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速公路SMA沥青混凝土技术的研究与应用
合肥工业大学 硕士学位论文 高速公路SMA沥青混凝土技术的研究与应用 姓名:严任苗 申请学位级别:硕士 专业:土木与建筑工程 指导教师:柳炳康
高速公路SMA沥青混凝土技术的研究与应用摘 要沥青玛蹄脂碎石路面(简称SMA路面)是一种引人注目的新型路面结构,由于我 国的气候和交通条件与欧美不同,各地铺筑的试验段既有成功的经验,也有失败的教 训.为了使SMA技术能在我国健康的发展,本论文研究针对安徽西南山区地形复杂, 降雨量大,多雾,能见度差,夏季高温持续时间长,交通条件等环境特点,就合六高 速公路如何适应交通量大,轴载超重,长陡坡路段多等问题,在深入调查国内外s眦 研究成果的基础上,选用台湾AH一70#及泰普克AH一70#两种进口沥青,并用SBS改性剂进行现场改性,对改性沥青技术指标进行了系统分析研究.在此基础上设计了改性沥青玛蹄脂混凝土试验方案,通过对三种纤维,不同粉胶比的改性沥青玛蹄脂延度,软 化点等指标的测试分析研究,确定了适于该地区SMA的各种纤维改性沥青玛蹄脂的粉 胶比范围. 为了确保SMA密实型骨架结构形成,研究中采用均匀设计法对租集料级配进行了 优化.细集料级配以密实填充为原则,利用k法计算确定.SMA混合料的配合比设计采用马歇尔试件的体积设计法进行,马歇尔试验的稳定度与流值并不作为配合比设计的接受与否决的惟一指标,确定了多种Sf4A初试级配配合比,引入了有效沥青的概念, 以关键体积参数vv,VCA,VFA,VMA等为控制指标,优选出多种SM^混合料,并对其 高温稳定性,水稳定性,耐久性,抗滑性,低温抗裂性等重要路用性能及其影响因素 进行了深入系统的分析研究,同时对SMA的疲劳性能及低温抗裂性能也进行了试验研 究,推荐出了最优SMA沥青混合料配合比,并镝筑高速公路试验路,为合六高速公路规模化施工提供重要的试验数据指导,对山区公路SMA沥青混凝土施工关键控制技术 进行了探讨,本文简要介绍了SBS改性沥青,并结合安徽省合六高速公路上面层AC 一13沥青玛蹄脂碎石路面的旌工,介绍了SBS改性沥青玛蹄脂混凝土的配合比设计及施工工艺与质量控制.关键词:SMA改性沥青玛蹄脂粉胶比均匀设计骨架结构试验数据体积设 计法体积特征参数 路用性能影响因素施工控制Deformable Analysis of The Prestressed Subassemblage Concrete Frame AbstractStone Mastic Asphalt Pavement fSMAroad)isaremarkable new pavement.As theclimate and tramc conditions in China are difierent from in Europe and the United States.the test section paved everywhere have not only successful experiences.but also lesSOns of failure.In ordel&to developSMA technology inChina,and throughanalysisofclm.meteristics aboutcomplexterrain,rainfall,and more fog,the visibility poor,sumlnara岫出temperatureslasted forlongtime,U'a伍c conditionsere.in Anhui SouthwestMountain.and SOlving some ploblems about the He-Liu expressway hnW to adapt to heavy traffic volume,overwel'ght,lors of long and steep slopes,and based on SMA researchachievements at home and abroad.Taiwan AH一70群asphalt and Taipuke AH.70 asphaltat-eselected,and modified by SBS modifier at the site,the technology indicators of modified asphalt were analyzedandstudied systematicly.On this basis,the modified asphalt concrete through analysis of the three kinds of fiber,different SMASMA pilot program isdesignedmodified asphalt ductility and softening point.The region which iS suitable for the various fiber SMA SMA modified asphalt binder ratio ofthe powder iS identified. In ordel toensureto forillSMA dense ske!eton structure,the coarsc aggregate gradationhas been optimized by the way of uniform design during the research.Fine aggregategradation is calculated using k way with the principle of filling densely.SMA mixture mix design adopted the way of Marshall specimen volume.111e stability and flow value in Marshalltest are not essential indicators to determine acceptancethe SMA graded mix,a variety of SMA primitive grade mix iSand rejected mix design identified,and the conceptat ofeffective asphalt iS introdueted.seven kinds of SMA mixture are optimized by the key paranaeters aboutWvolume,VCA,VFA,VMA,andotherother indicators,and itshi曲temperature stability,water stability,durability and slip resistance,JOW temperature cracking ofthe 1&0adperformance,andimportant factorsand the impaet areanalysisedsystematic.At the same time.the fatigue properties of SMA crack resistance and lOWperformance are alSO studied.Finally,the optimal SMA mix asphalt mixture is recommended to build a test road paved section.11lese important test data providestemperature guidance for large-scale highway construction alongⅡle He―Liu expressway.SMA criticaloncontrol technologymountain is discussed.SBS modified asphalt iS introduced in this paper,and SMA concrete mix design methed,construction technology,and conjunctionalong thr He―Liuquality control of SBS modified bitumenareinlrodueed inonwith the construction of AC一13 Modification ofSMA pavementtop LayerExpresswayin Anhui.UmfoFinKeyword:SMA;SMAPowderDVOImneDVolume charRoadperformance influencing factor独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果?据我所 知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果, 也不包含为获得盒蟹王些盍堂或其他教育机构的学位或证书两使用过的材料?与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意.学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解盒罡至些鑫堂有关保留,使用学位论文的规定,有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅.本人授权盒蟹至些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索?可以采用影印,缩印或扫描等复制手 段保存,汇编学位论文. (保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名导师签名签字日期;莎声I.月王弓日茎麓?者鬻呈谥1}:如埘吼 爱愀乏逾1}:如事互干々,乙工作单位: 通讯地址:电话: 邮编;致谢在本课题研究和论文写作过程中,自始至终受到我的导师柳柄康教授 悉心指导和热情鼓励,借此向老师表示衷心的感谢.柳老师广博的学识, 严谨的治学作风,诲人不倦的教育情怀和对教育事业的忠诚,是我永远学 习的楷模,并激励我勇往直前. 本课题研究工作中,安徽省合六叶高速公路建设指挥部施建刚主任给 予了我许多帮助,在此表示深深的谢意! 祝愿合肥工业大学繁荣昌盛! 由于本人水平有限,文中难免有不妥之处,敬请批评指正作者.F@为2007年9月第一章概述随着中国入世以及国民经济的持续高速发展,我国逐步成为世界上汽车需求增长量最大的国家.由于道路交通量日益增加,我国公路交通的需求使公路建设事业得以迅猛发展.但越来越多的高速公路陆续建成通车,面临的交通及气候环境条件对高速公路营运性能的考验也越来越严峻.由于我国GDP快速增长及国家综合经济实力不断提高,国家对交通运输的需求将不断增大.从1988年我国大陆第一条京津塘高速公路正式通车到现在, 我国的高速公路建设取得了举世瞩目的成就,全国高速公路通车总里程达2.52 万公里,仅次于美国,位居世界第二.在高速公路的路面结构中,沥青路面以 其连续性好,行车平稳舒适,抗震性好,噪音小及维修方便等优点而得到推广 应用.虽然我国公路建设取得长足的发展,但是不少高速公路的沥青路面使用 不久就出现了各种早期病害.