超薄磨耗层SAC-5沥青混合料设计及性能研究

为提供一种路用性能优良的沥青混合料作为超薄磨耗层用于预防养护工程,采用多碎石沥青混合料(SAC)级配设计方法设计了SAC-5沥青混合料。通过室内试验,对比分析了4%、6%、8%三种空隙率下混合料的路用性能。结果表明：SAC-5沥青混合料中粗集料含量占比达70%以上,当目标空隙率由4%增大8%时,混合料中矿料级配变化不大,最佳油石比减小;随着空隙率的增加,SAC-5沥青混合料的动稳定度、残留稳定度、残留强度比、构造深度及摆值均增加,低温弯曲应变减小,但仍满足规范要求;对于急弯陡坡等对抗滑性能要求较高路段,推荐使用目标空隙率8%的沥青混合料作为超薄磨耗层。     

粗集料间隙率最小值的测定方法及其应用

为了克服干捣实法测定粗集料矿料间隙率的种种不足，提出了粗集料矿料间隙率最小值的概念与测定方法；据此定义了沥青混合料级配干涉系数；并提出了新的粗集料骨架嵌挤标准；在此基础上对设计沥青混合料的主骨架空隙填充法进行了改进；还分析了级配干涉系数与混合料高温抗车辙性能、疲劳性能的关系。研究认为依据粗集料矿料间隙率最小值而提出的粗集料骨架嵌挤的新标准能够更加准确地判定沥青混合料中粗集料的骨架嵌挤程度；改进的主骨架空隙填充法设计出的密断级配沥青混合料的各项性能完全满足规范要求；沥青混合料级配干涉系数与混合料的高温和疲劳性能之间具有良好的相关性。     

改良逐级填充法设计骨架密实型沥青混合料级配

根据沥青混合料的结构特性和强度构成机理,借鉴逐级填充理论的多级嵌挤级配设计思想和旋转压实试验方法,对沥青拌合楼热料仓所取集料试样进行合成级配设计,以贝雷法验证其级配的合理性,得出具有嵌挤骨架密实结构的沥青混合料级配,工程应用效果良好。     

集料骨架间隙率用于评价沥青混合料级配的研究现状

除最大密实度设计方法外,粒子干涉理论和各种间断密实级配设计方法均需要对沥青混合料结构是否嵌挤或填充密实进行设计和评价．而目前仅靠对沥青混合料物理性质和力学性质的检验是不够的。本文从集料骨架间隙率研究的专业背景、集料骨架间隙率用于粗、细集料级配设计的研究和集料骨架间隙率的影响因素三个方面对已有研究成果进行了分析。     

沥青混合料级配优化设计

为了优化沥青混合料（HMA）集料级配，提高路面抗车辙性能，延长路面使用寿命，应用粗集料单因素骨架密实性检验和贝雷法相结合的研究方法，研究了集料质量分数、粗集料比例（CA）值、关键筛孔通过率对级配骨架的影响。结果表明：兰州辉长岩AC-16粗集料骨架结构的最优配比为5．4（19～16mm）：30．6（16．0～13．2mm）：24（13．2～9．5mm）：40（9．50～4．75mm），优化的骨架集料级配的CA值为0．67。对该级配和常规密级配沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性等路用性能进行了对比研究，证实了优化级配具有更优良的路用性能。     

超薄磨耗层沥青混合料的抗剪性能

基于单轴贯入试验和无侧限抗压试验,研究了原材料参数和试验条件对沥青混合料抗剪强度的影响.通过室内试验研究了SBS掺量、补强剂掺量和级配类型对超薄磨耗层高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗剥落性能的影响.试验结果表明:骨架结构混合料的抗剪性能优于悬浮密实结构,SBS改性沥青混合料的抗剪性能优于基质沥青混合料;最佳沥青用量下的混合料抗剪强度较大,且补强剂可有效改善混合料的抗剪性能;高温条件和低速行驶的车辆都易造成超薄沥青磨耗层的剪切破坏.当SBS掺量为4.0%~4.5%、补强剂掺量为0.30%~0.50%时,超薄沥青磨耗层能兼顾抗剪性能和其他路用性能,同时满足经济性.     

