0引言
由于公路运输交通量的急剧增加, 超载、重载现
象屡禁不止, 许多沥青路面在通车不久就发生严重 的车辙、疲劳开裂等破坏, 随后的补强性养护往往使 得路面结构的厚度一再增加, 一方面提高了道路建
收稿日期: 2008-06-18 基金项目: 教育部/ 新世纪优秀人才支持计划0 基金项目( N CE F-2004) 作者简介: 沙爱民( 1964- ) , 男, 安徽宣城人, 教授, 博士研究生导师, 工学博士, E-m ail: aimin sha@ 263. net 。
表 1 中法两国沥青混合料设计方法的对比
设计环节
法国
中国
备注
模量提高的 低标号沥青; 高模 需考虑 2 种途径
途径
量添加剂
的适用性
级配类型
EM E 14、EM E20
A C-20、A C-25
仅限于中下 面层的类型
成型方法
旋转压实仪成型
马歇尔击实仪 成型
确定沥青 用量
丰度系数 K
马歇尔设计方法
验证试验
Abstract: In order to realize composition character of high modulus asphalt concrete ( HMAC) , the material composition design met hod of HMAC in France was analyzed, special adjust ment s about grade type, molding met hod, determinat ion of the optimum asphalt content, cert ificat ion t ests of Marshall design met hod w ere conduct ed and were verif ied w it h Marshall test, rutt ing t est, moist ure damage test and modulus t est. Results show t hat t he adjust ed method is suitable for mix ture rat io design of the HMAC w hich is produced by adding additives into conventional asphalt mixes, the performance of the high modulus mixt ures can meet t he requirements of t he Sp ecif ication Techni cal Standard f or H ighw ay A sp halt Pavement Constructi on of China; it is also proposed t hat the modulus t est should be taken as the cert ificat ion test for HMAC. 9 t abs, 5 figs, 6 refs. Key words: road eng ineering ; high modulus asphalt co ncrete; addit ive; mat erial composit ion design m et hod
2 材料组成
本研究中沥青材料选用 70# 沥青, 集料采用优 质石灰岩。经测试, 沥青和集料的各项指标均满足 规范[ 3] 要求。经过调查, 法国主要通过 2 种途径来 提高沥青混凝土的模量: ¹ 使用低标号沥青, 即 30# 以下的沥青, 主要采用的是 20# 沥青; º 使用高模量 添加剂。使用途径 ¹ 的比例约为高模量沥青混凝土 总产量的 70% ; 使用途径 º 的比例约占 30% , 随着 高模量专用添加剂产品的日益成熟, 其所占的比例 也在逐渐提高。鉴于中国现阶段低标号沥青产品并 不十分成熟的现状, 本研究决定选用高模量专用外 掺剂作为提高模量的途径。经调查, 本文选用了法 国 P R 公司的 PR M odule 专用外掺剂见图 1; 外掺 剂各项指标检验结果见表 2。外掺剂的推荐用量为 沥青混合料的0. 6% ~ 0. 8% , 本研究采用的用量( 质 量分数) 为0. 7% 。
试件成型步骤见图 2。
拌和时间为 45 s。 4. 5 击实温度
鉴于击实温度对成型的马歇尔试件物理体积参 数及层间粘结特性影响较大, 针对 AC- 20 级配, 选 择 155 e 、160 e 、165 e 、170 e 4 种温度, 进行室 内马歇尔试验和层间剪切试验, 并测试各种指标, 基 于性能- 温度曲线确定 H MAC 的合理击实温度。层 间剪切试验采用路面层间剪切仪进行测试。为了更
好地模拟实际路面的层间结合情况, 试验在不同的成 型温度下成型双层车辙板试件, 采用钻孔取芯机从中 钻取试件, 进行层间剪切试验, 试验结果见图 3。