例如:炎热夏季在重载作用下形成车辙,推挤,拥包,波浪等永久性变形;在雨季及春融季节形成坑槽,松散,剥落,麻面等水损坏,路表抗滑性能的迅速下降以及局部龟裂等路面病害都在一些高速公路中 陆续出现.新建高速公路沥青路面产生早期破坏的原因,除了路面结构设计和施工方面的原因外,材料性能差和沥青混合料配合比设计不合理也是很重要的 因素.现在广泛使用的重交通道路石油沥青和规范规定的沥青混合料矿料级配 及类型,在大多数情况下能够满足交通和气候环境的需要,但在炎热多雨的南方山区修建高速公路,面对恶劣的气候,复杂的地形,这些常规沥青混合料的 性能就难以满足要求.而解决这些问题的有效途径之一,就是修筑SMA沥青 玛蹄脂混凝土路面.1.1SMA问题的提出及研究意义合六叶高速公路是国家重点公路上海至武威的重要路段,是西部大开发通 道合肥至西安公路的重要组成部分,也是安徽省&三纵四横七连&公路主骨架 中的&一横&,该项目的建设对完善国家干线公路网,改善合肥,六安两市交通运输条件,加强安徽省与东西部地区联系,具有十分重要的意义.这一条国道主干线对连接内地和沿海的交通运输,促进内地和沿海经济往来具有重要的 作用和意义.本路段位于皖西南山岭丘林区.受地质构造及不均匀风化共同作 用,地形起伏频繁.沿线地形起伏大,大纵坡,长坡路段也较多.全线填挖变 化频繁.该工程位于具有内陆气候特征,常年气温较高,雨量充沛,四季分明. 春季阴雨绵绵,夏季炎热多雨,秋季干燥凉爽,冬季偶有降雪.年平均降雨量 1468mm～1752J,每年4月一9月为雨季,其降雨量约占全年的705,其中暴雨多 集中在4月～6月,且暴雨持续时间较长.7月～9月还受副热带高压的影响,常形成暴雨的第二高峰.区域内5月～10月蒸发量大,其中7月份蒸发量最大,其恰好出现在雨季盛期和高温季节,故区域内湿度较大.部分路段每年12月～ 5月份常有雾气发生,能见度很低.在12月～2月这些地带会发生浅层冰冻现象.根据工可交通量,交通组成分析,在设计年限内,一个车道的累计当量轴 次为2160万次,这说明合六高速公路全路段属特重交通路段,且超,重车比例 较大.以上所述条件足以说明合六沥青路面问题己超越现行路面设计,施工规范 所涵盖范围,按现行有关规范进行设计,施工己难于充分保证今后路面良好的长期使用性能,其问题之复杂,难度之大为安徽省所罕见.目前国际上为解决高温稳定性和低温抗裂性,高温稳定性和疲劳性能以及抗滑性能和耐久性能这三大尖锐矛盾,主要采用SMA沥青玛蹄脂混合料进行路面设计.国内外研究成果和实践表明,SMA沥青混合料具有以下几方面的优点: (1)SMA沥青混合料采用间断级配,可以抵抗较大的塑性和剪切变形,承受 重载交通的作用,具有较强的抗车辙能力,在压实时的低压缩性使SMA沥青混 凝土摊铺在有辙槽的面层上并产生一个良好的纵向平整度; (2)SMA混合料的集料之间填充了相对数量的沥青玛蹄脂,它具有较好的粘 结作用,其柔性和韧性使混合料有良好的低温变形力: (3)SMA混合料的空隙率很小,几乎不透水,玛蹄脂与集料的粘结力好,可 以大大改善混合料的水稳定性: (4)SMA粗集料含量高,且要求石料坚硬,粗糙,耐磨,路面压实后表面形 成较大孔隙,使抗滑性能明显提高; (5)SMA混合料内部被玛蹄脂充分填充,且沥青膜较厚,空隙率又小,沥青 与空气的接触少,故混合料的耐老化性能好; (6)SMA结构由于纤维素纤维的加强作用,在混合料中使用较多沥青并使裹复矿料的沥青膜较厚,面层有较长的使用寿命,可以大大地减少维修养护费用; (7)纤维的加强作用和亲脂特性及其抗冻性使结合料能经受骤热骤冷的温 度变化而不牺牲效益或变坏; (8)SMA沥青玛蹄脂混凝土由于其较深的表面构造深度还能减少水漂现象. 综上所述,针对合六高速公路所处的特殊地形状况,恶劣的气候条件和繁 重的交通现状,使用SMA沥青玛蹄脂混合料作为沥青路面抗滑面层,重点解决该地区路面的水稳定性和抗滑性,高温稳定性和耐久性的矛盾,兼顾路面低温抗裂性:同时深入研究SM^沥青玛蹄脂混合料配合比设计,优化出适用于安徽山 区高速公路SMA沥青玛蹄脂混合料矿料级配组成:课题研究山区特殊条件下SiOl 沥青路面施工关键技术,提出山区高速公路SMA沥青路面施工指南,不仅解决合六高速公路SMA设计及篪工问题,而且为其他山区高速公路的配合比设计和 施工提供合理化的指导.2I.2SMA国内外研究状况1.2.1国外研究状况 沥青玛蹄脂碎石混合料(stonematrixasphalt,简称sma)是一种由沥青,纤维稳定剂,矿粉及少量细集料组成的沥青玛蹄脂结合料填充间断级配的粗骨料骨架间隙而组成的沥青混合料.使用情况表明,SMA路面结构不仅在高温,重载时车辙变形量低,而且低温性能良好.80年代初石棉纤维禁用而引进木质素 纤维后,SMA性能提高并得到广泛应用. 沥青玛蹄脂碎石混凝土(StoneMastiCAsphalt,德国称为Splitmasticasphalt,美国也称作StoneMatrixAsphalt)产生于20世纪60年代的德国,是为了抵抗带钉轮胎的磨耗而在Gussasphat(浇注式沥青混凝土) 的基础上加入大碎石并应用于高速公路的.SMA沥青混合料起源于德国.德国的 低温和雨雪天气是设计沥青混合料时主要考虑的不利因素,所以形成了以浇筑 式沥青混凝土Guassasphalt为主要类型的传统沥青混合料.SMA是柔性的,稳定 的和耐久性的,可以用于铺筑不同厚度面层的热拌沥青混合料,它的特点是高 含量断级配粗集料(在2.36mm筛上的存留量为70%～80%)和高含量(约6%～7%) 沥青结合料与标准的矿粉并以纤维素纤维(木质素纤维)为添加剂(或称稳定 剂). 1968年,德国为减轻大量的带钉轮胎(主要为了增加雨雪天气条件下轮胎的 抗滑能力)对路面表层的磨耗破损,成功研制了SMA,尝试增加浇筑式沥青混合 料的碎石用量,增加碎石必然要减少细集料用量,而减少细集料用量又会降低 混合料中的沥青用量,可是德国传统的浇筑式沥青混合料的沥青含量很大(约 6%～10%),所以细集料用量减少极易造成运输和摊铺温度条件下沥青的流淌. 70年代初欧洲经历了两个罕见的炎热夏季,许多沥青路面都出现了严重的 车辙变形,而用SMA铺筑的路面几乎没有车辙变形.从此道路工程师们对SMA的 抗磨耗,抗车辙,抗开裂,防水耐久性等优良路用性能有了新的认识.SMA路面技术在美国得到了进一步发展,为防止沥青流淌,道路工程师们又在混合料中加入了纤维.后来的路用实践表明,增加高质量碎石用量确实大大延缓了带钉轮胎对表面层的磨耗,加入纤维能防止沥青析漏.尽管后来不再使用带钉轮胎, 但因为SMA抗车辙能力强等优点,仍广泛的应用于高速公路,载重卡车比例大的 道路,重交通量车站口,红绿灯交叉口,机场跑道,港口,桥梁铺装,货物装 卸地点和其它的一些工程中,德国98年还在ARS35/98中规定SMA可以用于任何等 级的公路.其它欧洲国家诸如捷克,荷兰,瑞典,挪威等也铺筑了为数很多的 SMA,而且使用数量逐年增长,法国与西班牙也开发出与之相类似的BBM路面,EAPA为了推广SMA技术,于1998年还出台了SMA的设计草案.90年代中期,美国AASHTO,FHwA,NAP^,SHRP,TAI和TRB联合派出了大型代 表团到欧洲考察沥青路面应用技术美国高级考察团去欧洲学习先进技术和经验,使SMA在美洲得到推广,许多州修筑了大量的SMA路面结构.其他譬如南非, 澳大利亚,日本国家等亦铺筑了不少的SMA路面.同时各国根据自己的实际情况,对SMA的级配,沥青用油量等都进行了相应调整.1991年美国开始引进欧洲的SMA技术,并在23个州铺筑SMA试验路(试验路段长度为1.6～3.2公里),以研究SMA在美国的应用,意图解决由于交通量增加 而造成的沥青路面早期损坏问题,以及解决在美国北部一些州由于严寒导致需 要较频繁采取措施恢复沥青路面使用性能的问题. 1994年FHWA提出了SMA设计施工指南,并继续研究,对SMA设计施工指南逐年进行了修改.从美国对SMA进行不断研究,逐年修改规范的过程中,可发现美 国的道路工程师们对SMA的逐渐加深理解的事实.美国对引进的SMA技术进行了发展和改造,以期制订适合本土的SMA规范.由于美国的气候和欧洲各国不同, 主要表现为夏天平均气温比欧洲高70C乙100C,所以美国在制订SMA规范时,更加 重视SMA的高温稳定性,即比欧洲更加强调了粗集料骨架的重要性,加大了最大 粒径,增加了粗集料的比例,并减少了沥青用量,还提出了一个SMA沥青混合料 是否形成骨架的依据:粗集料的间隙率,必须大于沥青混合料中粗集料问隙率, 并以此作为SMA级配是否成功的关键因素. 1.2.2我国研究状况 近年来,我国也引进了SMA沥青混合料技术,并首先在北京机场路,首都机 场东跑道和八达岭高速公路等一些工程上试用,以后又在江苏,河北,广东, 吉林,上海,安徽等地修筑了许多试验路,积累了一些设计和施工经验.我国 对SMA技术的认识则从1991年引进奥地利RF集团的改性沥青技术时逐渐展开. 1993年,北京市公路局结合欧美的研究和使用状况,对SMA混合料进行了试验研 究,采用NOVOPHAL技术并用聚乙烯PE和热塑弹性体材料SBS的复合改性沥青,同时使用石棉纤维稳定剂.该研究的SMA级配参照美国SMA级配,着重研究改性沥青的性能,应用及由改性沥青组成的SMA混合料的高温稳定性和低温抗裂性,同时对其施工工艺进行研究探讨,并应用于首都机场高速公路表面层.这是我国首次使用SBS改性沥青和SMA技术.这条国门公路使用多年,除了有一些横向裂缝,路表状况几乎没有变化,取得了良好的效果. 1994年吉林省和江苏省也铺筑了SMA试验段. 1996年北京首都国际机场东跑道和八达岭高速公路再次利用NOVOPHAL改性 沥青技术铺筑了SM^试验路段表面层.首都国际机场东跑道采用PE+SBS改性重交 通沥青和德国产ALBOCEL木质素纤维:八达岭高速公路采用PE+SBS改性普通沥青 和0.4%的石棉纤维.这几项工程使用状况良好,充分体现了改性沥青SM^混合料 的优良性能. 广东省华南建设学院叶国铮教授等针对南方高温气候,采用聚乙烯PE改性 AH一70.沥青,并用于SIVA混合料,对其进行室内高温车辙试验研究.试验结果表'明改性沥青SMA的抗车辙性能良好,能满足南方湿热地区修建高等级公路的需要.1998年,西安公路交通大学的申爱琴教授,付著研究生等对新加坡Shell沥青,国产盘锦,兰炼沥青以及盘锦,兰炼改性沥青的各项指标进行了系统分析 研究.改性剂采用北美沥青(UINTAHITE),聚乙烯(PE)以及丁苯橡胶母体(SBR). 在此基础上对SMA,改性沥青SMA,传统的密级配沥青混合料以及新旧抗滑表层 的高温稳定性,低温抗裂性,抗疲劳性,水稳定性等一系列路用性能进行系统 的室内研究,并对SMA混合料的结构进行分析,包括组成特点,强度形成机理, 性能影响因素和配比设计等.同时与河北省唐山市交通局合作,在唐港高速公路起点处铺筑了SMA试验路,对室内研究结果进行验证,并探讨SMA施工工艺. 后来北京,山东,辽宁等许多省市铺筑了大量的SMA试验路,但由于对SMA 技术的理解不深入,不全面,许多试验过程出现了这样或那样的问题.由此说明在引进SMA技术时,不能完全照抄照搬国外的成功经验,必须结合我国实际环 境特点进行研究,消化,改进,并按照公路等级,交通条件,路面类型及在结 构层中的层位,受力特点,施工方法,结合当地的使用经验,经过技术论证后确定,由此才能推动s舭在我国的发展应用,制定适合本地区的SMA沥青混合料施工技术规范. 中国公路交通行业著名专家沈金安教授通过近40年的科学研究,获取了丰 硕的科研成果,在公路界具有广泛的影响,特别是对SUA改性沥青玛蹄脂混合料 的研究与应用,提出了一系列十分有价值的论述和观点,获得交通部科技成果 一等奖和国家科技进步二等奖,其主要著作有《改性沥青与SMA沥青路面》,'沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》等著作,其成果广泛应用于我国高等级公路建设, 在沈金安教授的大力倡导下,2003年,我国己成为世界上使用改性沥青最多的国家. 