基于间接拉伸开裂方法评价超薄磨耗层混合料抗裂性能

通过间接拉伸开裂（IDEAL-CT）试验方法,研究了不同级配及油石比条件下超薄磨耗层混合料的抗裂性能。结果显示,级配变密会导致混合料整体强度上升,抗变形能力下降,同时会加快裂缝扩展速度,混合料抗裂性能下降。油石比的增加会使混合料抗变形能力提升,延缓裂缝扩展速度,使得混合料抗裂性能增强。皮尔逊相关性分析结果表明,随着超薄磨耗层混合料的孔隙率和沥青膜厚度的增加,混合料整体强度降低,抗变形能力提升,裂缝开裂速度下降,混合料整体抗裂性能增强,因而超薄磨耗层混合料设计过程中可通过提升孔隙率和沥青膜厚度来增强混合料的抗裂性能。对于IDEAL-CT试验指标,断裂能不适用于评价超薄磨耗层混合料抗裂性能。     

骨架密实型沥青混合料中高温性能与级配关系

针对骨架密实型沥青混合料设计方法中的不足,对目前的骨架结构检验方程进行了合理的改进,通过沥青路面分析仪试验研究揭示了级配中各档集料对其高温性能的影响规律,0.22d(d为集料的最大粒径)粒径撑开料的作用对沥青混合料高温性能最为关键,提出了各关键筛孔集料筛上剩余质量百分率的合理值,为骨架密实型沥青混合料设计提供了有价值的参考.     

橡胶沥青混合料SAC-13级配空隙率变化分析

在普通沥青的多碎石沥青混凝土(SAC)设计的基础上,以空隙率为研究变量,采用固定油石比,再微调级配的方式,深入对比了SAC-13级配变化的普通沥青和橡胶沥青混合料的空隙率影响规律.结果显示:对于普通SAC-13沥青混合料,油石比每增加0.5%,空隙率减小1%～1.5%,随着9.5～13.2mm粗集料含量增多,4.75～9.5mm粗集料含量减少,混合料粗集料间隙率呈递减之势;对SAC橡胶沥青混合料,建议9.5mm以上集料用量范围限定在30%～45%之间,4.75～9.5mm集料用量范围限定在20%～40%之间,且4.75mm以上粗集料总用量应达到60%以上,2.36～4.75mm集料含量不宜高于10%,且不宜使用过多矿粉;同样目标空隙率下,SAC-13橡胶沥青混合料的粗集料掺量应略低于普通沥青混合料;SAC-13橡胶沥青混合料中当2.36～4.75mm集料含量达到8%以后,随着该档料用量的增加,空隙率增幅明显高于普通沥青混合料,需严格控制此档料含量.     

基于抗滑性能的沥青面层混合料级配的研究

沥青面层混合料级配的合理设计对提高沥青路面的抗滑性,具有重要的意义。本文介绍了沥青抗滑面层的主要形式和沥青混合料配合比的主要设计方法。运用传统的马歇尔设计方法进行了沥青混合料配合比的设计,制定了嵌挤密实型沥青混合料级配的设计流程。     

基于图像处理技术的磨耗层粗集料分布特性

为了给沥青路面磨耗层级配设计提供参考,基于体积法设计了不同骨架结构的沥青混合料。采用小型搓揉试验机开展室内试验,以模拟行车环境与车轮加速碾压效果。利用数字图像处理技术对不同衰减阶段的粗集料倾角进行分析,揭示粗集料空间分布状态对抗滑性能的影响。结果表明,磨耗层表面粗集料颗粒约65%比例以"平躺"状态为主,主要与碾压工艺有关;随着轮胎作用次数增加,粗集料颗粒从"竖立"状态往"平躺"状态发展;适当增加粗集料在4. 75 mm以上的比例,减少2. 36 mm细料的干涉,形成更强的主骨架约束,能有效降低沥青路面的二次压实,在一定程度上能够改善沥青磨耗层的耐久性。     

基于接触应力集中的沥青路面抗滑性能评价研究

为了给抗滑表层沥青混合料级配设计提供参考,基于高精度压力胶片测试技术,开展不同搓揉时间下的胎/路接触应力分布特性研究。通过2种粗集料2种类型沥青混合料的对比,研究轮胎作用下沥青路面的抗滑性能衰减规律;并从接触力学的角度建立沥青路面抗滑性能评价指标。结果表明:轮胎与路面接触应力呈现显著的非均匀分布,主要包括有效接触面积与应力集中效应。初始状态下胎/路有效接触面积与应力集中主要与级配设计有关;而在搓揉过程中,随着路面构造的二次圧密与粗集料磨耗,有效接触面积持续增加,应力集中减少;应力集中分布度指标可以较好描述应力集中效应。分析表明,轮胎接触应力集中与路面摩擦系数呈现良好的线性关系。试验证明,骨架密实型级配与优质粗集料均有利于提高沥青路面抗滑耐久性能;而级配的影响更显著,磨耗层设计中应当给以重视。     

