基于室内试验分析的交叉口抗车辙沥青混合料路用性能研究_张洪波.pdf

2023 年第 1 期(总第 347 期)黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo1，2023(Sum No347)基于室内试验分析的交叉口抗车辙沥青混合料路用性能研究张洪波，蒋龙松，邹雪峰(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京211110)摘要:为了研究交叉口抗车辙沥青混合料路用性能，基于性能指标和力学指标的混合料设计方法，进行了抗车辙沥青混合料混合料设计。首先通过外掺剂差示扫描量热法试验法分析吸热熔融峰温度，其次通过路用性能和模量试验综合评价不同混合料路用性能，综合各项指标试验结果提出抗车辙混合料评价指标，最后针对试验路段的调查情况对抗车辙沥青混合料路用性能进行评价，比较高温稳定性能的评价方法，分析抗车辙剂的评价方法与指标。研究交叉口抗车辙沥青混合料设计指标体系，为抗车辙沥青混合料的推广应用提供参考。关键词:交叉口;抗车辙;外掺剂;路用性能;DSC 曲线;模量中图分类号:U416 1文献标识码:A文章编号:1008 3383(2023)01 0020 03esearch on oad Performance of utting resistant AsphaltMixture at Intersection Based on Laboratory Test AnalysisZHANG Hong-bo，JIANG Long-song，ZOU Xue-feng(JSTI Group Co，Ltd，Nanjing，Jiangsu 211112，China)Abstract:In order to study the rutting resistant asphalt mixture at the intersection，this paper designs the rutting resistant asphaltmixture based on the mixture design method of performance index and mechanical index Firstly，the endothermic melting peak temper-ature was analyzed by differential scanning calorimetry test of external admixture Secondly，the road performance of different mixtureswas comprehensively evaluated by road performance and modulus test Finally，according to the investigation of the test section，the roadperformance of anti rutting asphalt mixture is evaluated，the evaluation methods of high temperature stability performance are com-pared，and the evaluation methods and indicators of anti rutting agents are analyzed The design index system of anti rutting asphaltmixture at intersections is studied to provide reference for the popularization and application of anti rutting asphalt mixtureKeywords:intersection;anti rutting;admixture;road performance;DSC curve;modulus收稿日期:2022 06 10作者简介:张洪波(1985)，男，江苏灌云人，工程师，主要从事沥青路面养护设计及试验检测工作1原材料试验外掺剂的性能直接影响混合料的使用效果，而性能又由其化学组成来决定1。对于聚合物改性添加剂可通过差示扫描量热法试验(DSC)来对其熔融温度及热熔进行测定。熔融是指聚合物从固态向具有不同粘度的液态的转变，在 DSC 曲线上表现为吸热峰。通过 DSC 曲线，比较相应的吸热熔融起止温度及峰值，可判断聚合物外掺剂在混合料生产时，正常时间内通过熔融改性，形成稳定内部结构的难易程度2 4。鉴于此，研究采用差示扫描量热法试验对常用的两种外掺剂进行分析。试验对象为两种外掺剂 ZQ 1 和 P M。试验条件:取6 mg 左右样品(精确至001 mg)置于仪器内，从 50 以 20 /min 的升温速率加热至300，实时记录 DSC 曲线。试验结果如图1 所示。图 1两种外掺剂 DSC 曲线02DOI:10.16402/ki.issn1008-3383.2023.01.003第 1 期张洪波，蒋龙松，邹雪峰:基于室内试验分析的交叉口抗车辙沥青混合料路用性能研究总第 347 期从试验结果来看:在当温度达到 120 左右时，两种外掺剂出现了第一个吸热熔融峰(PeakT)，即外掺剂中部分聚合物发生物相转变。由于一般混合料生产温度均在160 以上，因此，在这一阶段的沥青改性容易完成，ZQ 1 外掺剂绝大部分的改性过程均在这一阶段完成。表明该外掺剂所用高熔点聚合物含量较少，在较低温度时即可完成改性，形成较为稳定内部结构。而 P M 外掺剂，则存在明显的第二个熔融峰，且熔融峰温度为161，表明 P M 外掺剂当中含有较多的高熔点聚合物。虽然室内试验结果两种外掺剂混合料均具有较好的试验指标，但室内混合料拌和温度和时间均能保证外掺剂能完成改性过程。