综上所述,各国的SMA都经过了大量实践探索,制定了适合本国或本地区的 SMA相关标准.我国在对SMA的认识,引入和发展中积累了许多设计和施工方面 的宝贵经验,这对修筑安徽合六高速公路SUA路面有许多借鉴之处.1.3研究SLIA的主要内容 如前所述,安徽合六高速公路所处地区气候之恶劣,地形之复杂,交通量 之大,轴载之重已为安徽省乃至全国所罕见,其突出矛盾只有采用SMA沥青玛蹄 脂路面才能解决.虽然安徽乃至全国其它地区己积累了大量设计及修筑SUA的经 验,但大多数针对平原区,而对山岭丘林区S姒设计及旌工研究甚少,因此本课 题在深入调查分析国内外已有SUA研究成果的基础上,针对该地区降雨量大,气 候炎热,大雾持续时间长,路线长陡坡多,交通量大,超载现象严重等状况, 重点解决安徽合六SMA路面的高温稳定性,水损害及抗滑问题.通过理论研究及5试验分析,优化SMA矿料级配及混合料配比,通过主要路用性能及影响因素的综合分析研究,推荐出高温抗车辙能力强,抗水害能力强,路面抗滑性能好的SMA 沥青玛蹄脂混合料,并铺筑沥青路面试验路段进行验证.本课题研究以SMA沥青 玛蹄脂混凝土材料,由配合设计结果进行实验室成效试验,以探讨其成效;并由铺设沥青路面试验段成效检测,评估SMA沥青玛蹄脂混凝土在高速公路上开放 通车使用成效特性,并对安徽地区关于SMA沥青玛蹄脂混凝土的应用有着广泛的 指导意义.6第二章研究思路,试验方案和方法2.1论文研究思路本研究将以SMA沥青玛蹄脂混合料的试验理论研究为指导思想,结合安徽合六高速公路的施工现场为背景,通过了解SBS改性沥青的性能,然后采用均匀设 计法优化￥MA设计矿料级配,确保SMA形成密实型骨架结构,以提高SMA路面的高 温稳定性:以体积设计法为基础,深入研究SMA体积特征参数及影响因素,通过 优化控制SMA空隙率等重要体积参数,以满足SMA路面水稳定性要求:为保证SMA 路面具有良好的抗滑性能,对影响SMA路面构造深度的因素(例如集料问隙率VMA,体积指标空隙率VV,沥青饱和度VFA,设计沥青用量等)进行深入研究,确保SMA路面具有适合该地区特殊条件下的构造深度.此外,还对沥青玛蹄脂性能 进行研究,提出最佳粉胶比范围,以保证所设计的SMA路面具有一定的低温抗裂 性和抗疲劳性能.通过多种SMA混合料路用性能研究分析,推荐最优方案,并现 场铺筑试验路段,对室内研究结果进行验证. SMA沥青玛蹄脂混合料设计的研究思路可概括为以下12点: (1)调查,收集国内步FSMA有关信息,资料,并加以分析探讨,并提出适合 安徽地区的SMA沥青玛蹄脂技术; (2)明确安徽地区SMA路面应解决的突出问题及相应的施工技术途径,避免 沥青路面的典型破坏; (3)以租,细集料的理论计算和体积特征参数作为该地区SMA矿料级配研究 的重点;(4)研究不同配合比的改性沥青玛蹄脂,提出适合安徽山区高速公路的粉胶比最佳范围:(5)以体积设计法为依据,研究SMA沥青混合料配合比设计方法和最佳沥青含量的方法,验证了采取VCA指标的重要性;(6)多种初试级配￥MA对比方案的路用性能研究:(7)探讨影响安徽山区高速公路的高温稳定性,水稳定性及抗滑性能的因素,并采取适当的措施提前预防; (8)推荐适用于安徽山区多雨,多雾,高温,长陡坡及冬季轻微冰冻等不利 条件下的SMA最优方案,有效地改善安徽地区的沥青路面病害的早期出现; (9)初步探讨SMA沥青混凝土施工过程中(如原材料控制,生产配合比验证 控制,温度控制,碾压控制,松铺厚度控制等)质量控制; (10)研究沥青路面的机械设备如何匹配,根据路面宽度设计最佳机械设备 的投入,并提出一整套SIVIA路面的施工工艺,尤其对压实工艺采用振动压路机.紧 跟,慢压,高频,低幅&的方针;7(11)初步提出SMA路面对材料的技术要求以及sMA混合料的标准矿料级配范 围和适宜的厚度: (12)提出了SMA路面施工质量管理的程序和质量检验标准. 2.2试验方案设计本课题试验方案主要分为如下五个部分: (1)原材料技术性质测试分析①本研究选用台湾70.了沥青和泰普克704两种进口沥青,并用sBs进行改 性,试验方案见图2一L曰②矿料利用当地的辉绿岩碎石,机质砂及石灰岩矿粉.性能测试试验方案见图2-2. (2)改性沥青玛蹄腊试验研究采用5%SBS改性台湾AH一70沥青,矿粉(不同粉胶比)分别与3种纤维配制改性沥青玛蹄脂进行试验.试验方案见图2―3. (3)SMA沥青混合料矿料级配设计①采用均匀设计法设计租集料骨架结构,试验方案见图2―4. ②k法设计细集料密实结构.(4)SMA沥青混合料配合比设计及相关试验①初试沥青用量采用理论计算法计算: ②采用体积法设计s姒沥青混合料配合比,以体积特征参数为控制指标得出SMA初试级配.设计及试验方案见图2～5.图2-2矿辩物力指标试验方案9图2-3改性沥青马蹄脂试验方案圈2.4SMA构架结构试验方法10圈2-5SMA沥青混合料配合比这几及路用性能试验方案(5)SMA沥青混合料路用性能试验①马歇尔试验 ②高温稳定性试验 ③水稳定性试验 ④抗滑性试验 ⑤疲劳试验⑥低温弯曲试验 2.3试验方法(1)改性沥青玛蹄脂试验 改性沥青玛蹄脂试验主要测定不同温度下玛蹄脂的针入度和延度以及玛蹄 脂的软化点.由不同温度的针入度回归计算的针入度指数PI可作为评价沥青玛 蹄脂温度敏感性的重要指标,而当量软化/董,T800和当量脆点T1.2是评价高温稳定性和低温抗裂性的参考指标.延度指标评价沥青玛蹄脂的延伸性能,反映了在较低温度下玛蹄脂的抗开裂能力.软化点指标评价沥青玛蹄脂的热稳定性,直接反映了路面高温变形能力.试验方法参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青试验方法. (2)SMA沥青混合料性能试验①马歇尔试验结合安徽山区特点,参照各级配的物理指标及马歇尔试验结果确定最佳油 石比.马歇尔试件按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052―2000) 要求制备试件.②高温稳定性试验 沥青混合料的高温稳定性,实际上是抵抗外部车辆反复压缩变形及侧向流动的能力.用于评价沥青混合料高温稳定性性能试验的方法很多,包括实验室 圆柱试件的单轴静载,动载,重复荷载,三轴静载,重复试验,此外还有小型 模拟试验设备的车辙试验等.在这些试验方法中,车辙试验方法比较直观,对 沥青路面车辙形成过程的模拟性好,而且评价指标比较简单直观,操作方法易 于掌握.因此本课题采用车辙试验检验混合料的高温稳定性,其评价指标为动 稳定度DS和60min车辙深度d.③水稳定性试验 目前国内外得到广泛应用的水稳定性评价方法主要有浸水马歇尔试验,冻融劈裂强度试验,浸水劈裂强度试验,浸水抗压强度试验,浸水车辙试验等.④抗滑性能试验 道路使用安全与否很大程度取决与路面的抗滑性能,路面的抗滑性能将保 证在所有的时间,特别在公路平曲线上使道路与车轮间具有良好的附着性,行 驶的车辆具有较短的制动距离,从而使产生事故的危险减少.目前测定路面抗 滑性能能力主要有三个:渗水试验,表面构造深度试验和摩擦系数试验 ⑤抗疲劳试验 沥青混合科的抗疲劳特性,是指沥青路面在车辆反复荷载作用下抵抗破坏 的能力.目前沥青混合料疲劳特性的研究方法基本上分为两类:一类:现象法, 即传统的疲劳理论方法,它采用疲劳曲线表征材料的疲劳性质;二类:力学近12似法,即应用断裂力学原理分析疲劳裂缝扩展规律以确定材料的疲劳寿命.本课题采用传统的疲劳理论,采用控制应力的方式进行疲劳试验的研究. ⑥低温抗裂性试验沥青路面开裂是沥青路面主要病害之一,是目前世界各国交通行业界所普 遍关心的问题.研究及评价沥青路面混合料低温抗裂性的试验方法有多种,主 要包括等应变加载的低温弯曲破坏试验,直接拉伸试验,弯曲蠕变试验,三点 弯曲积分试验等,其中低温弯曲破坏试验采用破坏应变评价沥青混合料的低温抗裂性,破坏应变越大,低温劲度模量越小, 低温抗裂性越好.该试验技术难度不大,指标容易控制.因此本课题采用低温 弯曲破坏试验来评价沥青混合料的低温抗裂性,评价指标为破坏应变和弯曲劲度模量.⑦沥青用量试验A,谢伦堡沥青析漏试验是德国Schellenberg研究所为沥青玛蹄脂碎石混合料的配合比设计而提出的,是专门用来确定SMA沥青用量的一种试验方法,通过试验确定沥青混合料中有无多余的自由沥青及沥青 玛蹄脂数量,进而确定最大沥青用量,目前主要有三种方法来评价:烧杯法, 搪瓷盘法和网篮法.其评价指标均为沥青析漏损失.国际上使用烧杯法比较普 遍,而且操作简单,容易控制.故本课题采用烧杯法进行谢伦堡沥青析漏试验. B,肯塔堡飞散试验 肯塔堡飞散试验用来确定SMA沥青混合料等用作路面的表面层时是否会发 生集料飞散的通用试验方法.肯塔堡飞散试验有两种试验方法: 标准飞散试验和浸水飞散试验. 标准飞散试验可用于确定沥青路面表面层使用的沥青玛蹄脂碎石混合料,抗滑表层等所需的最少沥青用量.浸水飞散试验用于评价沥青混合料的水稳定性.本课题采用标准飞散试验来检验沥青混合料的最小沥青用量.具体评价指标为混合料飞散损失△s.第三章原材料技术性质测试分析3.1SBS改性沥青技术性能测试 根据沥青供应情况,选取泰普克AH.704和台湾AH一704两种基质沥青及相应的3%,4%和5%SBS改性沥青进行性能比较分析.为保证安徽合六高速公路 SMA沥青玛蹄脂混凝土路面的水稳定性,沥青和改性沥青各指标在满足规范的要求下,与辉绿岩的粘附性必须达到5级.通过各项指标试验结果对比,最后 推荐使用台湾AH.704基质沥青以及5%SBS改性台湾AH一70.基质沥青.台湾AH.704基质沥青和5%SBS改性台湾沥青的技术性能测试结果见表3?l.改性剂 采用岳阳巴陵牌SBS YH一79l―H改性剂.3.1.1改性沥青根据《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTJ036―98),所谓的改性沥青 是指通过往沥青中掺加&橡胶,树脂,高分子聚合物,磨细的橡胶粉或其他填 料等外掺剂(改性剂)&或采取&对沥青轻度氧化加工&等措施,&使沥青或 沥青混合料的性能得到改善&而制成的沥青结合料.改性剂则指的是&在沥青 或沥青混合料中加入的天然或人工的有机或无机材料&,它应该是&可熔融, 分散在沥青中&,能够&改善或提高沥青路面材料性能&,.与沥青发生反应 或裹复在集料表面上&.由此可以看出,改性沥青从广义上可划分为物理改性 与聚合物改性.按其不同目的所采取的改性沥青及改性沥青混合科技术汇总(见 表3.1).表3-1 改性沥青混合科技术 隔栅 长纤维 物理改性 沥 青 改 性 技 术 粘附性改性(抗剥落剂) 耐劳化改性(抗老化剂) 聚合物改性 短纤维 固体颗粒 橡胶类 热塑性橡胶类 树脂类 石棉,木质棉,玻璃纤维等 废橡胶粉,炭黑,硫磺等SBR,CR,EPDMSBS,SIS PE,EVA,APP,PUC,EPOXY塑料隔栅,玻璃纤维等 土工布等金属皂(有机锰等),有机铵,消石灰等 受阻酚,受阻胺等沥青加工改性:氧化沥青,泡沫沥青,加入特立尼达多巴哥沥青等.目前, 我们所说的改性沥青一般都是狭义上的改性沥青,即聚合物改性沥青,简称 PMA,PMB.