面在車輪荷載反復作用下產(chǎn)生剪切變形,使瀝青層出現(xiàn)粘性流動,引起集料顆粒出現(xiàn)相對位移,形成了永久變形.面層失穩(wěn)性車轍主要與瀝青結(jié)合料的性質(zhì)關(guān)系密切.因此在瀝青混合料原材料的選擇和級配的設(shè)計上均應嚴格控制,以防路面失穩(wěn)性車轍的過早出現(xiàn).1.2低溫裂縫裂縫作為瀝青路面的主要缺陷之一,特別在寒冷地區(qū),即使是柔性基層,瀝青路面

5、裂縫病害也很嚴重.雖然裂縫病害一般不會影響道路的正常使用,但因裂縫的發(fā)展引起瀝青路面水損害,產(chǎn)生松散,坑槽,沉陷,翻漿等,加速了瀝青路面的破壞,縮短了路面的使用壽命,最終會破壞路面的使用性能,另外,裂縫也是造成瀝青路面早期破壞的根源.橫向裂縫和塊裂就是由于低溫,溫差大形成的典型裂縫形式.在寒冷地區(qū),瀝青路面表面層和底層之間存在一定的溫度差,加上白天和夜間的溫差,夏季和冬季的溫差,使得其表面的溫度產(chǎn)生一級公路表面層可以采用,具有較好的路用性能.變質(zhì)砂巖碎石在邵永高速公路SMA一16上面層實體工程中的成功實踐及應用,在當前國內(nèi)玄武巖,輝綠巖等巖漿巖資源有限,產(chǎn)地稀少,以及加工,運輸?shù)仍蛑率钩杀揪?/p>

6、高不下情況下具有特別顯著的意義,其技術(shù)及施工經(jīng)驗可供國內(nèi)高速公路同行提供了很好的借鑒.參考文獻【1JTGF402004,瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范【s】.【2JTJ0522000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程【s】【3JTGE422005,公路工程集料試驗規(guī)程【S】.20道路交通城市道橋與防洪2010年7月第7期大幅度的變化,產(chǎn)生溫度收縮應力,這種應力的反復作用導致路面的開裂.橫向裂縫就是由于冬季低溫和夏冬季溫差而產(chǎn)生的縱向近似等間距的裂縫.塊裂通常是由于鋪設(shè)瀝青路面的瀝青混合料采用了低針入度的瀝青和親水性集料或瀝青老化失去彈性,在低溫的作用下產(chǎn)生縮裂.因此,嚴格控制低溫抗裂指標是夏熱冬寒區(qū)瀝青

7、混合料配合比設(shè)計的首要原則.2配合比設(shè)計要點瀝青混合料的配合比設(shè)計就是要針對不同地域環(huán)境瀝青路面工程的特點,在原材料選擇,級配設(shè)計,生產(chǎn)驗證三階段綜合考慮各方面因素,兼顧瀝青混合料的各項性能,以達到工程要求的瀝青路面使用性能.夏熱冬寒區(qū)道路瀝青混合料設(shè)計原則:在以混合料高溫抗車轍性作為首要控制指標的前提下,保證其良好的低溫抗裂性,并兼顧其它性能.2.1瀝青的選擇從高溫抗車轍性的要求出發(fā),瀝青宜選用稠度高,軟化點高的瀝青,當普通瀝青難以滿足抗車轍要求時,采用改性瀝青是有效方案之一.與普通重交通瀝青相比較,改性瀝青的軟化點,粘度有很大的提高,所拌制的混合料其高溫穩(wěn)定性能將有明顯的提高.從低溫抗裂性

8、的要求出發(fā),瀝青面層在低溫時應具有較低的勁度和較大的抗變形能力,且在行車荷載和其他因素的反復作用下不至于產(chǎn)生疲勞開裂.使用稠度較低及溫度敏感性低的瀝青,可提高瀝青路面的低溫抗裂性能.瀝青材料的老化會使其低溫抗裂性能惡化,故為了提高瀝青路面的低溫抗裂性能,應選用抗老化能力較強的瀝青.在瀝青中摻加橡膠類高分子聚合物,對提高瀝青路面的低溫抗裂能力具有較為顯著的效果.2.2級配的設(shè)計礦料級配是瀝青混合料中非常重要的因素,一些小的調(diào)整就可能改變混合料的各項性能,在配合比設(shè)計中必須加以重視,合適的級配可以發(fā)揮出材料的最佳組合性能,甚至可以彌補材料質(zhì)量上的差距.對于瀝青混合料的低溫性能,級配變化的影響并不顯

9、著,僅當細集料產(chǎn)生較大幅度變化(變粗5%)以上時,其低溫性能才出現(xiàn)劣化.在級配設(shè)計時主要考慮混合料的其它性能.級配波動對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性可產(chǎn)生較大的影響,瀝青混合料的抗車轍能力有60%依賴于礦料級配的嵌劑作用,瀝青結(jié)合料則提供4O%的抗車轍能力.相關(guān)研究顯示:粗集料級配在中值附近具有較好的高溫性能,變粗基本不會影響瀝青混合料的高溫性能,而變細則會使高溫性能迅速下降;細集料的微小波動會導致瀝青混合料高溫性能的較大變化,特別當細集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變粗時,高溫性能下降較大;9.54.75mm與4.752.36mm兩檔料存在最佳的比例范圍,當a(9.54.75mm)/a(4.752.36mm)(1.5

