智慧型悬浮密实类沥青混合料设计及路用性能评价_崔壮.pdf

试试试试试试试试试试试试试试试试试试验验验验验验验验验验验验验验验验验验研研研研研研研研研研研研研研研研研研究究究究究究究究究究究究究究究究究究 results show that the optimum moisture content increases and the corresponding maximum dry density decreases with the increase of lime incorporation ratio.It is found that with the increase of lime incorporation ratio,the range of construction moisture content required by the improved soil to achieve 96%compaction degree increases significantly.The lime incorporation rate increases from 3%to 9%,and the range of construction moisture content increases by 30.2%108.1%compared with the undisturbed soil,which is convenient for the use of soil filling along the project.Key words:low fluid limit clay;quicklime improvement;compaction test;construction moisture content作者简介:赵旭东(1989-),男,陕西富平人,工程师,2015 年3 月毕业于石家庄铁道大学土木工程专业,现从事公路工程技术管理方面的工作。收稿日期:2022-06-23(编辑 李江华)文章编号:1009-9441(2023)01-0018-04智慧型悬浮密实类沥青混合料设计及路用性能评价 崔壮1,张健飞2,单承新1,姜振军1,郑传峰3,杨雪4(1.长春空港翔悦投资有限公司,吉林 长春 130524;2.长春空港翔城建材有限公司,吉林 长春 130524;3.吉林大学 交通学院,吉林 长春 130022;4.吉林大学 建设工程学院,吉林 长春 130026)基金项目:长春空港翔城建材有限公司科技攻关科研项目(3R2210135424);吉林省交通运输科技发展计划(3R2160304424)。摘 要:基于页岩残渣的细观孔隙特征,通过油分浸润试验确定了粒径为 2.36 mm、1.18 mm、0.60 mm 和 0.30 mm 的页岩渣油分预储比例为 16.5%、19.4%、29.3%和 37.1%,并将其制成功能性细集料。使用功能性细集料与常规集料设计了 AC-13、AC-16 和 AC-20 等 3 种级配类型的智慧型沥青混合料,确定功能性细集料的掺比为 10%,其油分补充比例分别为 98.8%、89.3%和 77.9%。通过沥青混合料低温劈裂试验、低温弯曲试验、车辙试验和冻融劈裂试验对其进行了力学性能评价,研究发现:智慧型悬浮密实类沥青混合料在老化前的力学性能与普通沥青混合料相近,具备良好的路用性能;老化后,在不同的低温条件下,其强度、抗变形能力和水稳定性较普通沥青混合料分别提升了 74%、64%和46.2%。关键词:智慧型沥青混合料;主动抗老化;力学性能;路用性能;页岩残渣中图分类号:U 414 文献标识码:A引言随着我国基础设施建设进程的不断推进,我国的公路工程蓬勃发展,其中沥青路面的应用超过总里程的 90%以上。在沥青路面施工和使用的过程中,由于光、氧及温度等环境因素的作用,沥青会发生热老化和光氧老化等,进而导致沥青混合料的宏观力学性能显著劣化1-2。在低温条件下,老化后的沥青混合料由于其抗裂性能不足,在车辆荷载的作用下更容易发生开裂、松散和剥落等病害,严重影响沥青路面的路用性能,缩短了道路的服役时间3-4。因此,对提升沥青混合料抗老化能力的研究具有很重要的工程意义。目前对于沥青混合料抗老化的方法研究主要是加入改性剂和外掺剂,包括胶粉、SEBS 改性剂、稳定剂、抗氧化剂和紫外线光吸收剂等来提高沥青材料老化前后的稳定性、耐久性和抗裂性。但研究发现,改性剂及外掺剂的种类、用量及工艺等均会对沥青混合料的抗老化效果产生显著影响,且作用效果较为单一,甚至部分改性剂还会造成能源浪费和环境污染等5-7。大量研究表明,沥青材料的老化机理是由于车辆荷载和环境因素耦合作用下,沥青材料中部分轻质组分挥发,部分轻质组分转化为重质组分,导致重质组分的比重增加,沥青材料发生硬化,沥青混合料宏观力学性能衰减8-10。研究拟利用萃81Research&Application of Building MaterialsDOI:10.13923/14-1291/tu.2023.01.007取后的页岩渣矿料具有大量细观孔隙的特性,在不同粒径的页岩渣矿料中可预储一定量的油分,将其制备成功能性细集料,结合普通集料进行悬浮密实类沥青混合料的级配设计,以提升老化后混合料中沥青材料轻质组分的比例,进而提升沥青混合料的抗老化性能。1 试验材料及试验设计1.1 试验材料研究采用的沥青材料为成品 SBS 改性沥青,材料的基础性质指标见表 1,长期老化前后的沥青材料组分比例见表 2。在常用的 3 种 AC 类沥青混合料级配基础上进行混合料的抗老化优化设计,其级配如图 1 所示,SMA 沥青混合料的油石比为 6%。表 1 沥青技术参数沥青针入度/0.1 mm25 延度/cm软化点/标准粘度/Pa s90 SBS 改性沥青95.21545.63 780表 2 沥青组分比例沥青种类状态沥青质/%胶质/%饱和分/%芳香分/%轻质组分/%SBS改性沥青未老化9.6328.4519.1542.7761.92长期老化18.7434.3815.6531.2348.88图 1 AC 沥青混合料级配图 页岩在萃取后其残渣具备大量的细观孔隙11。