我國在已建成的高速公路中有90%以上采用的是瀝青混凝土路面,但瀝青混凝土路面經常出現各種損毀,水損害是其中*常見的損害之一,同時也是形成其他瀝青混凝土路面損害的主要原因之一。由此可見研究瀝青混合料的抗水損害性能的重要性。
目前國內評價瀝青混合料水穩定性的常用方法是凍融劈裂試驗與浸水馬歇爾試驗。雖然這兩個試驗的成本低廉,方法簡單,但是此兩者試驗的缺點是試驗周期長(需要3d左右時間完成一組試驗數據),由于構件尺寸較小,引起試驗數據變異性大,數據穩定性差帶來可信度較低的不足。國外歐洲國家一直采用漢堡浸水輪載試驗的方法來評價混合料的抗車轍性能。美國也正在采用這一方法來替代混合料的拉伸強度比來評價這一性能。
國內有不少專家學者已經研究了浸水車轍試驗,然而他們的研究有的僅對瀝青混合料的水穩定性能進行研究,有的僅對其高溫抗車轍性能進行研究。孫長新等用浸水車轍試驗試件變形(試驗輪行走次數曲線上加速變形階段前后擬合曲線拐點對應的橫坐標為影響次數)討論瀝青混合料的水穩定性。季節等通過分析浸水條件下試驗溫度與動穩定度之間的關系和浸水條件下試驗荷載與動穩定度之間的關系,得出瀝青混合料的車轍試驗存在臨界荷載。當荷載小于臨界荷載時,其對車轍變形量的影響比較顯著;隨著荷載的增加,變形量增大;當荷載大于臨界荷載的時候,其對車轍變形的影響基本保持不變。楊瑞華等分析了浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、瀝青混凝土路面分析儀浸水車轍試驗和朱麗葉試驗,得出從試驗模擬的環境條件、評價指標的有效性和試件性能的有效性角度分析,瀝青混凝土路面分析儀浸水車轍試驗*,朱麗葉試驗次之,凍融劈裂試驗第三,浸水馬歇爾試驗*差。然而從試驗的操作性而言,瀝青混凝土路面分析儀浸水車轍試驗*差。針對以上現象,本文擬以浸水車轍試驗探究瀝青混合料的水穩定性能,并對其與浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗進行分析和比較,研究浸水車轍試驗同時評價瀝青混合料的水穩定和抗車轍性能的優劣。
試驗
試驗方法
車轍試驗主要用于研究瀝青混合料的高溫性能。瀝青混合料的車轍試驗是構件在特定的溫度與荷載條件下,測定試驗輪往返行走所形成的車轍變形速率,并且以動穩定度(每產生1mm變形所需要的行走次數)表示,動穩定度越大說明構件的熱穩定性能越好。截止目前,暫時還沒有規范規定浸水車轍的試驗方法,用浸水車轍試驗評價瀝青混合料的水穩性還是一種正在探索的方法。浸水車轍試驗比較常用的試驗方法有兩種:一是將試件完全浸入目標水溫中保溫6h后,再將試件放入車轍試驗機內按照標準車轍試驗方法進行車轍試驗(在試驗過程中構件不浸水),并測得構件的穩定度;二是將試驗試件放在60℃空氣中保溫6~12h,再將試驗試件放入目標水溫中進行浸水車轍試驗。試驗的養護和測試條件,評價指標要求等美國各州也沒有統一。
本試驗采用的是天津三思實驗儀器制造有限公司生產的全自動車轍試驗系統,試驗溫度為(60±0.3)℃,位移測量精度為0.01mm,輪碾往返速度為21次往返/min,輪碾表面硬度為(78±2)(60℃),輪碾荷載為(0.7±0.05)MPa。所制作的試驗構件尺寸為300mm×300mm×50mm。
試驗材料
本試驗采用兩種瀝青材料:70號基質石油瀝青和SBS改性瀝青;1種骨料;級配Sup-20和AC-20;兩種添加劑;共8個混合料。。