可将其分为三类(见表3―2):14表3-2聚合物改性沥青分类如天然橡胶(NR),丁苯橡胶(SBR),氯丁橡胶(CR),丁二烯 橡胶类 橡胶(BR),乙丙橡胶(EPDIt)等苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物(SBS),苯乙烯一异戊二烯一醋酸乙热塑性橡胶 烯共聚物(EVA),无规聚丙烯(^PP),聚氯乙烯(PVC)等 热固体树脂 如环氧树脂(PE)等n)橡胶类:如天然橡胶(NR),丁苯橡胶(SBR),氯丁橡胶(CR),丁 二烯橡胶(BR),乙丙橡胶(EPDM)等;(2)热塑性橡胶:即热塑性弹性体,如苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物(SBS),苯乙烯一异戊二烯一醋酸乙烯共聚物(EVA),无规聚丙烯(APP),聚氯乙烯(PVC)等;(3)热固体树脂:如环 氧树脂(PE)等.我国采用的改性剂主要集中在SBS,SBR和PE,EVA四种. Eh于世界各国均逐渐认识虱SBS的优越性,我国安徽地区大部分高速公路都采 用SBS改性剂进行改性.SBS是有阳离子聚合法制得的丁二烯,1―3苯乙烯单 体嵌段共聚物,有星型和线型两种,属于热塑性弹性体.1995年我国石化行业 标准SH/T 1610一95将SBS正式命名为热塑性丁苯橡胶.壳牌公司曾对常用四 种改性剂的改性效果进行了比较,如表3―3,表3-4.表3-3 改 性SBS改性剂的改性效果 荷载疲劳+剂温度开裂+温度疲劳+磨+耗老+化车+辙SISEVA PE++++++++0 0++注:&+&表示抗力增加…0表3-4 低温柔韧性 优 中 中 差表示无影响&?&表示抗力减弱几种改性沥青性能综合比较 温度敏感性 优由 由改性剂 SBS星型 SBS线型EVA PE高温稳定性 优 优 中 中弹性 优 中 中 差粘弹性 优 优由耐久性 优 优由差差中由表3,表4可以看出,SBS的高温,低温,弹性恢复性能,感温性能等,都具有突出的优点,是PE和EVA所无可比拟的.PE仅仅在高温稳定性方面 显示出较好的效果,但比SBS有很大的差距;EVA的高温稳定性不如PE,虽 然其低温性能较PE要稍好有些,但均不如SBS.3.1.2SBS改性沥青改性机理SBS改性沥青主要特征是微观呈两相分离,中基呈连续相一聚丁二烯PB橡胶段和端基呈分散相一聚苯乙烯PS塑性段,SBS高分子链具有串联结构的不同嵌段.塑性段的橡胶段形成了类似合金的&金相组织&结构,SBS具有多相 结构,每个丁二烯链段的末段(B)都连接一个苯乙烯嵌段(S),若干个丁二 烯链段偶联则形成线型或星型两种结构.其中聚苯乙烯链段(S)在两端,分别集中在一起,形成物理交联区域,即硬段,也称为约束相;而聚丁二烯链段(B)则形成软段,也可称为连续相,呈高弹性.软段(B段)与硬段(S段)互不相溶,硬聚苯乙烯链段分子缔合进入小的刚性端基范围,这种缔和作用类 似于物理的交联和结合,并且较长时间保持在一起,与中间基封闭的聚丁二烯软橡胶聚合物化学结合,形成微观分离结构.SBS的硬段作为分散相而分布在 连续相聚丁二烯之间,起着物理交联点固定链段和聚丁二烯补强,活性填充剂 的作用.它阻止了分子链的冷流.常温下,甚至在低温.100℃时,仍具有硫化 橡胶的特征.聚丁二烯软段镶嵌在聚苯乙烯硬段之间,联接成星型或线型结构 (所以成为嵌段共聚物).SBS通过聚苯乙烯嵌段的聚集形成一种三维结构, 它分散在沥青中.聚苯乙烯末端赋予材料足够的强度,中间嵌段聚丁二烯又使 共聚物具有特别好的弹性. SBS的两相分离结构决定了它具有两个玻璃化温度,T.I为一80℃(聚丁二烯一),T吐为80℃(聚苯乙烯).当温度升高到超过SBS端基苯乙烯的玻璃化温度(T92)时,网状结构消失,塑料段开始软化和流动.有利于拌和施工.而 在路面使用温度下为固体,起物理的交联和增强效果.产生高拉伸强度和高温 下的抗拉伸能力;中基丁二烯提供较好的弹性和抗疲劳性能,其玻璃化温度极 底,有低温柔性.当SBS熔入沥青后,端基转化并流动,中基吸收沥青的软沥 青质组分形成海绵状的材料,体积增大许多倍.冷却后,端基再度硬化且物理交联,使中基嵌段进入具有弹性的三维网状之中.这种在通常加工温度下呈塑 性流动状态,而在常温下无需硫化即成橡胶性能的特点使SBS作为道路沥青的改性剂具有交好的使用性能.3.1.3SBS改性沥青的特点沥青作为～种复杂的高分子碳氢化合物,在一定温度与荷载作用下表现为 典型的弹一粘一塑性,并且在高温与紫外线照射下会产生老化现象.加入SBS 改性剂的主要目的就是要改善沥青混合料在高温下的路用性能,提高其抗车辙,抗疲劳,抗老化及抵抗低温开裂性等方面性能.有SBS的改性机理分析及应用情况可知,SBS改性沥青与基质沥青相比,在温度性能,拉伸性能,弹性性能, 内聚附着性能混合料的稳定性能,抗老化性能等方面,均有明显的改善和提高.(具体见表3―5).16表3.5 技术指标8BS改性沥青主要技术指标 5%SBS改性沥青 单位 基质沥青 星型 线型针入度(25&C,1009,5s)O.1mm643840针入度指数PI.1.36O.96O.16延度5&C.5cm/minCm&200&10054当量软化点 当量脆点 15℃回弹率℃47.263.158.3℃.8 6.16.7.11.4%147865测力延度(10℃)拉力强度N?mO.73O.52O.62韧度N?m2.9921.519.6TFOT(或RTFOT)后残留物质量变化 针入度比25℃ 延度lO℃%0 070.070.02%78.388.988 9Cm96842SBS改性沥青的显著特点是:(1)温度大于16012后,改性沥青的粘度与基质沥青基本相近,因而改性沥青混合料易于拌和,使用:(2)温度低于90&C,粘度为基质沥青的数倍,高温性能好,改性沥青混合料 路面的抗永久变形能力,即抗车辙能力(动稳定性)比基质沥青混合料显著提高;(3)改性沥青的低温延度,脆点较基质沥青改进明显,低温变形能力大,改 性沥青混合料温度应力,低温抗裂能力及疲劳寿命等均明显提高; (41乘车舒适性明显增加.3.1.4SBS改性沥青的性能指标关于改性沥青及改性沥青混合料的性能评价和方法,国际上还没有统一的17方法.生产实践表明,同时满足传统技术指标要求的沥青材料,其路用性能会 出现较大的差异.改性沥青中改性剂,并没有与沥青发生化学反应,而且物理地分散,均混,吸附,交联与沥青中.无论SBS分子级分散得如何均匀,也不 可能成为完全的均质体.所以改性沥青的评价指标也不能完全照搬传统的针入 度,软化点和延度为指标的技术规范.目前,欧美,日本等国家相继制定了聚 合物改性沥青的规范及相应的试验方法.特别是美国公路战略研究计划(SHRP) 提出的沥青结合料性能规范,对沥青的路用性能表现的评价比较完善,对沥青 的力学性质规定的比较多,弥补了老规范在沥青受力和老化方面的不足.我国 的改性沥青技术要求是在我国应用改性沥青的实践经验和试验研究的基础上提 出的,主要是参考了美国ASTM标准.它以改性沥青的针入度作为分级的主要 依据,采用针入度指数作为改性沥青关键性评价指标.针入度指数PI是改性沥 青感温性的改善程度,一般要求改性后PI大于.1.2以上,可由pI=(20.50A) /(1+50A)(A可由LogP=AT+K直线回归方程求得)(具体见表3-6,表3.7, 表3.8).表3―6: 路用性能 挥发性 压实性 氧化性 永久变形 DSR试验@HTG*Sin 6Superpave结合科指标标准及相关性 技术要求 原样≥230℃ 相关性(SBS沥青)指标 闪点FP 旋转粘度@135&C原样≤3.OPa-5 ≤I.0%质量损失RTFOTG*Sin 6原样≥1.OKPa RTFOT残留物≥2.2Kpa PAV残留物≤5000KPas≤300KPa.m≥0.3 ≥1.O%差疲劳 DSR试验@HT 低温开裂 s,m,BBR@LT差差拉伸应变DTT@LT粘附性 混合科设计中进行抗水损坏试验18表3-7: 指标 针入度C25&C,lOOg,5s) 粘度() 运动粘度(135℃) 闪点 溶解度(三氯乙烯)] 分离软化点差美国SB或SBS类改性沥青标准(^STMD5976--96) I―CmlnI―A单位Ⅲln ma^ mlnI―BmaXI―DmaXO.1mE Pa?slOO 12515075 25010050 5007540 50075mm2/s ℃% 232 99 2.2 2.2 2.25000℃2.2PTFOT或TFOT后残留物 弹性恢复(25℃,10an) 针入度(4℃,2009,los)% O,lmm60 2060 1560 1360 10表3―8:我国现行规范JTG 指标F40―2004聚合物改性沥青技术标准(SBS类) SBS类(I类)单位I――_A &100 一1.2CmI―B80'100 一O.8 40 50 3I―C60'80 ―0 30 55 4I―D40'60 O 20 60针入度(25&(2,lOOg,5s) 针入度指数PI,不小于 延度512,5cm/min不小于 软化点Tm,不小于 运动粘度13512…,不大于 闪点,不小于 溶解度,不小于 弹性恢复25℃,不小于 韧性,不小于 粘韧性.不小于 贮存稳定性&1离析O.Imm50 45℃ Pa?s℃% % N?m N?ID 55 60230 99 65 75℃2.548h软化点差,不大于TFOT(或RTFOT)后残留物 质量变化,不大于 针入度比2512.不小于% %Cm±1.055 30 55 25 60 20 65 15延度512,不小于注;【l】表中135&C运动粘度可采用'公路工程沥青及沥青混台料试验规程'(JTJ052--2000)中的.沥 青布氏旋转粘度试验方法(稚洛克非尔德粘度计法)'进行舞定.若在不改变改性沥青物理力学性质 并符合安全条件的温度下易于泵送和捧和-或经验明适当提高泵送和拌和温度时能保证改性沥青的质 量,容易旌工.可不要求舅定.19【2】贮存稳定性指标适用于工厂生产的成品改性沥青.现场制作的改性沥青贮存稳定性指标可不作要求 但必须在制作后,保持不问断的搅拌和泵送循环,保证使用前没有明显的离析.3.2矿料技术性能指标SMA混合料所用石料为安徽六安市石场加工通过反击式二次破碎而形成的辉绿岩集料,集料规格为13.2/19mm,5/13.2mm和机制砂,填料矿粉为白云岩磨 制的石粉.集料技术性能曾经通过安徽合六高速公路总监办中心实验室试验复 核,试验结果见附表3―9,表3一10,表3一11.表3―9 指标 压碎值(%) 磨耗值(%) 冲击值(%) 抗压强度(MPa) 磨光值 表观密度 (g/cm3) 机制砂 毛体积密度 (g/cm3) 水洗法13.2/19 5/13.2 13.2/19 2.873 2.879BPN)辉绿岩粗集科物理,力学指标 规范值≤25 ≤30 ≤28≥80 ≥42试验结果11.08 13.855.1 148 51 2.948试验方法T T03 17―2000TT 1&032l――200013.2/19 5/13.2术2.5 2.929TT T实测2.860 0.9 ≤1.0 5/13.2 O.9 64.3 3.9 ≤15.0 5/13.2 7.5 &1.0 ≤12.0 T T ≥60 T T T T T(0.075Ⅱ棚粒含量(%) 砂当量 针片状(%) 坚固性(%) 机制砂13.2/19表3-10集料筛分试验结果通过下列筛孔(∞: 质量百分率(%) 材料 13.2/19 5/13.2 机制砂19 100 16 87.913.29.5 12.5 98.5 1004.75 1.5 28.3 99.92.36 O.91.18O.60.30.150.075 0.954.5 1006.6 73.44.3 46.04.O 37.73.6 24.62.3 18.6O.9 11.1表3-11 技术指标 表观密度2.861矿粉技术性能指标试验结果 规范值 试验方法 粒径(mm)0 6试验结果筛分结果 通过率(%)100 99.8 99.2 90.8术2.5T 0.3 O.15(g/mm3)表观相对密度 亲水系数2.886 0.64&1.0T00753.3纤维技术性能指标 制造SMA必须采用稳定剂,一般都使用纤维.