基于粘温特性的沥青混合料施工温度指标

利用Brookfield粘度计测试了不同温度和不同粉胶比下70#基质沥青和70#改性沥青的胶浆粘度,分析了粉胶比和温度对沥青胶浆粘度和施工控制温度的影响,建立了粉胶比作为施工控制温度指标,得到不同粉胶比下沥青混合料的施工控制温度标准。结果表明：粉胶比和温度对沥青胶浆的粘温特性有重要影响,主导着沥青混合料的施工控制温度;随着粉胶比的增大,胶浆粘度升高,粉胶比与胶浆粘度及其对数间具有良好的指数函数和线性函数相关性;随着温度的升高,沥青胶浆粘度降低,温度与胶浆粘度间具有很好的乘幂函数相关性。     

基于抗车辙性能的长大纵坡沥青混合料设计

针对沥青路面长大纵坡路段车辙病害比较突出的现象,为最大限度降低路面的早期破坏,提高耐久性,以沥青混凝土AC-20为基础,通过对矿料级配进行优化设计,得到了一种抗永久变形能力更强的紧密骨架密实结构;选取BMF（北美孚）和浙江石金GBF两种玄武岩纤维,分别采用掺量0．2％、0．3％和0．4％进行车辙试验,分析不同纤维掺量对沥青混合料高温抗变形能力的改善效果。研究结果表明：优化设计后的SAC粗集料断级配是一种抗高温永久变形能力很强的矿料级配;玄武岩纤维沥青混合料的动稳定度得到提高,当纤维掺量在0．2％～0．3％时增长率比较快,掺量超过0．3％时增长率开始下降;AC_20沥青混合料玄武岩纤维BMF最佳掺量为0．35％,GBF最佳掺量为0．31％。研究成果可为长大纵坡路段沥青路面设计提供参考。     

橡胶沥青混合料RAC-G级配空隙率变化

针对橡胶沥青专用级配之一的RAC-G,将其在不同级配情况下,通过马歇尔试验,重点考查了此级配中关键档集料掺量的变化对9．5mmRAC-G级配空隙率的影响规律,研究发现,为保证RAC-G级配空隙率在3％-6％的范围内,油石比应控制在8．5％-9．5％;油石比每增加0．5％,橡胶沥青混合料的空隙率减小0．9％-1．2％;在2．36-4．75mm的含量严格控制在12％以下的前提下,通过调整粗集料4．75-9．5mm与≤2．36mm集料的相对含量,可微调空隙率。相比ARAC级配,将9．5mmRAC-G级配应用于超薄罩面或应力吸收层,将具有更好的抗疲劳开裂和防反射裂缝的性能。     

贝雷法参数CA比对沥青混合料性能的影响

通过贝雷法选择5种不同CA比的沥青混合料级配，对其进行马歇尔试验、粗集料松装空隙率试验、车辙试验和旋转压实试验，分析了CA比对沥青混合料各项性能的影响。结果表明：CA比对沥青混舍料的空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架的形成、抗车辙性能和压实性能具有显著影响；CA比在0．4～0．6之间的沥青混合料具有较好的稳定性；CA比同沥青混合料中整个集料骨架的形成之间并无较好的规律性关系。     

应用贝雷法进行级配组成设计的关键技术

通过贝雷法确定不同的粗集料选取密度,形成不同的集料骨架结构,进行集料级配设计。提出了运用3个比例参数[CA]比、[FAc]比、[FAf]比,分析合成级配的方法,使设计的混合料具有较好的抗车辙性能和耐久性。对贝雷法设计混合料级配时需要注意的问题加以讨论。结果表明,控制筛孔的选择非常重要,它对粗集料比影响大;选择密度是控制沥青混合料骨架形成的关键指标,粗细集料比对混合料的施工和体积特性有影响。     

粉胶比对浇注式沥青胶浆高低温性能的影响

沥青胶浆是浇注式沥青混合料的重要组成部分,主要成分为沥青和矿粉.选用了5种粉胶比,通过浇注式沥青胶浆试验,研究了不同粉胶比的浇注式沥青胶浆的高低温性能变化规律.试验结果显示:提高粉胶比可以显著提高浇注式沥青胶浆的高温稳定性,而降低粉胶比可以提高浇注式沥青胶浆的低温抗裂性,采用合理的粉胶比则可以保证浇注式沥青胶浆高温性能与低温性能的平衡.考虑沥青与矿粉交互作用,可以认为浇注式沥青胶浆不同粉胶比下沥青与矿粉交互作用模式不同.     

多碎石沥青混合料SAC路用性能

对SAC的2种级配（SAC-25,SAC-20）、3种沥青结合料（A-70,A-30,SBS改性沥青）的高温性能和单轴贯入剪切试验、低温性能、水稳性能等进行了比较试验研究．研究结果表明,采用骨架密实型级配和硬质沥青,其混合料的动稳定度DS约为石油沥青（A-70）混合料的2倍,单轴贯入剪切试验抗剪强度约为石油沥青（A-70）混合料的1．3倍,为SBS改性沥青混合料的1．1．倍,适用于南方湿热地区沥青路面中下面层．