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沥青混合料浸水车辙试验研究

时间:2019-09-09 00:12 来源: 作者: 点击:

    翟冬梅 黄晓明(东南大学交通学院,江苏南京210096)

摘要:对几种不同级配的沥青混合料进行浸水车辙试验,并以条件试件和标准试件的辙槽发展速度比作为评价指标,来评价混合料水稳性。结果表明与其它水稳性试验的结果有很好的一致性,因此验证了浸水车辙试验的可行性。同时,还得出了沥青膜厚度与水稳性的关系。

关键词:沥青混合料;浸水车辙试验;评价指标

由于水的侵蚀而导致沥青混合料出现软化和剥落,并由此引起的破坏通称为水损害。沥青路面的水损害在各处皆有发生,特别是在南方多雨地区,水损害发生后导致沥青与集料脱离,使路面出现麻面、松散、坑洞等病害,还有一个很重要的方面,即在车轮的碾压下,沥青混合料因抗剪强度不足,产生侧向流动形变,产生严重的车辙。所以车辙的产生及其深度均与沥青混合料的水敏感性有关,可以说水损害是产生严重车辙的原因之一。

在进行沥青路面水稳性试验时,如浸水马歇尔试验等都是建立在路面交通对剥落无影响的基础之上,但实际上交通对剥落同样起重要作用。饱水的混合料遭受车轮碾压,一方面,荷载应力引起的动水压力和高速水流会对沥青与矿料的界面进行反复冲击,使沥青与集料之间的粘附力减弱,加速沥青膜的剥落;另一方面,还会不断扩大沥青混凝土中的原生裂缝,进一步破坏路面结构的整体性,导致各项力学指标劣化衰减。因此,交通荷载是加速水损害的重要因素。

为了将交通影响考虑其中,可以采用浸水车辙试验。浸水车辙试验是一种正在探索中的用于评价沥青混合料水稳性的试验方法,目前尚无一致的评价指标,通常以混合料出现破坏所需的时间作为衡量剥落的指标,本试验用条件试件(浸水试件)与标准试件的辙槽深度或发展趋势的对比关系作为评价指标,来表征沥青混合料的水稳定性,经过分析是可行的。

1 浸水车辙试验

沥青混合料水破坏的外界成因主要有:

(1)车辆高速行驶过程中轮胎的泵吸作用;

(2)持续高温降低了石料与沥青的粘附性;

(3)沥青老化降低了石料与沥青的粘附性。对于第一种情况,目前的试验条件很难模拟,对于第2和第3种情况尚可模拟。

目前,常用的浸水车辙试验有两种方式:一种是将试件放在60 ℃空气中保温6 h~12 h,再放入60 ℃(或50 ℃)恒温水槽中进行浸水车辙试验;另一种是先将试件放入60 ℃(或50 ℃)恒温水槽中饱水6 h后,再进行不浸水车辙试验。

表1各种沥青混合料的矿料级配范围

筛孔尺寸

()〖〗通过百分率(%)AC-16〖〗AK-16C〖〗AK-16A〖〗SAC-1619?00〖〗100〖〗100〖〗100〖〗10016?00〖〗95~100〖〗90~100〖〗90~100〖〗95~10013?20〖〗75~90〖〗72~92〖〗70~90〖〗75~909?50〖〗58~78〖〗55~75〖〗50~70〖〗55~704?75〖〗42~63〖〗35~55〖〗30~50〖〗30~402?36〖〗32~50〖〗29~36〖〗22~37〖〗22~311?18〖〗22~37〖〗22~34〖〗16~28〖〗16~240?60〖〗16~28〖〗16~26〖〗12~23〖〗12~200?30〖〗11~21〖〗11~20〖〗8~18〖〗10~180?15〖〗7~15〖〗6~13〖〗7~14〖〗8~150?075〖〗4~8〖〗4~9〖〗5~9〖〗6~10根据国内外浸水车辙试验的试验步骤,再借鉴残留稳定度的试验方法,同时考虑混合料水损坏的外界影响因素,本试验的条件试件的饱水条件采用类似于浸水马歇尔试验的要求:① 60 ℃浸水48 h;② 试验过程中试件始终浸于60 ℃恒温水槽中。其它试验步骤同JTJ 052—2000《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》的要求,只在原有车辙试验机上添加一个60 ℃恒温水槽,高度略高于试模。这样就可以很好的模拟上面所述的第2和第3种外界情况。

试验中采用4种级配进行对比试验,分别是AC-16、AK-16C、AK-16A和SAC-16。其中集料采用玄武岩,沥青采用壳牌AH-70,各级配曲线范围见表1所示,各种混合料的最佳沥青用量及相应的物理力学参数见表2。