纤维有木质纤维,矿物纤维, 聚合物纤维,聚合物化学纤维三大类.纤维几乎成了SMA的必须成分,从公路建 设部门的用户反馈来看,纤维稳定的机理固然重要,但实质上还是看纤维对沥 青混合料的影响如何.归纳起来,它有以下作用: (1)加筋作用: (2)分散作用; (3)吸附及吸收沥青的作用: (4)稳定作用: (5)增粘作用. 本课题研究初选3种纤维,分别为德国JRS公司生产的木质素颗粒纤维VIATOP80,木质素松散纤维APBOCELZZ8一l以及美国杜邦公司生产的聚酯纤维博尼维(BONIFIBERS),其技术性能指标如表3―12,3一13,3―14所示.表3―12木质素颗粒纤维VIATOP 80技术指标项目 特性ARBOCEL ZZ指标 灰色,圆柱状 8/1含量79%～84% 2～8mm项目 平均颗粒厚度 松散密度 筛析:小于3.55mmZZ指标5±lmm Max.5%平均颗粒长度表3-13木质索松散纤维APBOCEL 项目 特性 纤维素含量 平均纤维长度 燃烧后残余物(850&C.4h) 筛析结果 32岫筛 指标 灰色,细长 大约80%1lOOPm8-i技术指标 项目 指标 45岫 20―409/ll,39/cm2 7.5±I平均纤维厚度 松散密度 密实比重 PH值大约I.5l 3001m筛不大于60% 不大于99%21表3-14聚酯纤维博尼维(BONIFIBERS)技术指标 项目 特性 原材料 平均长度 直径 指标 白色,无卷曲 聚合聚酯6mm±1.5mm 0.020mm±0.005mm项目 比重 熔点 燃点 抗拉强度指标1.36±0.04大于250℃ 大于540℃ 大于517MPa3.4水泥和抗剥落剂技术性能指标测试分析由于水的作用引起的沥青路面破坏通称为水损坏,就评价沥青路面的水稳 性方面,通常采用的方法为沥青与矿料的粘附性试验,主要是判断沥青与粗集 料的粘附性.目前在建的高速公路要求基质沥青与路面上面层的集料的粘附性 必须达到5级以上,因此沥青与矿料的粘附性大小很大程度上决定沥青路面的性 能,直接影响沥青混合料的强度,稳定性,耐久性等.有些公路采用两种方法: 其一,用水泥替代一部分矿粉或直接使用抗剥落剂,以此手段改善沥青混合料 的抗水损坏能力.安徽合六高速公路所用水泥为安徽海螺水泥厂生产的海螺 425R水泥,其技术指标见表3一15.表3―1G 海螺425R水泥技术性能指标 筛分结果 技术指标 试验结果 规范值 试验方法 粒径(mm)通过率(%)100 100 99.9 97.2表观密度3.047 (g/cm2)0.6术2.5T 0.3表观相对密度 亲水系数3.052 &1.0T0.15 0.075抗剥落剂选用重庆一家公司生产的一种浅红色粉状固体物,该产品是一种 高分子有机盐类产品,无毒,无刺激性气味,无有害物质挥发,呈中性,不与 沥青发生反映.它与沥青具有良好的相溶性,将其直接加入到热融150～155&C沥青中,使其与沥青混合均匀即可使用.本试验用秸附性指标考察对沥青与租 集料之间粘附性的改善作用.试验结果见表3一16. 根据试验结果,建议抗剥落剂掺量为0.4%.水泥可以替代一部分矿粉使用, 以增加集料与沥青的粘附性,而水泥对沥青混合料的改善作用还需要通过混合料性能试验.表3-16掺加抗剥落剂沥青与粗集料粘附性试验结果沥青与辉绿岩集料黏附性试验结果 加抗剥落剂后沥青经过薄膜烘箱加抗剥落剂后沥青未老化 老化 抗剥落剂剂量 台湾AH一704沥 青 不掺0.3% 0.4%0.5%台湾AH一70.沥 青+50%SBS5 55台湾AH-70.沥 青台湾AH-70.沥 青+50%SBS3 454555沥青与石灰岩粘附性试验结果 加抗剥落剂后沥青经过薄膜烘箱 加抗剥落剂后沥青未老化 老化 抗剥落剂剂量 台湾AH一70&沥 青 不掺0.3%O.4% 5 5 5 5台湾AH一704沥 青+50%SBS5台湾AH一70 4沥 青台湾AH一70 4沥 青+50%SBS55 5 50.5%5各注试验方法:T第四章SMA沥剂青混合料及沥青玛蹄脂砼性能研究SMA沥青混合料由碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料组成.碎石骨架的嵌挤作用 对混合料的高温稳定性贡献率较大,而SMA沥青混合料的低温抗裂性和耐久性主 要取决于沥青玛蹄脂结合料的低温拉伸变形性能. 在SMA沥青混合料中,沥青玛蹄脂由矿粉,改性沥青和木质纤维组成,实际 上是一种带纤维的沥青胶浆.现代胶浆理论认为以填料为分散相而分散在高稠 度的沥青介质中的微分散系对混合料性能的影响最大.玛蹄脂的组成结构决定SMA沥青混合料的高温稳定性和低温变形能力.沥青与填料表面的交互作用不仅影响玛蹄脂中结构沥青的形成及数量,而且对其粘滞性及塑性均有较大的影响. 在沥青玛蹄脂中,矿粉的作用至关重要.沥青只有吸附在矿粉表面形成薄 膜,才能对其它粗,细集料产生粘附作用.在普通的沥青混合料中,矿粉用量 一般是沥青用量的0.8～1.2倍,而SMA沥青混合料中矿粉与沥青用量比例远远超 过1.2,可以达到1.8～2.1.但对山区高速公路SMA沥青玛蹄脂中矿粉与沥青用量 的比值(即粉胶比,用F表示)还没有进行过深入地探究.本课题将针对安徽省合 六高速公路SMA沥青混合料对此开展试验设计,研究不同粉胶比的沥青玛蹄脂的 高,低温性能及路面病害的影响因素,以求得适合安徽省合六高速公路SMA沥青 玛蹄脂的粉胶比,为安徽省合六高速公路SMA混合料的配合比设计提供依据,同 时还可为其它高速公路SMA沥青混合料的配合比设计所借鉴,可供同行们参考. 4.1沥青玛蹄脂混合料配合比分析本研究主要考察材料配比,纤维种类,粉胶比F及温度对沥青玛蹄脂性能的影响,并通过调整级配来探求沥青玛蹄脂对混合料的影响.为在更大的范围内研究与其它因素的关系,粉胶比F可在i.0～2.1范围内取54&比值:1.O,1.2, 1.5,1.8及2.1进行试验分析.掺加的纤维有3种:木质素颗粒纤维,木质素松散 纤维和有机聚酯纤维,其性质见表3―9.3―11.根据安徽省使用木质素纤维的实 践和经验及参考博尼维有机聚酯纤维设计掺量,在沥青玛蹄脂中各纤维具体用量见表4一l.沥青玛蹄脂采用5%SBS改性AH一70'台湾沥青与矿粉按不同粉胶比配制,分别掺加 不同品种的纤维.各种沥青玛蹄脂的配比用量见表4―2测定各纤维沥青玛蹄脂不 同温度下的延度及软化点,试验方法参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规 程》中沥青试验方法.试验方案见第二章图2―3.表4-I 纤维种类 在SMA混合料中掺量(%) 3种纤维掺量表 木质素松散纤维O.3木质素颗粒纤维0.4有机聚酯纤维O.34支组成类型及比例 (粉胶比F) 纤维掺量(%)表4-2不同纤维沥青玛蹄脂组成表 木质颗粒纤维沥青玛 蹄脂l:1:1.2:l:1.5:木质素松散纤维沥青 玛蹄脂有机聚酯纤维 沥青玛蹄脂\矿粉与改性沥青质量比同左1:1.8:l:2.1:l同左 1.92%有机聚酯 纤维2.26%木质素颗粒纤维1.70%木质素松散纤 维注:纤维在沥青玛蹄脂中的比例是以sMA沥青混合料油石H;6.0%为初试油石比进行换算得到.4.2改性沥青玛蹄脂技术性能测试及分析 (1)技术性能测试结果 将制备好的沥青玛蹄脂按照第二章图2―3的试验方法展开试验,试验结果分别为表4―3一一4―5.表4-3 木质素颗粒纤维改性沥青玛蹄脂试验结果,,\指标\T咖(℃)粉胶断1.02.11.21.51.815℃lO.13 29.77 40.07 61.1 一8.1 -0.1349.2226.87.17 23 82 34.867.478.27针入度(O.1mm)25℃ 30℃23.18 32.9761.023.1832.53 63.641.93 58.7 ―5.2-0.655 1.158.6一1.9 -1 004 1.0 2.IT.:(℃) 针入度指数P.I5℃―3.4 -0.606 0.8 1.73.7-6.O -0.0890.5 2.1 3.51.4延度(5cm/皿in,cm)10℃ 15℃ 25℃3.536.73 17.5 89.52.63 5.33 13.1 90.754.03 12.43 93.510.6 99.8510.07 100软化点(℃),,\粉胶断指标\T啪(℃)表4―4木质素松散纤维改性沥青玛蹄脂试验结果2.1 1.01.21.51.815℃12.23 26.911.58 27.9 39.9865.79.53 24.5 34.52 65.7 ―9.O7.43 19.6330.036.15 16.45针入度(0.1m)20℃ 30℃39.468.5 -14.7 1.12725 86 65.6 ―2.1 -0.2830.9 1.63 3.13 7.20 102.364.8-4.6TL2(℃) 针入度指数P.I5℃-12.3 0.6751.77 4.0 7.37 21 630.3811.17 2.93-o.1141.03 2.4 4.30 9.67 95.52.07 4 8延度 (5cm/min.cm)lO℃ 15℃ 25℃8.9328.67 86.O5.3715.03软化点(℃)86.7587.25―,\指标\T啪(℃) T.:(℃) 针入度指数P.I表4―5有机聚酯纤维改性沥青玛蹄脂试验结果2.1 1.0粉胶比F1.2lr 5 1.815℃14.3 31.3 45.3 67.2 一17.211.6711.611.O 23.0 33.5 72.8 ―14.9 1.49l 0.8 2.43.69.25 19.8针入度(0.1mm)20℃ 30℃33.345,5 60.3 ―9.927.8336.6 68.9 一14.328.2574.7 一12.4 1.4441.22 5℃ 3.17 5.83 12.97 52.6 81.0―0.0451.87l 1221.37 2.9 5.0 17.5O.971.73延度 (5cm/min,cm)10℃ 15℃ 25℃5.53 9.53 31.5 83 92.0 8.4592.512.285.0软化点(℃)83.O试验结果中可以发现:①各试验温度下玛蹄脂拉伸时不出现细丝现象,玛蹄脂拉伸断裂时,形成较租的长条形,并有明显的断裂面:②25℃时,玛蹄脂拉伸出现明显下垂而断裂,且粉胶比越小,下垂趋势越 明显,在其它温度下无下垂现象.(2)测试结果分析3种纤维沥青玛蹄脂的粉胶比不同温度下与延度和软化点的关系见图4―1和图4―2.为了使图中规律更加明显,延度值取对数,所谓粉胶比是指沥青混合料 中矿粉与沥青用量的比值.①粉胶比与不同温度下延度的关系 粉胶比与不同温度下延度的关系见图4―1.从图中可知:随着粉胶比F的增 加,各纤维改性沥青玛蹄脂不同温度下的延度lgD均呈线性减小趁势.在较低温 度(5℃和1 O℃)条件下,粉胶比小于1.8时lgD的大小为:有机聚酯纤维改性沥青玛蹄脂&木质素松散纤维改性沥青玛蹄脂&木质素颗粒纤维改性沥青玛蹄脂 粉胶比大于1.8时为:木质素松散纤维改性沥青玛蹄脂&有机聚醋纤维改性沥青 玛蹄脂&木质素颓粒纤维改性沥青玛蹄脂.其中木质素颗粒纤维玛蹄脂的lgD最 小,这说明此纤维玛蹄脂的低温抗拉伸能力较差.但在较高温度(15&C和25℃)时,随着粉胶比F的增加,木质素颗粒纤维玛蹄脂的延度l gD的减小趋势最为平缓,而有机聚酯纤维玛蹄脂的LgD迅速减小.这说明在较高温度时.木质素颗粒 纤维玛蹄脂的粉胶比变化对其抗拉伸能力影响不大:反之有机聚酷纤维玛蹄脂 粉胶比的变化对其抗拉伸能力影响很大.这种现象表明木质素颗粒纤维玛蹄脂 在较高温度下随粉胶比变化,其抗拉伸能力较为稳定.m4―13种纤维沥青玛蹄腊的粉胶比与不同温度下延度的lgD的关系图由表4―6的回归方程和相关系数可看出:各纤维改性沥青玛蹄脂不同温度下 的延度LgD与粉胶比均呈良好的线性相关关系.