為了盡量減少試驗影響因素,本試驗在混合料滿足試驗要求的情況下采用同一級配,并添加兩種新型抗車轍劑觀測其對瀝青混合料水穩定性能的影響,為了增加瀝青混合料的種類,本試驗采用2種瀝青。
檢測得試驗所用瀝青各項性能均滿足要求。集料選用玄武巖碎石集料,填料采用石灰巖礦粉。試驗所用的抗車轍劑為某廠家生產的T型和L型抗車轍劑。
配合比設計
為了增加試驗樣本數量,本試驗各組瀝青混合料采用2個級配、2種瀝青,為了方便試驗數據分析,本試驗采用1種骨料,且各組混合料試件均滿足各項指標規定要求。本文對8種瀝青混合料進行編號。
試驗結果和討論
針對8種瀝青混合料在*瀝青含量下制作車轍試件,并將這些試件分為兩組,每組8個試件,并分別進行如下處理。有研究表明剝落量是評價浸水車轍試驗的重要指標,還有研究表明浸水車轍試驗與凍融劈裂和浸水馬歇爾試驗有較好的一致性。故本試驗主要考察瀝青混合料浸水車轍試件的剝落量與動穩定度,并將其與常規車轍試件的數據做對比,同時將試驗結果與凍融劈裂試驗數據和浸水馬歇爾試驗數據相比較。
標準車轍試驗
試驗前將試件稱重,然后在60℃空氣浴中保溫6h后稱取試件質量后進行車轍試驗,待試驗結束稱取試驗后的試件質量,剝落量即為得到試驗試件試驗前后的質量差,同時讀取試驗試件動穩定度。
浸水車轍試驗
將試件在60℃恒溫水浴中養護6h后稱取試驗試件質量,而后進行浸水車轍試驗(試驗時不浸水),待試驗完畢后再稱取試件質量,剝落量即為試驗前后質量差,同時讀取試驗動穩定度。
凍融劈裂試驗
為了考察浸水車轍試驗與凍融劈裂試驗結果的一致性,本試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行凍融劈裂試驗。RT1為未進行凍融循環的*組有效試件的劈裂抗拉強度平均值;RT2為凍融循環后第二組有效試件的劈裂抗拉強度平均值;TSR=RT2/RT1凍融劈裂試驗強度比。
浸水馬歇爾試驗
使用殘留穩定度來評價瀝青混合料的水穩定性能,則殘留穩定度越大表明混合料的水穩定性能越好。
結果與分析
表示了浸水車轍動穩定度DS與浸水馬歇爾殘留穩定度MS0和凍融劈裂抗拉強度比TSR間的關系。它們之間都有較好的線性關系。浸水車轍動穩定度DS與浸水馬歇爾殘留穩定度MS0的判斷系數R2為0.8638,浸水車轍動穩定度DS與凍融劈裂抗拉強度比TSR的判斷系數R2為0.7568。這樣的線性關系說明用浸水車轍判斷瀝青混合料的水穩定性是可行的。
表示了浸水車轍深度與浸水馬歇爾殘留穩定度MS0和凍融劈裂抗拉強度比TSR間的關系。浸水車轍深度與凍融劈裂TSR有一定的線性關系,浸水車轍深度與浸水馬歇爾MS0有一定的線性關系。
由上述結論可以得出:浸水車轍試驗既可以反映瀝青混合料的水穩定性能又可以反映其抗車轍性能,且試驗用時較短,較適合用來評價瀝青混合料的性能優劣。
結語
試驗采用基質瀝青和SBS改性瀝青和添加抗車轍劑L和T等4種瀝青情況,AC-20和Sup-20兩種骨料級配共8種瀝青混合料。分別用浸水車轍、凍融劈裂和浸水馬歇爾試驗測定其水穩定性能并比較分析,可以得出以下結論。
(1)浸水車轍判斷瀝青混合料的水穩定性是可行的。
(2)浸水車轍動穩定度與標準車轍動穩定度有很好的線性關系。
(3)浸水車轍深度與浸水馬歇爾MS0有一定的線性關系;浸水車轍車轍深度與凍融劈裂TAR有一定的線性關系。
(4)浸水車轍試驗既可以反映瀝青混合料的水穩定性能,又可以反映其抗車轍性能,且試驗用時較短,較適合用來評價瀝青混合料的性能優劣。