沥青路面同步碎石封层材料组成及力学性能分析

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(1) 主要试验仪器。拉拔试验采用 LGZ-1 结构层 材料强度拉拔仪。它可用于路面、建筑防水层拉拔试 验,可存贮 20 个试验数据。仪器可以设定拉拔速度并 控制马达自动工作,现场采集数据、存储、显示、处 理、保持峰值,RS232 接口连接 PC 机处理。其他还有 拉拔盘、马歇尔模具、能保持一定静压压力的压力机、 沥青混合料搅拌锅等。
试验最关键的设备采用 JHY—A 结构材料剪切仪。
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它可用于路面、建筑防水层剪切试验。仪器由单片微机 控制步进电机驱动剪切机构,由力传感器和位移传感器 分别测量最大剪切力和位移,双四位液晶显示。可以存 储 20 个试验数据,可以设定速度并控制马达自动工作, 现场采集数据存储显示保持峰值,RS232 接口连接 PC 机处理。另外还需要马歇尔模具、能保持一定静压压力 的压力机和沥青混合料搅拌锅等。
对 10~15mm 粒径的同步碎石封层进行拉拔试验时, 沥 青 洒 布 量 有 五 种 方 案 , 分 别 为 1.4kg/m2、 1.6kg/m2、 1.8kg/m2、2.0kg/m2,同时改变碎石撒布量 4 种方案分别 为 5m3/km2、6m3/km2、7m3/km2 和 8m3/km2,共 16 种方案 测得的拉拔试验结果如表 6。
封层等其他类型封层,具有很强的推广应用价值。
关键词:同步碎石封层;材料组成;力学性能
中图分类号:U414
文献标识码:B
1 同步碎石封层原材料的选择
1.1 透层材料的选择 透层应当渗透入基层才能起到固结、稳定、连接、
防水的作用,渗透深度不宜小于 5~10mm,并能与基层 连接成为一体。透层材料可以选择渗透性好的液体沥 青、乳化沥青。 1.2 石料的选择
(1) 石料的筛分试验。对信阳息县石场提供的 5~ 10mm、10~15mm 粒径碎石进行了筛分试验。从筛分试 验看,如果将该石料直接应用于同步碎石封层,其粒径 组成不满足同步碎石封层要求,因此需要进行二次筛 分。为此自制了筛分机,通过控制最大粒径和最小粒径 对 5~10mm、10~15mm 粒径石料进行了二次筛分,得到 了 6~10mm、10~15mm 粒径石料,同时起到了除尘的作 用。
③按“启动”键,在拉拔之前有一段空载行程,此 时屏幕显示“Search Strength”,当系统检测到受力点 后,即开始自动拉拔,同时测量位移和拉力,并在屏幕 上实时显示。
④一个试件拉拔完毕,记录数据,之后使仪器复 位,准备下一个拉拔,如果试验结束,将仪器断掉电 源,卸下各传感器,放置好仪器。
⑤注意事项 在上面步骤②中通过连接部件将拉拔盘连接到拉拔 仪的过程中,很关键的一点是要保持试件的表面与拉拔 部件拉拔方向保持垂直,否则,试验将会产生较大的偏 差。 (3) 数据处理。在碎石撒布量覆盖率为 50%时,粒 径为 6~10mm 同步碎石封层的试验结果如表 5 所示。
根据同步碎石封层的技术要求和施工特点,我们通 过在基质沥青中加入添加剂,使热沥青的针入度值达到 180~220。经过试验,通过加入添加剂的方法与面层同 标号的沥青 AH-70 可以作为同步碎石封层的结合料。 表 4 为面层沥青的检测试验数据。
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道路工程
表 4 AH-70 沥青试验
道路工程
沥青路面同步碎石封层材料组成及力学性能分析
王恩成
(信阳平桥区公路管理局,河南 信阳 464100)
摘 要:文章结合 G40 高速信阳段工程实例对层间处治技术:同步碎石封层材料组成、力学性能进行研究,并通
过试验对比,从基层封水、面层排水、剪切强度、拉拔强度等角度进行比较,同步碎石封层性能要明显优于稀浆
(2) 石料的细长扁平试验。我国 《公路沥青路面施 工技术规范》(JTG F40-2004) 规定高速公路、一级公路 及城市主干道、主干路沥青混凝土路面用粗集料的细长