这种线性递减的规律性可用于温 度一定时,预估不同粉胶比时沥青玛蹄脂的延度,从而为沥青混合料配比设计提供参考依据.表4-6 温度 不同温度下3种纤维玛蹄脂的延度19D与粉胶比F的相关分析表 纤维种类 木质素颗粒纤维5℃回归方程lgD=一0.2 lgD=一0.3401F+O.6367 lgD=一0.7 lgO=一0.5 19D=一0.7 19D=一0.4 19D=一0.4 lgD=一0.3 19D=一0.119D=一0 4R2相关系数R0.1 O.5 0.9958O.97930. 0.8349 O.9713 O. 0.3 0.9922O 8753木质素松散纤维 有机聚酯纤维 木质素颗粒纤维10℃木质素松散纤维 有机聚酯纤维 木质素颗粒纤维0.9432 O.l0.3 0.987415℃木质素松散纤维 有机聚酯纤维 木质素颗粒纤维25℃木质素松散纤维 有机聚酯纤维lgD=一0.41 gD=一0 40.9②粉胶比与其他指标的关系粉胶比与当量软化点,当量脆点,P.I值和软化点的关系见图4―2,相关分 析见表4―7.0j?术质景颗粒纤维-术质素松散纤维一 j▲有机爱酯纤绋―3 ^2-6藿一9 任f―12.15/一..9N / /▲/一 /j～2么二一一.1 1.2 1.4 1.6二.-18I.8 2糟腔比F (b)5 2 9 6 3 l7'l 2 58互幺L.孰掣～.加咱呻ql 1 1.Z 1.4 1.6 1.I 2糟胶比F图4-23种纤维沥青玛蹄脂的粉胶比F与各指标的关系图玛蹄脂 纤维种类 指标 当量软 化点 当量脆占回归方程 T.=11.221ff一3I892F+8L 382R20.9386 O.8509 O.3相关系数RO.4 O.6木质素颗粒纤维 木质素松散纤维 木质素颗粒纤维 木质素松散纤维T.旷6.t22V一21.191F+83.162TI 2--15.905F:+51.1 14F一43.36Tl2一I. 335F一28.986从图4―2(a)中可看出,3种纤维沥青玛蹄脂的当量软化点T800随粉胶 比F的增加,呈曲线变化趋势.当粉胶比小于1.3时,木质素松散纤维 改性沥青玛蹄脂&有机聚酯纤维改性沥青玛蹄脂)木质素颗粒纤维改性 沥青玛蹄脂;当粉胶比大于1.3后,有机聚酯纤维改性沥青玛蹄脂&木质素松散纤维改性沥青玛蹄脂&木质素颗粒纤维改性沥青玛蹄脂.从图中还发现,这3种纤维沥青玛蹄脂的当量软化点T800随粉胶比增大的变 化趋势不同,这说明纤维品种对玛蹄脂的当量软化点有一定影响.i有机聚酯纤维沥青玛蹄脂的粉胶比大于1.5后,其T800随粉胶比的 增大而迅速提高,这表明此时粉胶比越大,矿粉用量越多,可大大提高玛蹄脂的高温性能.ii木质素颗粒纤维沥青玛蹄脂的粉胶比在1.6～2.1或1.O～1.2时, 沥青玛蹄脂的当量软化点较高.但SMA矿粉用量较多,其粉胶比一般大 于1.5,故为保证木质素颗粒纤维沥青玛蹄脂的高温性能,其粉胶比可 取在1.6～2.1. iii木质素松散纤维也具有类似的规律,即只有粉胶比大于1.8后,玛蹄脂的高温性能才有所改善.从图4―2(b)中发现,不同纤维的沥青玛蹄脂,其当量脆点随粉胶比增大的变化规律也不相同.这表明纤维的品种会影响玛蹄脂的当量脆点.i木质素松散纤维沥青玛蹄脂的当量脆点随粉胶比的增大而不断提高,此规 律说明矿粉的增加会降低木质素松散纤维沥青玛蹄脂的低温性能.故其粉胶比不宜过大.ii有机聚酯纤维沥青玛蹄脂的粉胶比大于1.5后,当量脆点较低且变化平缓,这表明粉胶比在1.5～2.1时,有机聚酯纤维沥青玛蹄脂的低温性能较好.iii木质素颗粒纤维沥青玛蹄脂的粉胶比在1.O～1.2或1.6～2.1时,玛蹄脂 的当量脆点较低.考虑到s鼢的矿粉用量较大,此处可取粉胶比为1.6～2.1,且在这一范围内,随粉胶比增加,当量脆点呈降低趋势,玛蹄脂的低温性能越来 越好.从图4―2(c)可知:319纤维沥青玛蹄脂的P.I值随粉胶比增大,其变化规律差异较大.这表明纤维品种对玛蹄脂的感温性影响显著. i有机聚酯纤维沥青玛蹄脂的P.I值在粉胶比为1.5～2.1时较大,且在1.8～ 2.1时变化不明显,说明此时玛蹄脂的高温性能较好,对温度变化不敏感., ii木质素松散纤维玛蹄脂的P.I值则与粉胶比呈二次凿线降低趋势,即随粉 胶比的增加,玛蹄脂P.I值逐渐变小,温度敏感性增大. iii木质素颗粒纤维沥青玛蹄脂的粉胶比大于1.5后,P.I值逐渐增大,并趋 向于0,这种规律意味着对于木质素颗粒纤维沥青玛蹄脂,其粉胶比大于1.5后,增加矿粉会不断改善沥青玛蹄脂对高,低温的敏感程度.从图4―2(d)可知:显示3种纤维沥青玛蹄脂随粉胶比增加,其软化点均呈提高趋势.将各纤维玛蹄脂的软化点相比较:当粉胶比小于1.95时,木质素颗粒纤 维改性沥青玛蹄腊&木质素松散纤维改性沥青玛蹄脂&有机聚酯纤维改性沥青玛蹄脂:当粉胶比大于1.95后,木质素松散纤维改性沥青玛蹄脂&木质素颗粒纤维 改性沥青玛蹄脂&有机聚酯纤维改性沥青玛蹄脂.这表明粉胶比小于1.95时,木 质素颗粒纤维玛蹄脂的高温性能最好.虽然3种纤维沥青玛蹄脂的软化点随粉胶比增大而迅速增加,但其变化规律也有差异: i木质素颗粒纤维沥青玛蹄脂的软化点随粉胶比的增加而不断增加.这表明 增加粉胶比可大大提高了玛蹄脂的高温性能.粉胶比在1.8～2.1的范围内,软 化点达到最大,这就意味着此时玛蹄脂高温性能最好: ii木质素松散纤维玛蹄脂的粉胶比在1.O～1.5之间时,软化点提高不明显: 但粉胶比大于1.5后,软化点呈线性迅速提高.这说明木质素松散纤维沥青玛蹄 脂的粉胶比只有大于1.5后,其增加才对沥青玛蹄脂的高温性能有明显改善; &i有机聚酯纤维玛蹄脂的软化点随粉胶比增大而不断提高. 以上分析表明,纤维品种对沥青玛蹄脂的软化点,延度及当量软化点,当 量脆点和P.I值均有影响.粉胶比增大,可提高沥青玛蹄脂的软化点,增强沥青混合料高温稳定性.但是过大的粉胶比会提高沥青玛蹄脂的当量脆点,使其低 温脆性变大,降低混合料的低温抗裂性.因此,粉胶比应该有一个合适的范围. 一般SMA的矿粉用量较大,粉胶比一般大于1.2,并可达到2.1左右.考虑到安徽 合六高速公路SMA路面所处地区夏季高温,多长陡坡,为防止路面在轮载作用下产生车辙,推挤,拥包等沥青路面病害现象,保证沥青玛蹄脂的高温性能,可适当增加矿粉用量,即适当提高粉胶比F.结合以上试验结果,分析3种纤维沥 青玛蹄脂的软化点和当量软化点,提出玛蹄脂高温性能较好时的粉胶比合适范围:从当量脆点和延度试验结果分析中总结出玛蹄脂低温性能较好的粉胶比范 围:根据P.I值分析得出玛蹄脂感温性能较好时的粉胶比范围.结果汇总见表4―8.表4-8改性沥青玛蹄脂高,低温性能及感温性分析结果汇总 合适的粉胶比F 高温性能 低温性能 感温性能 范围F&1.5,,\跫蹄脂性能玛蹄脂希八性沥青玛蹄脂 性玛蹄脂木质素颗粒纤维改1.6≤F&2.1l|6≤F≤2.11.6≤F&2.1木质素松散纤维改F&1.5F&2.1F&2.11.5&F&2.1有机聚酯纤维改性 沥青玛蹄脂1.5&F&2.11.5&F&2.11.5&F&2.11.5&F&2.1根据试验结果及分析,建议SMA沥青玛蹄脂混合料粉胶比F取值范围为 掺加木质素颗粒纤维时,1.6≤F&2.1; 掺加木质素松散纤维时,1.5&F&2.1;掺加有机聚酯纤维时, ③延度lgD与温度的关系1.5&F&2.1.各纤维沥青玛蹄脂延度与温度的关系见图4―3,表4―9所示.1?● 1.2 1 I.35 1.15 × ×,.F=I..eO×H=FF--2 I.8×. =F2..I//4 1虾司.57多o.8O.95昌O?6&o.4o.2皂o.75O.S5‖吒//一.‖/一o.35o o.15.‖杉ty!多鬈/多/5 IO 15X,/五厂/-o?2 --o.● 510 -o.0515加为2025蕾度T(℃)■度T(℃)(-)木质素颗粒纤维玛蹄詹(b)木质素|幺散纤维玛砖麝1.751.55{×@,F:=.I...O :×P=1.81.35 lIlS D0.95 ―0.75 0.弱 0.35 O.15 -0.05?/‖1 I多75‖‖ ///// ‖‖/ 5-/‖//lO 15 20xm,F=::I..2.▲721?5嘭xP:2.I}//1//一25温度T(℃】(c)有机聚酯纤维沥青玛蹄脂晖14-3不同纤维沥青玛蹄脂的延度IgD与粉胶比F的关系 3种纤维沥青玛蹄脂不同温度的延度lgD与粉胶比F的关系表4―9 玛蹄腊类型粉胶比F1.O 1.2回归方程lgD=0.0534T一0.0433 19D=O.0528T一0.1491 lgD=O.0542T一0.2401 IgD=O 0543T一0.2923 lgD=O.0628T一0.4942 lgD=O.0561T+O.0804 igO=O.2 lgD=O.054T一0.1316 IgD=O 0473T一0.1469 lgD=O.0451T一0.2405 lgD=O.0617T+O.1768 IgD=O.059T+0.064 lgO=O.0545T一0.1145 lgD=O.0564T一0.2941 lgD=O.0458T一0.2671R2 O.9741相关系数RO.98700.6O.97730.80,9886木质素颗粒颗1.5粒纤维玛蹄脂1.8 2.10.95730O.3 0.2 0.0 0.4 0.7 0.97961.0 1.299260.9903木质素松散纤1.50.9804O.9676维玛蹄脂1.82.1 1.0 1.20.6 0.7 O.6有机聚酯纤维1.5玛蹄脂1.8 2.1从图4―3及表4―9可知,各纤维改性沥青玛蹄脂的延度lgD与温度T均有相关 性良好的线性增长关系.从增长速率(回归直线斜率)上看:随着温度的降低,粉 胶比相同时不同纤维玛蹄脂延度的减小趋势差别不明显;同一种纤维改性沥青 玛蹄脂的延度,不同粉胶比时随温度的降低,减小趋势有一定差别,特别对于木质素颗粒纤维玛蹄脂(见图(a)),粉胶比为2.1时的减小速度最快,而其他粉 胶比时变化趋势差异不大,因此为保证木质素颗粒纤维沥青玛蹄脂低温时具有一定的变形能力,其粉胶比应小于2.1. 由以上试验分析可得t沥青玛蹄脂的延度IgD与温度T具有良好的线性相关 关系,可根据回归公式预估一定温度条件下不同粉胶比时的玛蹄脂延度,尤其 是低温下的玛蹄脂延度,为混合料配比设计提供依据:也可作为检验沥青混合料 低温性能优劣的直接方法. 4.3本章小结 沥青玛蹄脂对SMA沥青混合料高,低温性能有重要的影响.混合料流变特性很大程度上取决于玛蹄脂的流变特性.本研究在改性沥青玛蹄脂配制成型工艺 上进行了试验探索,提出了改性沥青玛蹄脂的针入度,延度及软化点等指标,同时考察粉胶LBF,纤维品种及温度对其影响,并总结规律,为SMA沥青混合料 配合比设计提供依据. 通过本章沥青玛蹄脂试验及分析可得以下结论: (I)进行延度试验过程中,改性沥青玛蹄脂试件被拉成较均匀的长条形,断 裂时有清晰的断裂面,较沥青更接近混合料的开裂形式.在一定程度上沥青玛 蹄脂的延度比沥青延度更能反映SMA沥青混合料的流变性能. (2)纤维品种对改性沥青玛蹄脂各指标均有一定影响.就软化点而言,木质 素颗粒纤维玛蹄脂&木质素松散纤维玛蹄脂&有机聚酯纤维玛蹄脂.对于5℃和10 ℃延度:有机聚酯纤维玛蹄脂&木质素松散纤维玛蹄脂&木质素颗粒纤维玛蹄脂. (3)粉胶比对改性沥青玛蹄脂的各指标影响较大.3种纤维玛蹄脂的延度均随粉胶比增大而减小,然而减小的速度却因纤维品种,温度不同而有所差异,但延度igD与粉胶比F具有很好相关关系.这种规律性可用于预估温度一定时, 不同粉胶比时沥青玛蹄脂的延度,从而为沥青混合料配比设计提供参考依据. (4)温度对不同纤维改性沥青玛蹄脂的延度lgD影响很大.无论哪种纤维玛蹄脂,随着温度降低,其延度减小,然而减小的速度受纤维品种及粉胶比影响. 