沥青混合料旋转压实与马歇尔击实试件体积特性差异的初步试验研究

沥青混合料旋转压实与马歇尔击实试件体积特性差异的初步试验研究 沥青混合料旋转压实与马歇尔击实试件体 积特性差异的初步试验研究 134科技研究城市道桥与防洪2008年6月第6期 沥青混合料旋转压实与马歇尔击实试件体积 特性差异的初步试验研究 陈宏坡,曲松 (上海市政研究总院,上海市200092) 摘要:该文利用Superpave旋转压实成形机和马歇尔A动击实仪对具有相同级配的沥青混合 料进行成形,通过对比两种试 件的体积特性来初步分析两种成形方法的差异.研究发,125次旋转压实成形的试件与75次 马歇尔击实成形试件的体积 特性差异受细料品质影响很大,研究认为,马歇尔击实和旋转压实成形有着本质的区别,针对 马歇尔击实次数建立等效的 旋转压实次数是不现实的. 关键词:沥青混合料;Superpave旋转压实;马歇尔击实;差异 中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:lO09—7716(2008)06—0134—03 O前言 沥青混合料的配比设计方法,是在总结工程 经验和开发沥青混合料使用设备的基础上逐步发 展起来的.马歇尔设计方法由美国密西西比州公 路局工程师布鲁斯.G.马歇尔提出,在二战期间根 据美国陆军工程兵部队所做的调查加以改进.世 界上绝大部分国家现行的沥青混合料设计方法主 要是马歇尔法,我国也于1970年引进马歇尔设计 方法并应用至今.该方法使用击实法成形试件,并 测试体积特性和进行马歇尔稳定度试验,技术要 求主要由稳定度,流值,空隙率,沥青饱和度和残 留稳定度等指标组成. Superpave热拌沥青混合料设计方法是美国 SHRP的主要研究成果.该方法按设计交通量大 小分为三个等级:I级设计称为沥青混合料体积 设计法,该级设计包括选择和旋转压实成 形试件的体积特性分析;II,III级设计在I级的 基础上增加简单性能测试,包括各类重复加载, 重复剪切,蠕变和拉伸试验,用以评价混合料抗 永久变形,疲劳开裂和低温开裂性能.目前,设 计水平II和III由于较为复杂尚未到实用阶段, 而设计水平I由于概念清晰,方法实用被普遍 接受. 国内最新版的施工规范…在确定混合料最佳 收稿日期:2008一O1—24 作者简介:陈宏坡(1981一),男,山东枣庄人,助理工程师,硕 士,从事道路专业设计工作. 沥青含量的步骤上做了调整,更强调了空隙率等 体积参数的重要性.考虑到工程上普遍存在的施 工使用的材料与配比设计使用的材料不一样的事 实,Superpave混合料设计中的材料选择部分并没 有多少实际意义.所以,国内规范规定的混合料设 计方法和Superpave法的本质仍然是狭义的体积 指标设计,设计的主要还只是确定矿料级配 和油石比,两种设计方法最根本的差别自然体现 在室内试件成形方法上了. 本文的目的是探讨基于重载设计交通量条件 下,利用马歇尔击实仪和Superpave旋转压实仪成 形试件的体积特性的差异. 1材料选择和试件成形 参照新施工规范规定的AC13,AC16及AC20 混合料级配范围组成五种级配(见1).其中级 配1和级配2使用辉绿岩粗集料和针片状颗粒含 量较高的石灰岩细集料,级配3和级配4使用辉 绿岩粗集料和针片状颗粒含量较低的石灰岩细集 料,级配5则使用石灰岩粗集料和针片状颗粒含 量较低的石灰岩细集料.级配3和4分别是在级 配1和2的基础上将粗集料稍微减少,细集料稍 微增加配成的.混合料全部采用7O号普通石油沥 青拌和,并在同一温度下分别使用马歇尔击实仪和 Superpave旋转压实仪成形圆柱形试件.马歇尔试件 选择双面75次击实,使用标准尺寸(101.6mm× 63.5mm);Superpave试件选择125次旋转压实 (压强600kPa,旋转角1.25.,30r/min),使用标准 j? 梁施工风险后果估计模型和方法,是以量化分析和实用性. 为基础,能够实现对桥梁施工风险后果进行系统,龛垂青 全面的分析和估算,通过五河口斜拉桥等桥梁风【1】巩春领. 大跨度斜拉桥施工风险分析与对策研究『DJ.上海:同 险分析应用结果表明,该方法具有较强的合理性济大学,2006. 2008年6月第6期城市道桥与防洪科技研究135 尺寸(150mmX115mm). 2试验结果与分析 图1给出了四种级配混合料两种不同成形 方法成形试件的矿料间隙率(VMA)的对比.比 较级配1租级配2的曲线图可以看出,两种试 件的VMA对沥青用量的变化都不敏感,而且两 种试件的VMA差异都不是很显着,但级配1试 件的这种差异性要比级配2试件大些;比较级 配3和级配4的曲线图,两种试件的VMA差异 都比较显着,且级配3的马氏试件的VMA对沥 青用量的改变比较敏感O进一步对比还会发现. 