2结果分析

按照上述级配和最佳油石比制作试件,其中每种级配成型6个试件,3个为一组,一组为条件试件,另一组为标准试件;条件试件按照上述条件浸水;两组试件均按《规程》的要求进行测定,并采用自动数据采集仪绘制变形—时间曲线。华东公路2002年第4期2002年第4期翟冬梅,黄晓明:沥青混合料浸水车辙试验研究图1AC—16变形-时间曲线示意图2AK-16C变形—时间曲线示意图3AC—16A变形-时间曲线示意图4SAC—16变形—时间曲线示意动稳定度试验结果见表3。各种级配试件的变形-时间关系绘于图1~图4中,图中的数据点代表每组3个试件,在每个时间点(间隔为5 n)的累计变形,斜线为平行试件的数据点的线性回归线。

各级配变形图线性回归线的方程如下:

AC-16

标准试件:y=0?086 5 x+1?224 8;

条件试件:y=0?104 7 x+2?058 7。

AK-16A

标准试件:y=0?073 9 x+1?471 1;

条件试件:y=0?129 x+5?230 7。

AK-16C

标准试件:y=0?072 9 x+1?440 8;

条件试件;y=0?167 1 x+0?542 1。

SAC-16

标准试件:y=0?077 4 x+1?12;

条件试件:y=0?205 5 x+0?595 3。

表2马歇尔试验结果

级配类型〖〗AC-16〖〗AK-16C〖〗AK-16A〖〗SAC-16最佳油石比(%)〖〗5?1〖〗4?6〖〗4?6〖〗4?6稳定度(kN)〖〗12〖〗13?2〖〗10?0〖〗11?3流量(0?1 )〖〗34〖〗31〖〗34〖〗13?7孔隙率(%)〖〗4?3〖〗4?2〖〗4?4〖〗4?5计算条件试件与标准试件的线性回归线的斜率比,并定义此值为辙槽深度增加的平均速度,则条件试件与标准试件的辙槽发展速度比为AC—16:1?21;AK—16A:1?75;AK—16C:2?29;SAC—16:2?66(其中SAC-16条件试件的数值仅由一个试件得来,在此仅作比较之用)。

表3动稳定度结果

级配类型〖〗AC-16〖〗AK-16C〖〗AK-16A〖〗SAC-16动稳定度〖〗标准〖〗条件〖〗标准〖〗条件〖〗标准〖〗条件〖〗标准〖〗条件平均值〖〗867〖〗800〖〗1 050〖〗277〖〗1 011〖〗740〖〗927〖〗138残留度(%)〖〗92?3〖〗〖〗〖〗26?4〖〗73?2〖〗14?9通过上述试验数据,可以得出如下结论。

(1)由表3可知,各级配的残留动稳定度排序为AC-16>AK-16A>AK-16C>SAC-16,因此水稳定性排序为AC-16>AK-16A>AK-16C>SAC-16;

(2)由线性回归线的斜率比可知,条件试件与标准试件的辙槽发展速度比的排序与残留动稳定度排序刚好相反,为SAC-16>AK-16C>AK-16A>AC-16。这说明如果将辙槽发展速度比作为浸水车辙试验的评价指标,同样可以得到各级配水稳性排序AC-16>AK-16A>AK-16C>SAC-16,与用残留动稳定度排序的结果一致;

(3)由图1~图4可知,条件试件与标准试件相比,AC-16和AK-16A的前期变形值较大,且增长速度较快,后期逐步趋于稳定;而AK-16C和SAC-16在最初的5 n~10 n变形相差不大,但在车轮作用的整个过程中变形增长速度在逐渐上升。这是由于AC-16和AK-16A的沥青膜较厚,柔性较大,浸水后主要是沥青胶结料的粘度下降,在车轮的作用下,抗剪切变形能力下降,因此,在车轮作用前期是沥青胶结料再分布和逐渐密实的过程,当试件密实性达到一定程度后,变形速度就趋于平缓;而AK-16C和SAC-16由于沥青膜较薄,水很容易渗入到沥青和集料的界面上,浸水后就已经发生了一定程度的剥离,对重复荷载比较敏感,在车轮作用下沥青膜很快就发生破裂剥落现象,处于逐渐松散的状态;

(4)试验中,对于级配AK-16A、AK-16C和SAC-16的试件外观进行观察,发现几乎所有的试件都存在离析现象:试件的正面粗料比较多,空隙较大;底面细料较多,比较密实,浸水之后表面粗料的沥青膜明显剥离(可用手分离)。因此,离析也是这两种混合料水稳定性较差的原因。

3 结论

浸水车辙试验是一个考虑了交通影响的水稳性试验方法。文中以辙槽发展速度比代替破坏时间作为指标评价,可以得出4种常用沥青混合料的水稳性排序,即AC-16>AK-16A>AK-16C>SAC-16,这与浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验的试验结果有很好的一致性。同时大量事实也证明了大交通量道路的剥落损坏和相同材料的浸水车辙试验的结果之间存在很好的相应关系。所以利用浸水车辙试验来评价沥青混合料的水稳性是行之有效的。

另外,试验还证明了沥青膜厚度与水稳性的关系,即沥青膜越厚,水稳性越好。由于AC-16和AK-16A的沥青膜较AK-16C和SAC-16的厚,所以其水稳性比后两者要好。

摘自《中国路桥资讯网》

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