但粉胶比一定时,延度与温度之间具有良好的线性相关关系,可根据回归公式 预估粉胶比一定时,不同温度下的玛蹄脂延度,尤其是低温下的玛蹄脂延度, 为混合料配比设计提供依据,也可作为检验沥青混合料低温性能优劣的直接方法.(5)综合考虑不同纤维改性沥青玛蹄脂的高温性能,低温性能和感温性,其 粉胶比具有一个满足各性能的合适范围.根据一般SMA粉胶比的范围,建议SMA 沥青玛蹄脂混合料粉胶比取值范围为: 掺加木质素颗粒纤维时,1.6≤F&2.1; 掺加木质素松散纤维时,1.5&F&2.1;掺加有机聚酯纤维时,1.5&F&2.1.(6)针对安徽合六山区高速公路处于高温,多雨等恶劣的气候条件下,沥青玛蹄脂必须具有良好的高温性能,以保证S眦沥青混合料的高温稳定性.考虑经 济性能,本研究推荐使用木质素颗粒纤维作为试验研究和试验路铺筑时采用的 纤维类型,其掺量为整个沥青混合料质量的O.4%,供参考使用.第五章SMA沥青混合料配合比以及马歇尔试验指标研究slIA矿料级配研究SMA沥青混合料矿料级配的基本理论5.15.1.1首先工程界必须明确两个专业名词术语,即分清楚集料最大粒径和公称最 大粒径的区别,按照公路集料试验规程上的定义,集料最大粒径(Maximunof SizeAggregate)是指集料的100%都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸.集料的Size of公称最大粒径(Nominal MaximunAggregate)是指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10%)的最小标准筛筛孔尺寸.通 常比集料最大粒径小一个粒级.影响公称最大粒径的选择的最主要因素是粒径 和压实层厚度的匹配.对任何一种沥青混合料,矿料级配都是最重要的因素. 我国在SMA的研究发展过程中,矿料级配也发生了不少变化.我国早期铺筑的SMA试验段的矿料级配基本上是参照国外级配使用的.后来发现不同国家的级配是不同的,归根结底是气候条件相交通条件不同的缘故.总的说来,欧洲的级配 要比美国的细.SMA的构成特性特别强调粗集料在沥青混合料中的嵌挤骨架作用 和沥青玛蹄脂胶结料的粘结裹覆作用,这是构成SMA的两大条件,其次是用少量 细集料填补粗集料中的碎石空隙体积.SMA的构成决定着其与传统的沥青混合料 相比,具有更好的耐久性,抗高温稳定性,抗水损害,增加了表面层的租糙度, 提高沥青路面的抗滑性能,又具有良好的表面排水作用,可以较好延长沥青路 面的使用寿命. 沥青混合料矿料级配是把各种不同粒径的集科,按照一定的比例搭配起来,以达到较高的密实度或较大的摩擦力.一个良好的级配应该是在满足高温稳定的条件下矿料间隙率最小,比表面积总和不太大,矿料与沥青相互作用较好, 从而保证矿料之间处于最紧密状态,获取最好使用品质.目前常用的级配理论主要有两种:最大密实度曲线理论和粒子干涉理论.但是当前两种级配设计理论均以下面两种假设为基础:①假定基本颗粒为规则的球体 ②假定各分级颗粒粒径都相等 然而在实际应用中,存在着理论和实际的差异.因为实际上在高等级公路 应用中,石料都采用碎石,其颗粒形状近似立方体,各分级粒料也不是均匀等 粒径的.其颗粒粒径在一定范围内连续,这将造成理论与实际的较大差异.本 课题研究依托安徽合六高速公路,针对安徽山区高速公路所处的恶劣气候条件 及繁重的交通现状,进行SIVA沥青混合料矿料级配的研究,重点考虑沥青混合料 的高温稳定性,水稳定性及抗滑性能.为了对SMA沥青混合料矿料级配进行更深 入地研究,探索混合料级配组成的影响规律,将其分为两部分即粗集料骨架结构和细集料级配展开研究.5.1.2SMA沥青混合料粗集料骨架结构研究粗集料是SMA沥青混合料的重要组成部分,它对SMA充分发挥其结构优点起 关键作用.为了研究SMA级配中粗集料含量对骨架结构的影响,不能局限于较窄 的试验范围,而应该在较大范围内通过试验设计来研究SMA的级配组成.因此本研究应用均匀设计方法,对SMA沥青混合料粗集料骨架结构进行试验设计,用较 少的试验量来研究大范围内的试验规律,以探求粗集料骨架结构的影响因素. 目前最理想的结构层是在连续级配条件下的密实骨架型结构层.该结构层的矿 料级配特点是粗集料用量相对较多,既能达到互相嵌挤稳定作用,又起到一定 数量的细集料,矿粉,沥青填实粗集料骨架的空隙体积的良好效果.这种沥青 混合料的结构层通过高温碾压后,可以获得较大的密实度和较小的空隙率,同 时具有较高的内摩擦角,较好的抗高温稳定性,既有悬浮结构的优点,又能起 到空隙骨架型结构的作用. 如何设计出属于密实骨架型结构层的沥青混合料,同时又证明是密实型结 构层?配合比设计中只要是细集料+粗集料+矿粉+设计预留的空隙率体积之和 介于关键性筛孔尺寸4.75mm或2.36mr.以上粗集料在松散堆积状态下的最大空隙 率和经振动压实状态下的最小空隙率条件率之间,即可称为密实骨架型结构层. 5.1.2.1均匀试验设计法 均匀设计法由王元和方开泰于1978年提出.均匀设计通过一套精心设计的 表来进行设计,每个均匀设计表都附有一个使用表,它指示我们如何从均匀设 计表中选择适当的列,以及由这些表所组成方案的均匀度.均匀设计的试验结 果只有&均匀发散&,&无整齐可比&的特点.所以对试验结果不能直接比较, 必须借助数学知识进行回归分析.& 均匀设计法在开级配沥青磨耗层混合料级配设计中的应用,进行试验安排, 对试验数据进行回归分析,得出了混合料的空隙率和级配之间的关系,并验证了 所得关系的正确性.对比了正交设计与均匀设计的不同,与正交设计相比.均匀设计法只要相对较少的试验就能达到相近的结果.均匀设计法对混合料设计,尤 其是大孔隙的沥青混合料设计具有参考价值.5.1.2.2均匀试验设计粗集料骨架结构为了能深入研究粗集料形成骨架结构的影响因素,在较大范围内寻找粗集 料间隙率VCA的变化规律,对各因素(试验4因素:19mm～16咖,16咖～13.2H,13.2舳～9.5mm,9.5叫～4.75mm颗粒,下文分别以Xl,X2,X3,】(4表示,Xl,x2,x3,x4的数值表示各自在粗集料中的含量)水平数n=16.水平数n取16有以 下考虑: (1)VCA变化与各因素比例之问的相关关系可能是非线性的,为使回归方程 有意义,相关结论有较好的可靠性,还应使回归方程误差自由度不小于5,则水平数至少为15;(2)水平数取16时,其均匀度的偏差D比15,17,18,19,20水平数的偏差都小; (3)若水平数取得过大,则工作量很大.16水平4因素的均匀设计方案见表5―1,N￡径及比例(%)表5―1粗集料级配均匀设计方案组成16mm～13.2mm X2 14.8010.43级配序毒,\1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1219mm～16HXI 68.5 54.57 46.1413.2mm～9.5mm X3 8.871.099.5Ⅲm～4.75mm X. 7.83 33.91 20.8321.58 15.42 52.24 3 682.5936.4430.442.23 29.44 9.67 9.4l 9 9639.7534.4820.668 60 1329.9525.94 22.32 19.019732.1435.58 14.3515.381.32 46.2651.26 23.2734.29 22.4415.9513.10 10.42 7.90 5.5l59.466.35 42.8524.297.501314 15 1676,6711.75 59.757.9317.18 1.9365.56 35.09 15.063.231.0539.3344.565.1.2.3标准级配范围 对任何一种混合料.SMA沥青混合料矿料级配都是最重要的因素.我国在SMA的发展过程中,矿料级配也发生了不少变化.我国早期铺筑SMA试验路的矿料级配基本上是参照国外级配使用的.后来发现不同国家的级配是不同的,归根结底是气候条件和交通条件,环境特点不同的缘 故.总的说来,欧洲的级配要比美国的细,前面已经列出几个有代表性的同家的SMA的标准级配.我国在修建北京地区几个SMA表面层时,根据当时国外的规范或建议级配, 同时根据现有实际材料的情况,确定了各自的级配范围要求,并据此进行配合 比设计.我同部分高速公路的s卧工程的级配范围如表5―2所尔.辽宁省在沈大 高速公路铺筑试验路所使用的级配范围如表5―3所示.美国年的铺筑 的一些工程使用的S卧的级配如表5―4.嚣童震丑门∞ 一 卜 一 ∞ N 卜????譬 ?∞卜甘o 一?2 ∞卜卜2兰 ?一 H?00?00蟹 ?o 一璺 ?&_一o 一2o 一2署 ?N 一?簪 隶E一可 一?廿 一f甘 一2gV?N= ?卜 一重卜 一?C ∞一矗 壕 最 卜 捌 蚓?N?N?N? N∞ ?'oNN?∞?∞?甘筮博景冥匝操醒嚣g匠眯胖H《磊求锭哑祥∞& N 卜N∞ ?'.?∞f?卜∞占噼2西2 7口.2 7o,? 西8一g一皿 謦 戤! H髓日 骚辣士岛 搭鼎 嚣硝 箍枢 粗弊腽暇 鼹耀士筒 秘毯嘧田 鞲绁七田 搿{罂筒圃 野豫士囝 疆搪窖馥 蝈髑 &幢墨盈 嚣谣捌 粗嵴缸镧 篙枢 舞缸一 卜N ? ∞N ∞& ∞N???? ∞= 2 卜 兽 ?一 olo2of= 2o'骂 ?一骂 ?o 一生 {一譬 ?o 一曾 ?& 一薯 ?N H要 ?N 一霉 ?N 一兽 ?N 一甘 一?吲 一?呷 一?甘 一??一?一?一∽ 一?∞一2?一? N ∞ ?甘?& 岫f&?N? oN?甘?呻?甘?呷∞ ?'o∞岫∞∞ ?'.?'o?∞?∞2 2a'?o? o2o? o翻曙 懿耀 一盘罔 魁糖岛回 羁煨七固 疆懈岛圈 鬟糖七宙 魁犍譬罔 疆镑盘宙 罄糖瞄圃 疆{堙士圄 秘袒群 醛任髑 *框 司拳H桓 铽嘻鞠 t罨星荔璧 柢框a萋霆蓁如期 摄帽 嵌碳&掣鉴.缸爆掣魁状霸椰一 卜& 2 ∞ 畸N ∞N ? ∞ ∞ ?口'∞∞2If? h 置 2 o一? ∞ 譬 ? 2 苎 ?兰 2 .o2o 一7兰 C 2詈 fo 一兽 2一 一钭 一刊 一?州 一?N 一,寸 一2吲 H?可 一?呷-一??一?一?一∞ 一?? m?N一? & 旧 ?寸CNfN?N? ∞.寸&岫∞.',?寸? ∞? ∞2 2∞竹 ? ∞∞ 0'口fo}.,? ∞? oW品 鞣堙士罔 搿{桀腽囵盘圈鞲袒秘j粤髓罔 羁糖古罔 籍撅岛圈 髫捃右罔籍糖弼目 崩坦右昭 籍耀N群蝼嚣髑 幅框束龋 梃恒蓉墨怔蝌 键俺藿墨秘廿群.捌.