使用级配1,2的马氏试件的VMA稍大于旋转 试件的VMA,而使用级配3,4的马氏试件的 VMA却明显小于旋转试件的VMA.单比较旋转 试件,可以发现级配1和级配2试件的VMA明 显大于同样沥青用量的级配3和级配4试件的 VMA. 以上差异性可以从混合料所用细集料的品质 差异来解释.级配l和级配2所用的棱角性较好 的石料会增强集料间的嵌挤作用,这种嵌挤力会 部分抵消沥青用量的增大带来的润滑作用的增 大,使混合料不易被压密,而且使得压实特性对沥 青用量的增大不敏感;但这种针片状颗粒也容易 被击碎,使实际级配比设计级配要细,使压实试件 毛体积密度增大,导致计算出的VMA偏小,而旋 转压实对针片状集料的破坏作用相比马歇尔击实 仪也小,这样就使级配l和级配2马氏试件的 VMA比旋转试件的VMA要小. 级配3和级配4的细集料因为颗粒形状呈立 方体形,几乎不含针片状颗粒,这不利于增大颗粒 间的摩阻力,且集料间的摩阻力受沥青润滑作用 的影响也较大. 级配5两种试件的体积特性的差异如图2所 表1试件集料级配设计 级配粒径(mm) 4.75236 级配1100100 级配2100100 级配3100100 级配4100100 级配59585 97 96 95 92 75 82 74 79 70 64 通过 62 42 58 43 43 率(%) 4232 2618 40.532.5 2921 2918 22 13 24 16 12 16 9 16 12 10 11 7 12 8 6.5 ?级配l马氏 ?级配1旋转 r— 4.04.55.05.56.0 油石比/% (a) ?级配3马氏 \?级配3旋转 , , - 一, 3.54.04.55.05.5 油石比/% (c) 4.O4.55.O5.56.O 油石比/% (b) ?级配4马氏 ?级配4旋转 ?--.,? ‘, , ?L —?’--? 3.5404.55.05.5 油石比/% (d) 图1四种级配混合料两种\? .—, 3.03.54.04.55.0 油石比,% (a) l?级配5马氏 ——— 一级配5旋转 l\ \\ \ \ l?l? .2..4.14.44., 油石比,% (b) 圈2级配5两种成形试件的体积特性的对比 五种级配试件的空隙率对比如图3所示.从 图中可以看出,相同沥青用量条件下,级配1和级 配2两种成形方式成形的试件的空隙率相差不 大;而级配3,级配4和级配5两种试件的空隙率 差异显着,且规律明显:马氏试件的空隙率大于旋 转试件的空隙率. 图3给出了四种级配混合料的马氏试件和旋 转试件的空隙率差异,从图中看出,对于级配1和 级配2,相同沥青用量下马氏试件空隙率稍大于 旋转试件空隙率,两种试件4%空隙率对应的混 合料油石比相差0.1%,0.2%;对于级配3和级 配4,相同沥青用量下马氏试件空隙率明显大于 旋转试件空隙率,两种试件4%空隙率对应的混 合料油石比相差0.3%,0.6%.图2显示,相同沥 青用量下级配5马氏试件的空隙率也明显大于旋 转试件的空隙率.由此可见,使用针片状含量较低 的细集料的三种混合料,尽管级配各不相同,但相 同沥青用量下马氏试件的空隙率都大于旋转试件 的空隙率;使用针片状含量较高的细集料的两种 级配,相同沥青用量下两种试件的空隙率相差不 是很大. AI?级配3-q氏?级配3旋转— 一级配1马氏-级配l旋转 \.. \ I\一 I. ,, ,J’ 3.64.14.65.15.6 油石比,% (a) }?级配2马氏?级配2旋转 ?级IE4马氏?级配4旋转 \ \. -\\一 ..\.. 3.644.44.85.25.6 油石比,% (b) 圈3四种级配混合料两种成形试件的空隙率对比 3结论 通过以上试验结果,可以得出以下结论: (1)对于马歇尔法双面75次击实成形,在相 同沥青用量条件下,试件的体积参数对细集料颗 粒形状的改变不敏感;当细集料针片状颗粒含量 较大时,体积参数对沥青用量的改变也不敏感,当 细集料针片状颗粒含量较小时,试件体积参数对 沥青用量的改变较敏感. (2)对于125次旋转压实成形,在相同沥青用 量条件下,试件的体积参数对细集料颗粒形状的 改变很敏感;无论细集料针片状颗粒含量多少,试 件的体积参数对用油量的改变均不敏感. (3)当混合料细集料针片状颗粒含量较低时, 双面75次击实成形与125次旋转成形试件的体 积特性有较大差异,而当细集料针片状含量较高 时,二者差异不显着. 以上结论表明,按体积特性等效的原则建立 与马歇尔击实次数与旋转压实次数的关系是不科 学的,因为这两种成形方式对细料针片状含量的 敏感性不同. 参考文献 【l】JrI?F40—2004,沥青路面施工技术规范【s】 7654321 %『瓣鬣制 7654321 堡瓣鬣制 5O5O5O5O5 876543 ,爵鬣制