10、,2.0)時,其高溫性能較好.因此,在實際工程中進行瀝青混合料級配設(shè)計時,建議對現(xiàn)有級配范圍進行調(diào)整,優(yōu)化上,中,下面層瀝青混合料級配,設(shè)計思想是向形成緊密嵌劑骨架結(jié)構(gòu)靠近,采用”抬頭平尾”的骨架密實型級配,它不僅有較高的抗車轍能力和較小的空隙率,而且構(gòu)造深度大,能滿足抗滑的需要.同時,嚴格控制集料4.75mm通過率.3塘漢快速路實例分析塘漢快速路位于中國瀝青路面氣候分區(qū)的1-3區(qū),屬于典型的夏炎熱冬寒冷區(qū),晝夜溫差大,且該項道路工程為城市快速路,交通量較大,故對道路性能有較全面的要求.3.1原材料的選擇近年來,一些新建的高速公路瀝青路面出現(xiàn)早期損壞的現(xiàn)象,其中一個重要的原因就是所用原材料存在

11、質(zhì)量差,某些關(guān)鍵指標達不到規(guī)范要求等問題.針對夏熱冬寒區(qū)道路的特點,在原材料的選擇方面則有相應的更具體的關(guān)鍵性指標,以使瀝青混合料中的各材料在這種環(huán)境溫度下發(fā)揮出其最佳性能.3.1.1瀝青綜合平衡高溫抗車轍性和低溫抗裂性兩方面的原則,選用標號中等的瀝青,如70號,90號.塘漢快速路路面下面層就選擇了70號基質(zhì)瀝青,而為了整個瀝青路面結(jié)構(gòu)具有更強的抗車轍性能,該工程瀝青路面上面層選用了熱塑性橡膠類SBS改性瀝青.表l所列為瀝青各項關(guān)鍵性控制指標.表1瀝青關(guān)鍵技術(shù)控制指標表控制指標70號基質(zhì)瀝青SBS改性瀝青3.1.2集料集料質(zhì)量差是目前公路建設(shè)中特別嚴重的問2010年7月第7期城市道橋與防洪道路

12、交通21題,具體表現(xiàn)在:材料臟,粉塵多,針片狀含量高,級配不規(guī)格等,嚴重影響了瀝青混合料的性能.在夏熱冬寒區(qū)道路的建設(shè)中更應該重視集料的質(zhì)量問題,除了要重視其”資源特性”,即密度,壓碎值,磨光值等,還要重視其”加工特性”,即石料的級配組成,針片狀含量,含泥量等指標,慎重選擇所用集料.表2所列為塘漢快速路所用集料各項關(guān)鍵性指標.表2集g,l-鍵技術(shù)控制指標表控制指標碎1石0mml0碎2石0m20-碎3石0m石屑A石屑B砂礦粉密度/t?nl.0.075mm通過率外觀2.63485.3無團粒結(jié)塊3.2級配設(shè)計在保證材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上,配合比設(shè)計首先考察的混合料性能指標就是其高溫抗車轍能力,其次就是要保

13、證它的低溫抗裂能力.塘漢快速路建設(shè)工程在配合比初步設(shè)計時就將這兩大性能指標擺在了首位.在調(diào)整級配時設(shè)計出多套方案,綜合進行篩選.在塘漢快速路下面層(AC一25,基質(zhì)瀝青)配合比設(shè)計時先選用了一種質(zhì)量較差的石屑,并希望通過級配的調(diào)整來彌補材料性能差的缺陷,以達到更好的工程經(jīng)濟性.表3所列為幾組不同級配的馬歇爾試驗結(jié)果.表3馬歇爾試驗結(jié)果A匯總表級配類型空隙率,%VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/0.1mmI4.97815.38667.6824.9542.18.97416.93447.0468.6329.0II5.78414.95261.3525.5O24.O規(guī)范要求3614657582040

14、級配I馬歇爾穩(wěn)定度指標不合格;級配瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度指標合格,但混合料的空隙率嚴重超限(設(shè)計空隙率4.5%);而級配混合料的空隙率和馬歇爾穩(wěn)定度指標均不合格.故在采用質(zhì)量不合格的石屑進行配合比設(shè)計時,混合料的空隙率和馬歇爾穩(wěn)定度指標很難同時滿足規(guī)范要求,通過配合比的調(diào)整來彌補也是相當困難的.隨后在使用了優(yōu)質(zhì)的石屑進行設(shè)計后,各項指標均有了顯著的提高,結(jié)果見表4所列.由此可見原材料的性能指標是非常重要的.表4馬歇爾試驗結(jié)果B匯總表最佳級配窒一!堡壘墮墮:!4.8O14.2166.218.O2263O規(guī)范要求36146575/>82040路面上面層對混合料的各項性能指標都有了更

