大粒径沥青混合料LSM_30型性能的研究

表 8 单轴压缩抗压强度试验结果
成型 方式
试件 高 度 密 度 空隙率 破坏荷 抗压强 抗压强度 编号 mm g/ cm3 % 载/ k N 度/ M Pa 均值/ M Pa
A 1 150. 8 2. 473 3. 5 63. 50 3. 548
振动 压实
A 2 152. 0 2. 454 4. 2 55. 11 3. 079 3. 302
A5 151. 2 2. 454 4. 2 3 056. 5
A6 150. 4 2. 471 3. 6 3 212. 9 3 175. 8
大粒径沥青混合料 L SM -30 型性能的研究
王国军
( 辽宁省交通勘测设计院 沈阳市 110005)
摘 要: 采用体积法进行密级配大粒径 沥青混合料L SM -30 级配设计, 分析大粒径密级配沥青混合料 LSM -30 的级配组 成特点, 并分 别采用振动成型和 大型马歇尔击 实方法对 混合料的强 度性能、水稳定性 及低温拉 伸性能及 塑性指标等进行对比试验, 探讨成型方法对 L SM 性能 的影响程度和规律。
由表 7 的对比试验可知, 振动压实与大型马歇 尔击实制备的试件其密度和空隙率差别甚微, 且两 种成型方法均可以使沥青混合料达到密实状态。
3. 2 强度性能 3. 2. 1 单轴压缩试验
该 试 验按 照 《公 路 沥 青路 面 设计 规 范》( JT J 014- 97) 规定试验方法进行。( 1) 试件尺寸: 直径 ( 152. 4±2. 0) mm , 高( 152. 4±2. 0) mm ; ( 2) 养生条 件: 20℃, 24 h; ( 3) 试验条件: 温度 20℃时, 加载速率 2 mm / min ; ( 4) 试验设 备: MT S—810 及其附加设 备; ( 5) 试验结果: 根据检验, 试验数据有效。结果如 表 8 和表 9 所示。
公路 2007 年4 月 第 4 期 HIG HW A Y A pr . 2007 N o. 4 文章编号: 0451- 0712( 2007) 04- 0149- 05 中图分类号: U 414. 750. 1 文献标识码: B
2007 年 第 4 期 王国军: 大粒径沥青混合料 L SM -30 型性能的研究
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中易出现花料, 因此适当提高沥青用量( 3. 3% ) 及拌 和时间( 混合料拌和 1. 5 min, 加入单独加热的矿粉 继续拌和3 min 至均匀为止, 共拌和 4. 5 m in) 。
根据沥青混合料设计的主骨料空隙填充法设
计大粒径沥青混合料, 粗集料与细集料的百分含量 计算公式如下:
qc + qf + qp = 100
K
qc 100
( V vc -
sc
Vvs) =
qf + tf
qp + tp
qa
a
( 1)
式中: qc、qf 、qp 、qa 分别为粗集料、细集料、矿 粉 以及沥 青用 量百 分数; sc 为 粗骨 料松 装密 度, tf 、 tp 分别为细料、矿粉的表观密度, a 为沥青密
16. 0 2. 690
13. 2 2. 683
9. 5 2. 683
4. 75 2. 693
2. 36 2. 711
1. 18 2. 677
0. 6 2. 701
0. 3 2. 678
0. 15 0. 075 2. 698 2. 689
表 2 沥青的技术指标
项目
欢喜岭-90 规范要求 A H-90
Z- 5 2. 478 3. 3 7. 9 11. 2 70. 5
Z- 6 2. 458 4. 1 7. 9 11. 9 65. 7
均值 2. 473 3. 5 7. 9 11. 4 69. 3
J- 1 2. 471 3. 6 7. 9 11. 5 68. 7
J- 2 2. 486 3. 0 7. 9 10. 9 72. 5
A 3 149. 8 2. 478 3. 3 57. 42 3. 208
A 4 151. 3 2. 460 4. 0 60. 37 3. 373