而其形成稳定内部结果需要长时间的高温度环境，正常混合料施工时高温拌和只有几秒钟的时间生产环境，因此在施工过程中应保持足够的温度保证外掺剂充分反应。2路用性能设计指标根据实际工程应用，设计 50#沥青掺 ZQ 1 外掺剂、50#沥青掺 P M 外掺剂、30#沥青掺 P M 外掺剂和 30#沥青四种沥青混合料，分别从高温性能、低温性能和水稳定性进行综合分析。2 1高温性能四种沥青混合料动稳定度试验结果如图 2 所示。其中根据混合料的实际工程用及试验结果，动稳定度指标要求 10 000 次/mm5。图 2混合料动稳定度由试验结果可知，50#沥青掺 ZQ 1 和 30#沥青掺 P M 两种抗车辙沥青混合料满足动稳定度要求，抗车辙性能良好满足路用要求，这与实际工程应用结果一致。而其他两种混合料高温性能不足而导致车辙较大。鉴于动稳定度指标对不同胶结料类型的耐久性抗车辙沥青混合料具有较敏感的甄别特性6 8，对抗车辙沥青混合料采用中国车辙试验的试验误差进行了可靠性论证分析。试验结果见表 1。表 1动稳定度试验误差分析动稳定度值次/mm对应变形量/mm试验精度百分位2%试验精度百分位+2%试验精度百分位偏差 2%DS 误差试验精度千分位2%试验精度千分位+2%试验精度千分位偏差+2%DS 误差3 0000 216 00001050 085012540%010301074%8 00000790 059009954%007700815%10 00000630 043008371%006100656%由试验结果可知，试验千分位导致试验动稳定最大偏差为 6%。说明只要车辙试验仪器位移传感器数据采集精度达到 0 001 mm，则采用中国车辙试验对抗车辙沥青混合料的高温性能具有可靠的甄 别 度。当 位 移 传 感 器 数 据 采 集 精 度 达 到0 001 mm时，将动稳定度指标提高到10 000 次/mm是可行的。分别对四种沥青混合料进行法国车辙试验，各试件作用 30 000 次车辙率如图 3 所示。法国车辙试验结果表明，设计的混合料最大车辙率为 5 19%，而车辙率不大于 7 5%的技术要求对混合料高温性能起不到控制作用。因此，研究将抗车辙抗车辙混合料的法国车辙率指标要求范围调整至不大于 5%。从混合料试验结果来看四种类型耐久性沥青混合料的法国车辙和中国车辙试验结果都满足现行技术指标要求。根据实际工程应用的调查情况，混合料抗车辙性能优劣顺序与中国车辙试验结果反映的规律基本一致，与法国车辙优劣顺序差异较大。由此可见中国车辙试验对这种高油石比、低孔图 3法国车辙试验隙率的混合料的高温稳定性能有较高的区分度，结合试验结果及工程实际应用情况，推荐采用中国车辙试验动稳定度作为抗车辙混合料高温性能设计指标，法国车辙率作为辅助验证指标。2 2低温性能低温性能采用小梁弯曲试验，四种混合料低温弯曲应变如图 4 所示。根据试验结果，四种混合料弯曲破坏应变值均12总第 347 期黑龙江交通科技第 1 期大于 2 000，满足技术要求。结合实际工程运用情况，现场检测未见明显的低温开裂情况，低温性能良好，可见弯曲破坏应变值 2 000 满足耐久性抗车辙混合料设计要求。图 4低温小梁弯曲试验3模量设计指标根据力学计算的结果，沥青层模量越大混合料抵抗荷载破坏的能力越强9 10。四种沥青混合料模量试验结果见表 2。表 2设计混合料的 ITSM 模量试验单位:MPa混合料特性50#沥青掺 ZQ 150#沥青掺 P M30#沥青掺 P M30#沥青技术要求15 ITSM模量试验10 76712 12716 29012 75810 000根据试验结果:50#沥青掺 ZQ 1 型和 50#沥青掺 P M 型沥青混合料的模量分别为 10 767 MPa和 12 127 MPa，根据模量结果 50#沥青掺 P M 抵抗荷载破坏的能力应该大于 50#沥青掺 ZQ 1 型沥青混合料。但是实际工程应用表明 50#沥青掺 ZQ1 型混合料路用性能良好，50#沥青掺 P M 型沥青混合料抗车辙性能不能满足路用要求。因此，仅提高混合料的模量并不能完全保证路面抵抗行车荷载破坏的能力。对混合料模量不做特殊要求，满足现行规范技术要求即可。4综合指标分析根据四种设计沥青混合料试验结果和技术要求，综合分析耐久性抗车辙沥青混合料设计体系及技术要求如表 3 所示。表 3抗车辙沥青混合料设计体系项目沥青用量空隙率添加剂抗水损害性能高温稳定性能低温抗裂性能力学性能油石比/%丰度系数K国标空隙率VV/%添加剂熔融峰/劈裂强度/MPa非条件劈裂强度/MPa动稳定度/(次mm1)法国车辙试验车辙率30 000 次/%弯曲应变/15 ITSM模量/MPa50#沥青掺 ZQ 1593913 212008219412 950312 793510 76750#沥青掺 P M563883 21200961676 1503 562 84112 12730#沥青掺 P M563883 51201472110 7032 832 087216 29030#沥青553813 3109153 4535 192 12812 758技术要求54 573 42 5 3 5 100 160 05 1 41 00052 00010 000根据综合指标设计体系，四种沥青混合料中，仅 50#沥青掺 ZQ 1 和 30#沥青掺 P M 两种抗车辙沥青混合料满足动稳定度要求，抗车辙性能良好满足路用要求。50#沥青掺 P M 和 30#沥青两种沥青混合料除高温性能外，其余各指标均满足要求。5试验段分析根据抗车辙混合料技术要求，设计四种耐久性抗车辙混合料，分别作为扬州 S243 省道公路交叉口试验段面层材料。其中四种抗车辙混合料分别为 30#沥青、30#沥青掺 P M 添加剂、50#沥青掺P M 添加剂、50#沥青掺 ZQ 1 添加剂。试验段施工完成后分别对交叉口车辙深度进行检测，车辙试验结果见表 4。表 4现场车辙深度检测单位:mm序号通车3 个月通车1 年通车15 年车辙处治方案1336811850#沥青掺 ZQ 123713018850#沥青掺 P M3409314830#沥青掺