15、高的要求,應進行更加細致的調(diào)整.塘漢快速路上面層(AC一13,SBS改性瀝青)配合比設(shè)計的幾組調(diào)整級配見表5所列.表5馬歇爾試驗結(jié)果C匯總表級配類型空隙率/%VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值,0.1mm從表5中的數(shù)據(jù)可以看出,改性瀝青的應用對瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度指標提高并不十分明顯,前兩組級配的馬歇爾穩(wěn)定度指標均不合格,體積指標基本滿足要求.適當調(diào)整級配,增加粗集料用量,減少中砂用量以提高其穩(wěn)定度,同時為防止空隙率增大,適當增加石屑的用量,調(diào)整后的兩組級配其各項指標均有了顯著的提高.可見調(diào)整礦料級配對混合料的性能有很大的影響,故應加以重視.3.3高低溫性能驗證在進行瀝青混合料性能驗證時

16、,針對夏熱冬寒區(qū)路面的特殊要求,首先對其高溫抗車轍性能進行試驗評價,在公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTGF402004)中針對不同的氣候分區(qū),不同的瀝青種類也有不同的高低溫性能要求,而對夏熱冬寒區(qū)的要求相應較高,對改性瀝青的要求也較高,故將其作為關(guān)鍵控制指標.塘漢快速路的上,下面層高溫車轍試驗的動穩(wěn)定度分別為7087.5次/mm,1342.9次/mm,均高于規(guī)范要求的動穩(wěn)定度大于2400次/mm,大于800次/mm.在保證了混合料的高溫抗車轍能力后,進行低溫小梁彎曲試驗,用破壞應變的指標來表征.規(guī)范對改性瀝青混合料的低溫抗裂性有較高的要22道路交通城市道橋與防洪2010年7月第7期橡膠瀝青混凝士

17、的應用技術(shù)研究程賢鵬,董超君,黃震z(1.武漢市政工程設(shè)計研究院有限責任公司,湖北武漢430023;2.西安市市政設(shè)施管理局,陜西西安710016)摘要:該文分析了橡膠瀝青的作用機理,從膠結(jié)料性質(zhì),配合比設(shè)計,路用性能指標等角度,對普通瀝青混凝土與橡膠瀝青混凝土進行了對比.結(jié)果表明,使用橡膠瀝青昆凝土可以顯著提高路面的路用性能.文章針對目前國內(nèi)橡膠瀝青混凝土使用中存在的一些問題提出了建議,為橡膠瀝青混凝土的應用提供了理論依據(jù).關(guān)鍵詞:路面工程;橡膠瀝青;機理;混凝土;應用技術(shù)中圖分類號:U416.217文獻標識碼:B文章編號:10097716(2010)070022031概述長期以來,廢舊輪胎

18、的處理一直是環(huán)境保護的世界性難題,并且被稱為”黑色污染”.橡膠瀝青(AsphaltRubber)是一種減少”黑色”環(huán)境污染的有效辦法.它主要是通過一定的生產(chǎn)工藝將橡膠粉加入瀝青當中,形成一種以橡膠粉為改性劑的改性瀝青.橡膠瀝青起源于20世紀60年代,經(jīng)過近50a的發(fā)展應用證明,把橡膠瀝青應用于道路工程中,可以在提高道路路用性能的同時大大降低建造成本與養(yǎng)護費用,同時還可降低噪聲,提高行車舒適度.而且,橡膠瀝青生產(chǎn)可環(huán)保利用廢舊輪胎,符合國家提倡的”建設(shè)節(jié)約型社會”,”發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟”政策.因此,橡膠瀝青混凝土的應用技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意義.2橡膠瀝青的作用機理天然橡膠,合成橡膠都是高分子聚合物,

19、具有較強的彈性和韌性,其分子結(jié)構(gòu)一般為線型,支鏈型或交鏈型,一般要把原生膠進行硫化處理,即在原生膠中加入硫磺和其它促進劑,使橡膠分子產(chǎn)生大量交聯(lián),形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而橡膠的強度,韌性,彈性及耐磨性能都能得到顯著增強.廢舊橡膠粉加入瀝青后,在高溫及機械力的作用下,瀝青中輕質(zhì)油分子進入橡膠分子內(nèi),加上煤焦油軟化作用,使橡膠顆粒逐漸軟化,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸被撐開,部分交聯(lián)點及分子鏈發(fā)生斷裂.在拌和過程中,熱氧化亦能引起橡膠分子鏈斷裂.上述過程稱為橡膠顆粒的”溶脹”.由于廢橡膠顆粒在瀝青中發(fā)生了”溶脹”部分恢復生膠的粘附性和可塑性,并由原來的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)橄鄬κ杷傻男跹b結(jié)構(gòu).制備后的橡膠溶脹顆粒能均勻地懸浮分散在瀝青中,使瀝青由單相體系轉(zhuǎn)變?yōu)殡p相體系,瀝青界面性質(zhì)發(fā)生變化,因此瀝青的性能也發(fā)生了顯著改變.收稿日期:201003123橡膠瀝青的性能分析作者簡介:程賢鵬(1982一),男,湖北大冶