图 2 高模量沥青混凝土试件成型步骤
4. 2 外掺剂干拌时间 试验中混合料采用 4. 2% 的油石比( 质量比) ,
分别用 0、5、10、15、30 s 进行干拌后, 用肉眼进行观 察, 发现干拌 0 s 和 5 s 均有不同程度的结团现象, 在干拌 15 s 及 30 s 后, 外掺剂 颗粒分布都较 为均 匀, 掺加沥青拌和后外观无明显区别。考虑到过长 的干拌时间会造成拌和周期变长, 如果大规模生产, 拌和楼的生产效率会显著降低, 因此选取 15 s 作为 外掺剂的干拌时间。 4. 3 拌和温度
图 1 PR M odul e 外掺剂 表 2 PR Module 外掺剂技术指标
技术指标
测试结果
颜色
灰色
直径/ mm 密度/ ( g # cm- 3 ) 熔点/ e 级配/ mm
5 0. 930~ 0. 965
175 0~ 5
3 混合料级配
试验共选用了 2 种级配, 分别是文献[ 3] 中粒式 混合料的中值级配 AC- 20 和粗粒式混合料的中值 级配 AC- 25, 见下页表 3。
第 29 卷 第 3 期 2009 年 5 月
长安大学学报( 自然科学版)
Journal of Changpan Universit y( Nat ural Science Edit ion)
Vol. 29 No. 3 M ay 2009
文章编号: 1671-8879( 2009) 03-0001- 05
组成设计方法, 从级配类型、成型方法、沥青用量的确定和验证试验等方面对中国马歇尔设计方法
进行调整, 并经过了室内马歇尔试验、车辙试验、水损害试验和模量试验的验证。结果表明: 调整后
的设计方法适用于添加外掺剂的高模量沥青混凝土配合比设计, 设计出的高模量沥青混凝土能够
满足5公路沥青路面施工技术规范6的技术要求; 同时建议将模量试验作为高模量沥青混凝土材料
配合比设计时的验证试验。
关键词: 道路工程; 高模量沥青混凝土; 外掺剂; 材料组成设计方法
中图分类号: U 414. 75
文献标志Байду номын сангаас: A
Material composition design method for high modulus asphalt concrete
SH A A -i min1 , ZH O U Q ing- hua1, 2 , YA N G Q in3
第3期
沙爱民, 等: 高模量沥青混凝土材料组成设计方法
3
表 3 级配数据
级配类型
A C-20 A C-25
下列筛孔( mm ) 的通过率/ %
31. 5 26. 5
19
16
13. 2 9. 5 4. 75 2. 36 1. 18 0. 6
0. 3 0. 15 0. 075
100 100. 0 95. 0
85
71. 0
61
41
30
22. 5
16
11
8. 5
5
100
97. 5 82. 5
74
66. 5
55
38
29
22. 5
16
11
8. 5
5
4 成型方法
由于在拌和过程中加入了添加剂, 沥青混合料 的成型方法需要进行调整, 拌和过程中对时间和温 度的控制是影响添加剂可融性和拌和分散均匀性的 重要环节。 4. 1 试件成型步骤
1 沥青混合料组成设计方法的对比
法国公路管理局在总结一系列研究成果的基础 上, 于 20 世纪 90 年代初制定了一套沥青混合料设 计规范体系( NF P ) 140) 。通过对中法两国沥青混 凝土材料设计方法的对比, 总结出 2 种方法在级配、 成型方法、沥青用量确定和验证试验等方面的不同 之处, 见表 1。
高温 轮辙 试 验; 劲 度模 量试 验 ( 动 态 抗拉模量) ; 水损害 试验( Duriez 试验) ; 疲劳 试验 ( 梯形 梁 两点弯曲试验)
马歇 尔 试验; 高 温车 辙 试验; 水 损害 试验 ( 浸水 马歇尔和冻融劈
裂试验)
表 1 说明, 法国使用的沥青混合料设计规范体 系与中国设计方法相比, 具有不同的设计理论和试 验方法, 要在中国推广高模量沥青混凝土, 直接照搬
高模量沥青混凝土材料组成设计方法
沙爱民1, 周庆华1, 2, 杨 琴3
( 1. 长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室, 陕西 西安 710064; 2. 陕西交通职业技术学院 公路工程系, 陕西 西安 710018; 3. 西南石油大学 建筑工程学院, 四川 成都 610500)
摘 要: 为更加系统地了解高模量沥青混凝土材料的组成特性, 分析了法国高模量沥青混凝土材料
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长安大学学报( 自然科学版)
2009 年
造的成本, 另一方 面也不利于道路 施工的环保性。 如何在提高路面材料整体承载能力的同时, 降低路 面结构的厚度, 减少建筑材料的用量, 是研究人员十 分关注的问题。