扁平颗粒含量不大于 15% , 其他等级公路与城市道路沥 青混凝土路面用粗集料的细长扁平颗粒含量不大于 20%。为了保证封层的施工质量及路用性能, 我们将该 项指标定为不大于 15%。根据《公路工程集料试验规程》 (JTG E42~2005) 的试验方法, 测得石料的细长扁平含量 如表 1 所示。
表 1 石料细长扁平含量试验结果
(3) 石料的力学性能试验 对信阳息县石料场的 4.75~9.5mm、9.5~16mm 进行 了常用指标试验,表 2 为石料试验数据。 (4) 石料的粘附性试验 (见表 3)
表 2 信阳息县石料场石料试验数据
表 3 石料的粘附性试验结果
由以上试验结果可以看出,根据 《公路沥青路施 工技术规范》(JTG F40-2004),该送检样品所检项目符 合规范要求。
表 10 稀浆封层拉拔强度试验结果/N
对 10~15mm 粒径的同步碎石封层进行拉拔试验时, 沥 青 洒 布 量 有 五 种 方 案 , 分 别 为 1.4kg/m2、 1.6kg/m2、 1.8kg/m2、2.0kg/m2,同时改变碎石撒布量四种方案分别 为 5m3/km2、6m3/km2、7m3/km2 和 8m3/km2,共 16 种方案 测得的剪切试验结果如表 8 所示。
成强度。结合时沥青温度为 120℃以上,并具有足够的 粘结性;同时由于流体沥青的表面张力,使热沥青沿石 料表面向上爬升,爬升高度约为 2/3 高度,并在石料表 面形成一个半月面使石料被沥青裹附的面积约为 70%, 保证了沥青与石料有足够的结合强度。
使用同步碎石封层技术,原则上对沥青结合料的选 择和使用是无特殊要求的—— —在保证了沥青结合料正确 的洒布温度、洒布量条件下,使用普通沥青,重交沥 青,乳化沥青,改性沥青都可达到很好的效果。
碎石封层在底面存在完整油膜 (封水) 的同时在封层中 存在较明显的孔隙 (排水),因此从封排水性能上同步 碎石封层要优于稀浆封层。两种封层的检测结果分析如 下:
(1) 由于同步碎石封层的骨料嵌锁作用,使得其层 间拉拔和抗剪较高,检测结果看 A 合同段稀浆封层性能 优于 B 合同段,但与基质沥青同步碎石封层相比只有 1/3 左右强度; (2) 两种同步碎石封层方案,10~15mm 粒径碎石方案力学性能优于 6~10mm 粒径碎石方案;同 时同步碎石封层存在沥青洒布量-碎石粒径-碎石撒布量 的优化; (3) 从基层封水和面层排水的角度比较,同 步碎石封层不仅具备底部完整油膜用于封水同时在封层 中存在孔隙用于排水,稀浆封层则呈松散状,同步碎石 封层要明显优于稀浆封层。
同步碎石封层技术是薄层技术,所用骨料级配为单 一 级 配 , 常 用 为 : 2 ~4mm, 4 ~6mm, 6 ~10mm, 10 ~ 14mm,具体所用级配要根据交通量、施工结构等要求 选择。同步碎石封层所用石料技术要求与沥青混合料使 用的石料基本相同,应洁净、干燥、无风化、无杂质, 并具有足够的强度和耐磨耗性,且应具有良好的颗粒形 状,目的是使石料具有凹凸不平的表面,以增大石料的 表面积,使石料与沥青的接触面积增大,使沥青嵌入凹 穴之中,固化后形成牢固的嵌缩力。要求经过反击破碎 (或锤式破碎) 得到的碎石,针片状石料严格控制在 15%以内,几何尺寸要好,不含杂质和石粉,压碎值小 于 14%。
(2) 主要试验步骤。 ①把基面的表面、拉拔试件两个表面清理干净,之 后将基面的表面、试件两个表面及拉拔盘面上涂上准备 好的环氧树脂胶,之后压好。 ②将拉拔仪各传感器连接好,开机后拨动编码开关 设置拉拔参数,设置拉拔速度、试件编号,然后按“确 定”键,等屏幕显示“Press Start to Run”后表示仪器 已经准备好。然后将拉拔仪放置到试件上方并通过连接 部件把拉拔盘连接好。如有需要,可通过 RS232 接口连 接电脑,把试验所获得的数据及力值与位移对应曲线传 到电脑上。
在施工中,沥青结合料的用量是决定施工质量好坏 的一个很重要因素— ——沥青结合料过少,所做路面将可 能出现严重的脱粒;过多,则会在以后出现严重的泛 油。用量要根据交通量、原有路面情况、施工季节、施 工路段等做出调整:如,大交通量的道路用量应比小交 通量道路用量低 5%~10%,秋季施工用量应较夏季施工 用量上调 5%。