B1 大型
B2 马歇尔
击实 B3
B4
149. 5 2. 465 3. 8 151. 4 2. 476 3. 4 150. 9 2. 460 4. 0 152. 1 2. 481 3. 2
1 100 92 75 60 35 20 0 2 100 90 70 50 45 30 0
43. 2 41. 9
3 100 85 65 35 35 20 0
40. 5
表 4 混合料 级配组成
通过下列筛孔(m m) 的质量百分率/ % 级配编号 级配类型
37. 5 31. 5 26. 5 19. 0 16. 0 13. 2 9. 5 4. 75 2. 36 1. 18 0. 6
采用体积指标 V V 、V MA 、V FA 确定 沥青混合 料的沥青用量, 具体试验结果见表 6。
表 6 Dmax= 31. 5 mm 沥青混合料的试验结果
沥青用量 密度
VV
V M A VF A 目标空 最佳沥青
%
g / cm3
%
%
% 隙率/ % 用量/ %
3. 0 2. 457 4. 4 11. 5 62. 2
的骨架结构( 见表 3) 按体积法设计不同的填隙系数 与规范中值的混合料( 见表4) 进行对比试验, 采用抗 压强度与抗压模量( 20℃, 养生 24 h) 及其极限变形 来评价力学性能, 最后确定一个较好的级配。
表 3 主骨架级配与空隙率
主骨架
通过下列筛孔( mm) 的质量百分率/ %
松装空
编 号 37. 5 31. 5 26. 5 19. 0 16. 0 13. 2 9. 5 隙率/ %
针入度( 20℃, 100 g, 5 s) / 0. 1 mm 延度( 5 cm / min, 15℃) / cm 软化点/ ℃
89 150 44. 2
80～100 ≥100 42～52
2 沥青混合料 2. 1 级配的确定
对于最大粒径为 31. 5 mm 的沥青混合料而言, 通过粗集料骨架空隙与力学性能的研究, 采用较好
关键词: L SM -30; 性能; 成型方法; 试验; 级配
1 试验材料 试验所用石料为石灰岩, 矿料密度见表1。试验
所用沥青为欢喜岭-90, 技术指标见表2。
表 1 矿料密度
矿料粒径 37. 5
mm
表观密度
g/ cm3
2. 717
31. 5 2. 715
26. 5 2. 736
19. 0 2. 698
通过最佳沥青用量的确定, 可以得出沥青混合 料通过增大粒径可以明显地降低沥青用量的结论。
3 室内对比试验 对比试验主要从以下几方面入手: 强度( 抗压强
度及回弹模量) 、水稳定性( 浸水残留抗压强度、冻融 抗压强度) 、低温拉伸性能( 小梁抗弯拉强度) 及贯入 式重复加载试验。 3. 1 物理指标
试件密度的测定采用表干法, 物理指标计算结 果见表 7。
6. 2
156. 2
1. 959
4. 3
152. 1
2. 785
1. 9
94. 8
4. 7
151. 2
2. 825
4. 3
152. 4
3. 072
5. 7
150. 8
2. 703
极限变形/m m 6. 05 4. 93
4. 76 3. 5 4. 22
回弹模量/ MPa 1 418. 15 2 061. 93
级配编号 1 2 3 4 5 6
注: 同表 4。
级配类型 1, 0. 7 1, 1. 0 1, 1. 3 2, 1. 0 3, 1. 0
规范中值
密度/ ( g/ cm 3) 2. 418 2. 445 2. 463 2. 456 2. 463 2. 380
表 5 级配对 比试验结果
空隙率/ % 试件高度/ mm 抗压强度/ MPa
针对相同的沥青混合料采用振动压实和大型马 歇尔击实两种成型方法进行了对比试验, 其中振动 成型采用的激振力为6 kN, 振动频率为 45 Hz, 振幅 为0. 476 m m, 振动时间3 min; 大型马歇尔击实采用 的锤重为 10. 2 kg, 落锤高度为 457 mm , 击实次数为 两面各 112 次。 2. 2. 2 最佳沥青用量的确定
48
41
31
26
22
17
6
规范中值 100 95 85. 5 74
68
62
53