基于此种特性,将 4 种不同粒径的页岩残渣浸润在0 号柴油中,充分搅拌后静置 2 h,用滤纸过滤出多余的柴油,然后将滤出的矿料放在 60 环境下烘至恒重,页岩渣细集料油分预储特性见表 3。表 3 不同粒径油页岩废渣吸附柴油比例页岩质量/g粒径/mm油分预储质量/g油分预储比例/%1502.3624.716.51501.1829.119.41500.6044.029.31500.3055.637.11.2 智慧型沥青混合料级配设计柴油中含有大量的芳香分和饱和分,以预储了大量油分的页岩细集料制备沥青混合料可以在其施工和使用的全过程向沥青材料补充轻质组分,维持沥青材料内部的轻质组分和重质组分比例在一个稳定水平。在进行沥青混合料级配设计时,功能性细集料的掺量应按照沥青材料长期老化后的轻质组分损失量进行 100%补充,但考虑到智慧型沥青混合料的高温稳定性与施工和易性,研究采用粒径为2.36 mm、1.18 mm、0.60 mm 和 0.30 mm 的功能性细集料替换原级配中相应粒径集料质量的 10%,其余粒径集料用量不变,则 AC-13、AC-16 和 AC-20沥青混合料中细集料的级配见表 4,表中 a 为普通集料,b 为功能性细集料。3 种混合料轻质组分补充分别为损失量的 98.8%、89.3%、77.9%。1.3 沥青混合料力学性能试验通过对上述 3 种沥青混合料长期老化前后进行了车辙试验、低温弯曲试验、劈裂试验和冻融劈裂试验,分别测定其动稳定度、极限弯曲破坏强度、极限弯曲破坏应变、劈裂强度和水稳定性。通过试验结果评判智慧型 AC 类沥青混合料的路用性能。表 4 不同类型沥青混合料细集料筛余率%混合料类型集料类型粒径/mm2.361.180.600.300.150.0750.075AC-13a14.49.456.754.953.504.006.00b1.601.050.750.55AC-16a12.608.556.304.503.003.506.00b1.400.950.700.50AC-20a9.906.755.854.502.503.505.00b1.100.750.650.502 分析与讨论沥青混合料路用性能试验结果见表 58。智慧型 AC 类沥青混合料路用性能参数比较关系如图 25 所示。表 5 沥青混合料车辙试验结果混合料类型原沥青混合料/次 mm-1智慧型沥青混合料/次 mm-1老化前老化后老化前老化后AC-133 2355 8503 1804 095AC-163 5306 2103 4904 471AC-203 5726 5493 5074 91291建材技术与应用 1/2023表 6 沥青混合料低温弯曲试验结果混合料类型原沥青混合料智慧型沥青混合料极限弯曲应变/极限弯曲强度/MPa极限弯曲应变/极限弯曲强度/MPa老化前老化后老化前老化后老化前老化后老化前老化后AC-133 1301 5148.214.593 0952 6508.307.07AC-162 9481 5888.495.072 9132 7638.547.76AC-202 8451 6208.515.212 8262 8038.597.92表 7 沥青混合料劈裂试验结果混合料类型原沥青混合料老化前/MPa原沥青混合料老化后/MPa智能型沥青混合料老化后/MPa-10-20-30-10-20-30-10-20-30 AC-131.422.180.931.080.750.461.231.710.82AC-161.562.250.951.130.840.491.291.790.83AC-201.692.291.021.210.960.531.551.850.91表 8 沥青混合料冻融劈裂试验结果混合料类型原沥青混合料智慧型沥青混合料老化前老化后老化前老化后AC-1384.651.384.775.2AC-1685.051.585.374.8AC-2085.751.985.976.2图 2 沥青混合料极限弯曲破坏应变变化图图 3 沥青混合料劈裂强度变化图图 4 沥青混合料 TSR 值变化图 通过原沥青混合料和智慧型沥青混合料长期老化前后的力学性能试验可以看出,老化前智慧型沥青混合料和原沥青混合料的动稳定度、极限弯曲破坏应变、TSR 值和低温劈裂强度的数值均较为接近,且符合标准要求,这说明智慧型沥青混合料在施工图 5 沥青混合料动稳定度变化图和使用初期时满足沥青路面的路用性能要求。从图 2 可以看出,3 种级配类型的原沥青混合料在老化后,其极限弯曲破坏应变均出现一定程度的衰减,这是由于老化后的沥青材料硬度上升、变形能力降低而导致的。而智慧型沥青混合料老化后的极限弯曲破坏应变较原沥青混合料平均提升约74%,极限弯曲破坏强度提升约 53%。图 3 以 AC-16 沥青混合料的低温劈裂强度为例,展示了老化前后不同温度条件下混合料的劈裂强度变化曲线。由图 3 可知,沥青混合料老化前的劈裂强度随着温度的降低呈现出先升后降的变化趋势,这是由于沥青材料的脆点温度为-20.7,在这个温度条件下,沥青材料的强度最大。而当沥青长期老化后,脆点温度升高,沥青混合料提前进入了脆性破坏阶段,劈裂强度会随着温度降低而迅速衰减;而智慧型沥青混合料老化后劈裂强度较原沥青混合料平均提高约 64%,且老化后的智慧型沥青混合料其劈裂强度也为先升后降的变化趋势。由图 4 和图 5 可知,智慧型沥青混合料老化后的动稳定度变化不明显,但其 TSR 值较老化后的原沥青混合料提升 46.2%。由此可见,智慧型沥青混合料在长期老化后仍具备较好的低温强度、抗变形能力和水稳定性,可以有效改善老化作用引起的混合料低温力学性能衰减效应,起到主动抗老化的作用。3 结论研究基于页岩渣的细观孔隙特征,将其制成功02Research&Application of Building M