作者简介:王恩成 (1970-),男,河南信阳人,从事公路工程研究工作。
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G40 高速信阳段路面中修工程采用同步碎石封层作 为下封层,因此从经济性和实用性角度出发,选择石灰 岩作为封层石料;根据路表面粗糙情况,选择 6~10mm 粒径范围;同时作为试验部分路段采用 10~15mm 粒径 范围。
表 5 6~10mm 粒径同步碎石拉拔强度试验结果/N
3 性能检测与分析
在完成了同步碎石封层施工后,对其进行了力学性 能检测。采用拉拔仪和剪切仪对 G40 高速信阳段路面中 修工程的同步碎石封层和 SBR 改性沥青稀浆封层进行 了现场对比测试。所选用的试件直径均为 10cm。试验 时发现虽然气温和路面温度变化较大,但是封层温度相 对较为稳定,浮动范围为 30~38℃。 3.1 同步碎石封层拉拔强度试验
表 6 10~15mm 粒径同步碎石拉拔强度试验结果/N
从表中可以看出,当采用 10~15mm 粒径碎石时, 优 选 方 案 为 沥 青 洒 布 量 为 1.6kg/m2, 碎 石 撒 布 量 为 6.0m3/km2。 3.2 同步碎石封层剪切试验
根据剪切仪剪切部件特点,试件尺寸为圆柱体,直 径为 100mm,试件采用马歇尔模具制备。
(5) 单位面积石料用量。为了保证施工时石料能够 均匀的按照覆盖率撒布在基层上,防止出现石料堆积或 过分露黑现象,要事先确定封层单位面积所用石料。此
项测量仪器为一带有刻度的容量盒,当石料按照设计覆 盖率铺在盒底上后,把盒竖立,使石料堆在底部,通过 盒盖上的数据,计算出单位面积上所用石料的体积及质 量。试验室选用 6~10mm 和 10~15mm 粒径碎石,覆盖 率为 50%时,石料用量分别为:5m3/km2、8m3/km2。 2.3 沥青结合料的选择及试验
2 原材料试验
2.1 透层材料的选择与试验 G40 高速信阳段路面中修工程为了保证渗透效果,
选择了渗透性好的煤油稀释沥青作为透层材料。根据道 路实际情况,进行了关于稀释比例的试验。根据试验, 选择重量比 5/5 的掺配比例进行调制。
透层材料通常采用场地搅拌法进行配置,采用这种 方法容易造成材料的不均匀性。为了避免该种现象发 生,我们采用胶体磨加工透层油,具体方法是将沥青和 煤油通过流量控制按照设定好的比例同时经过胶体磨, 制作出材料均匀的透层材料。 2.2 石料的选择与试验
表 8 0~15mm 粒径同步碎石封层剪切强度试验/N
表 9 稀浆封层剪切强度试验结果/N
从表中可以看出,当采用 10~15mm 粒径碎石时, 优 选 方 案 为 沥 青 洒 布 量 为 1.6kg/m2, 碎 石 撒 布 量 为
3.4 同步碎石封层与稀浆封层对比分析 通过现场取样可以看出稀浆封层呈松散状,而同步
同步碎石封层技术对骨料种类无特殊要求,石灰 岩、花岗岩、玄武岩等都适合,但要求严格水洗除尘。 这也能够解决我国大多数地区的骨料资源种类单一、骨 料供给运输困难的问题。 1.3 沥青结合料的选择
同步碎石封层的工作原理是利用专门的施工设备将 沥青结合料 (喷洒时热沥青的温度可达 160 度以上) 与 洁净干燥的均匀石料同时喷洒在路面上,保证沥青与石 料在最短的时间内完成结合,并在外荷载作用下不断形
在碎石撒布量覆盖率为 50%时,测得 6~10mm 粒径 同步碎石封层的剪切试验结果如表 7 所示。
表 7 6~10mm 粒径同步碎石封层剪切强度试验结果/N
6.0m3/km2。结合拉拔强度试验结果,可以看出剪切强度 与拉拔强度的比值为:0.5~1.1。 3.3 稀浆封层试验
对于 SBR 改性乳化沥青下封层,在铺筑下面层试 验段后对其进行了剪切、拉拔强度试验,试验仪器和过 程参考同步碎石封层试验,测得的剪切强度和拉拔强度 试验结果分别如表 9、表 10 所示。
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