42 33. 5 25
19
注: 级配类型前为主骨架编号, 后为填充系数。
0. 3 0. 15 0. 075
10
7
5
13
9
6
14
10
6
12
8
5. 5
11
7
4. 5
13
9
5
收稿日期: 2006- 10- 20
— 1 50 — 公 路 2007 年 第 4 期
表 7 物理指标汇总
成型方式 试件编号
密度 g/ cm3
VV %
VA V MA V FA
%
%
%
Z- 1 2. 486 3. 0 7. 9 10. 9 72. 5
Z- 2 2. 460 4. 0 7. 9 11. 9 66. 1
Z- 3 2. 483 3. 1 7. 9 11. 1 71. 6
振动压实 Z- 4 2. 473 3. 5 7. 9 11. 4 69. 3
3. 5 2. 461 3. 5 11. 8 70. 5
4
3. 2
4. 0 2. 488 1. 7 11. 3 84. 8
4. 5 2. 481 1. 3
12 89. 4
规范Ⅰ型
3～6 ≥12. 5 70～85 —
—
图 1 级配曲线
由表 4 及级配曲线图可以发现, 大粒径沥青混 凝土L SM -30 中4. 75 mm 以上的颗粒含量较规范值 有明显提高。 2. 2 试验测试 2. 2. 1 成型方法
1
1, 0. 7
100 94
81
70
51
40
25
21
18
13
2
1, 1. 0
100 95
84
74
57
47
34 28. 5
24
17
3
1, 1. 3
100 95
85
76
61
52
40
33
28
19
4
2, 1. 0
100 93
80
66
62
wenku.baidu.com
52
32 26. 5
22. 5 16
5
3, 1. 0
100 90
76
55
2 004. 82 2 355. 06 1 961. 11
由于主骨架 1 填充系数 1. 3 的级配混合料在做 标准试件时, 其空隙率偏小, 不能满足密实型空隙率 3% ～6% 的要求, 因此没有进一步做抗压强度及模 量试验。通过对比试验分析, 确定最大粒径31. 5 mm 的主骨架3 填充系数1. 0 的级配性能较好。其级配组 成即表4 中的级配5, 故取级配5 为设计级配。为明确 起见, 现将振动压实法确定的最大粒径 31. 5 m m 的 较好级配及规范中值的级配组成及级配曲线绘于 图 1 中。
度; V vc、V vs 分别为主骨架松装空隙率百 分数及沥 青混合料设计目标空隙率百分数; K 为填隙系数。 细集料 按泰波指数 n= 0. 5 设 计, 振动参数选 择为 6 kN、45 Hz、0. 476 mm, 有的级配细集料根据试验 结果进行了适当调整。粗、细集料的级配组成见表4。
对上述 6 种级配采用振动成型的方法( 振动工 艺: 6 kN, 45 Hz, 0. 476 mm ) 制备试件, 分别做了物 理指标及抗压强度、回弹模量试验, 结果见表 5。
52. 28 2. 921 45. 86 2. 562 53. 06 2. 964 56. 79 3. 173
2. 905
成型 方式
振动 压实
大型 马歇尔
击实
表 9 单轴压缩回弹模量试验结果
试件 编号
高 度 密 度 空隙率 回弹模 回弹模量 mm g / cm3 % 量/ M Pa 均值/ M Pa
J- 3 2. 477 3. 3 7. 9 11. 3 70. 3
大型马歇
尔击实
J- 4
2. 483 3. 1
7. 9
11. 1 71. 6
J- 5 2. 481 3. 2 7. 9 11. 3 70. 0
J- 6 2. 455 4. 2 7. 8 12. 1 65. 0
均值 2. 476 3. 4 7. 9 11. 4 69. 7
通过表 6 的试验数据, 可以看出规范对于沥青 混合料的 V M A 、V FA 的规定范围, 对于大粒径沥青 混合料来说已不太适用。因此本文在缺乏相应技术
标准的前提下, 主要通过空隙率指标来确定最佳沥青 用量。由试验数据确定的最佳沥青用量为3. 2% , 但考 虑到粒径较大且粗集料含量多, 沥青混合料拌和过程