田靼宅旺蝈督新喇宙擗耻表5.3 JTJSMA.16玄 筛孔(mm)辽宁省沈大高速公路SMA试验路矿料级配情况 美国SMA.13 玄武岩 级配(%)100 98.7 88.3 48.9 25.3 18.5 17.3 14.7 12.1 10 8 9.O芬兰SMA.16 花岗岩 级配(%)100 80 9芬兰SMA.16 玄武岩 级配(%)100 94.4 75.9 48.6 25.4 18.5 16.7 15.3 l 3.0 11.7 9.8武岩 级配(%)范围(%)100范围(%)100范围'(%)100范围(%)10019.O 16.O 13.2100 96.795～10072～92 54～72 25～40 17～31 14～26 10～22 8～17 8～1 5 8～1I90～10080～lOO 50～75 30～50 19～32 16～26 12～2I ll～19 10～17 9～16 8～l 380～100 50～75 30～50 19～32 16～26 12～21 11～19 10～17 9～16 8～1380.156.7 28.1 20.7 17.9 15.9 12.4 10.8 9.085～95 (7520～28 16～2461.040.9 24,l 21.0 l 8.O9.54.752.36 1.180.6 0.3 O.15 0.07512～16l 2～1 516.3 12 4 lO 88～109.04l表5.4 名称19美国初期(年)铺筑的一些工程使用的SMA级配表 筛孔一 'mm)纤维改性剂沥青品种12.5 9.5 4,75 2.36 1.18 O.6 Or3 O.1 50.075俄亥俄州US.331009777351814121086威斯康新100 100 98 35 2l 17 14 13 12 llI-43德克萨斯100 916928151313lOI.35SHl 71加利福尼99 85 75 29 24 19 15 1 3 119亚I-40 密西根100 I-94 100 70 28 20 17 15 l 3 11 10文及尼亚100 US.32 89 65 26 18 16 1 5 l 3 11 9威斯康新100I-94 94 70 28 20 16 14 l 3 12 ll无Vestoplast?S7% 85～100文及尼亚100 I.85 62 42 26 20 16 15 14 12 IO8【1INOVOPHALT5%AC.30文及尼亚100 I.85 lOO 78 36 23 18 17 l 5 1 3 IO8I.INOVOPHALT5%AC.30密西根100 9473362519161412100.3无AC一20M.52密苏里100 96 76 34 20 1 5131312lOO.3【2J无AC一200.5【2】I-70 0.5…SBS4.5%亚特兰大1005.7% 96682918149工程现场在美国考察时现场试验 室记录注:【1】矿物纤维占沥青的百分敲; 【2】木质素纤维占沥青混合科的百分数: 【31矿物纤维占沥青混合料的百分教.与国外相比,从4.75mm和9.5mm通过率来看,北京这些工程的SMA-16级配比欧洲的要粗得多,与美国初期的建议级配差不多,但比最近AASHTO建议级配细, 只有首都机场高速公路的级配与美国规范的要求一致.美国规范要求4.75mm的 通过率为20%～28%,范围比较窄,是国际上最粗的.一方面这样窄的范围对42我国的工程来说,控制有些困难.同时由于我国不可能使用太多的沥青,空隙 率将会较大.因此拟将4.75mm放宽到20%～32%,使集料稍稍变细一些.另外,美国NAPA仅规定了SMA―19的范围,现在AASHT0增加了几种规格.在我国,由于公路工程使用10mm～15mm的材料往往有困难,必须使用10mm～20mm的材料,只 能配错tJSMA一16的混合料.所以必须对要求的级配范围作适当的调整,为了适当 再减少一些沥青用量,宜将9.5mm通过率稍稍增加至45%～65%,比美国25%～ 60%细一些.在交通部公路科学研究所设计的我国部分SMAT程使用的级配表中,可以看出开始阶段级配较细,后来逐步变粗的情况. 我国《公路SMA路面技术指南》的标准级配范围是在充分参考国外标准级配 的基础上,根据我国的使用实践总结提出的. 分析各国SIdA的标准级配范围,总的来说,欧洲的比较细,美国的要粗得多. 1998年6月AASHTO SMA规范建议稿初次提出了新的标准级配.但几种粒径较大的 SMA的级配,4.75mm的通过率都是20%～38%.AASHT0规范的修改只是将9.5mm 通过率内原规定&75%修改为26%～78% ～78%,0.6mm通过率从12%～16%变为l 2%～18%,说明级配变得更粗,间断 得更彻底.美国NCATl997年对199l～1996年建设的127个SMASE程的调查结果显示其中有比率65%的4.75mm通过率在25%～35%范围内,在z0%～30%范围内的占64%,设计配合比的总平均值为28.8%,标准差为4.12%.施工实际检测结果与设计的基本一致,总平均值为29.6%,标准差为5.53%:从逐年变化看1991 年平均34%,到1996年逐渐降低为25%.大于30%的大部分是早期的工程.(具 体见图5―2与5―3)墓芏n忙宕赫_t3|]捌 }i一捱 一菹 ～簖 鞫习=l=l蔓一一二二E～^1叫1―j1一―e*珂_iR寸表5-5S～IA-134.75mm不同通过率的比较SMA―16筛孔(蛐)19.O 16.O 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.30.15 0.075第1组第2组第3组第1组100第2组10095第3组100100 95 67 23100 9568100 959595 8467 28 238465 22 19 17 15 13 ll 1084 66 25 20 1815 13 1l lO6929 2426 2l191917 15 13 122118 15 1321 1815 12 lO1613 12 101010表5.64.75 mm不同4.75mm通过率对混合料性能的影响 马歇; ;试验VA VCA VCA VFADHC粗集料 想对毛 体积相 对密度(%)1.612 I.617 1.643 1.639 7.6 7.3 5.O 7.4 l 3.1 l 3.1 l 3.3 12.8 20.7 20 4 18.3 20.2 19.7 18.5混合 料 通过 室(%)23空隙率( (%) %)VMAMIx稳定 流值 度 (mm)(kN) 4.653.88 4.58(%) (%) (%)(%)43.7 43.5 42.6 42.7 41.5 43.138.4 40.7 41.963.3 64.2 72.7 63.47.0 7.2 8.8 7.O 6.7 7.5SMA26 .13 29 2237.2 38.641.23.374.40SMA251.65l1.6306.95 712.812.865 69.2.16283.65由表5―6,根据VMA&17%,沥青混合料的VCA一&VCAm两个原则,所有级配均符合要求,然后在符合要求的级配中选择4.75mm通过率最高者为优选的 级配,则以4.75mm通过率为29%及28%的两组作为设计级配,变化不同的沥青 用量,进行马歇尔试验,结果如表5―7.以目标室内空隙率3.5%确定SMA沥青混 合料的最佳油石比分别为6.4%及6.7%.44表5-74.75ram不同4.75mm通过率对混合料性能的影响 马歇尔试验 空隙率VA(%) (%) 5.0 3.7 3.3 2.3 5.74.2 4.1 2.3沥青 用量(%)5.4混合料通过率(%) 29 29VMA (%) 13.314.5 15.6 16.7 12.8 14.1 15.1 16.2VFA稳定度 (KN)8.8 7.5流值 (mm)4.582.40(%) 72.779 718.318.25.86.3 6.7 5.2 5.7 6.1 6.5SMA―13 292918.919.082.5 87.969.2 77.0 78.68.O7.6 7.5 7.7 7 83.89 3.32 3.65 3.77 4.653.5528 28 SMA.16 282818.518319.218.587.67.9在讨论4.75mm通过率的时候,有必要对粗集料和细集料这两个名词作一说 明.关于粗细集料的分界,在我国《公路沥青路面施工技术规范》中,定义2.36mm 作为沥青路面的粗细集料的分界,这是与美国,日本等许多园家一致的.在美 国,虽然ASTM D8的名词术中规定将大于及等于4.75mm的颗粒作为粗集料,小于 4.75mm的颗粒作为细集料,但是它似乎仅适用于水泥混凝土材料,在关于沥青 路面的一系列规范中,是将大于及等于2.36mm的颗粒定义为粗集料,小于2.36mm 的颗粒作为细集料的.然而由于SMA更注重于粗集料的嵌挤作用,因而在AASHTO 的SMA级配建议中,对9.5mmNMAS是以2.36mm为粗细集料的分界,4.75mmNMAS是 以1.18mm作为粗细集料分界,其他的都以大于及等于4.75mm的颗粒作为粗集料, 小于4.75mm的颗粒作为细集料.也就是说,SMA的粗集料和细集料的分界是以能 否形成嵌挤的骨架而言的,它与通常所说的粗集料和细集料不是一个概念.所 以不能将二者混为一谈.在我国,SMA大部分是16mm及13mm的,所以这里只讨论 4.75mm通过率,并以此区分粗集料及细集料. SMA虽然发源于德国.但末见有关于配合比设计的完整的理论.美国SMA配合比是明确分成租集料骨架和沥青玛蹄脂填充料两个部分设计的. 由于4.75mm以上部分的粗集料是真正形成石一石嵌挤结构的,所以4.75mm 通过率是SMA级配中最最重要的参数.NCAT的试验表明,4.75mm通过率与混合料 的VMA密切相关,决定了粗集料嵌挤作用的形成情况.图5―3清楚地看出了二者 的相关关系.而且,随着4.75mm通过率,即细集料的增加.矿料间隙率WlA将逐 步趋于常数,只有当4.75mm通过率小于30%,VMA才开始增加,租集科的嵌挤作 用才能逐渐得以发挥,石一石嵌挤骨架结构才能形成. 在图5-4中,VCA随4.75mm通过率的减小而减小,当4.75mm通过率小于30% 后,VCA减小的幅度(直线斜率)也变小,对SMA混合料,矿料中的通过4.75mm的 百分率必须小于30%,只有这样,租集料的嵌挤作用才有可能开始发挥.所以45在这些SMA混合料中,一般4.75舢的通过率都在30%以下.琶 善5|4.75m∞II过率(铆4Jk皿叠过事(嘲Is-34.钿通过事与v^I^的关系(马耿尔击实卯次)田5―441钿通过睾与Vck的美系(貅击实卯攻)关于矿粉用量,一殷都要求0.075mm通过率达到8%～12%.矿粉的用量与 沥青用量密切相关,因为在沥青玛蹄脂中,除了纤维和少量细集料之外,沥青 主要是用来填充矿料的间隙的,就沥青玛蹄脂自身而言,除了用于裹覆其他集 料或被纤维吸附外,就不应再有多余的自由沥青存在.在图5-5中,矿粉填充空 隙后的沥青体积等于沥青总体积减去填充了压实矿粉空隙体积之差._5_5研青玛蹄脂体积结构示意图美国NCATl997年对199l一19N年建设的127个SMAI程的调查结果如图5-6, 其中有65%0.075咖通过率在9%一11%范围内.结合我国的实际情况,要求8 %一12%是适宜的.陌磊习茁柚笛袖签狮b 量5*求乜譬簟群HI一宴矾IL――――............―.Jm,O●l口■L.11日●l 村¨ 2-3¨I I匕一I6-774矗―日9-10JO.-liiI―12们即b&墨H宰四喇5-6美国1997年NCATO.O?Smm通过串的调查结果根据国内外经验及有关规范,我国的沥青玛蹄脂碎石路面技术指南规定的间断级配范围如表5―8及图5―7所示表5―8 通过下列筛孔 的百分率(%)26.5我国沥青玛蹄脂碎石混合科(SMA)矿料级配建议范围 规格(按公称最大粒径分)S～IA-20 100 90'100 72'92 62'8240'55 18&30 13'22 12'20SMA-20100 100 90,100 65'85SⅡA一13SMA一101916 13.2 9.5 4.75100 90'100 50'75 10045'6520'32 15'24 14'2290'10028'60 20'3220'34 15'2614'242.36 1.18O.614'26 12'2210'1810&16 9'14 8'13 8'12 60'8012'18 10'15 9'14 8'12 40'5012'2010'160.3 0.15 0.0759'15 8'12 35'409.16 8'13 25'30适用的层厚(m)表中型号根据铺筑层厚度及材料情况选择,其q,SMA一10适用于城市道路或公路 薄层罩面,表中的最小层厚接近公称最大粒径的2倍.图5―8是我国与美国SMA级配范围的比较,美国没有SMA一16级配,故用按从AASHT0套过来的16mmNMAS代替.在矿料级配中,4.75mm及9.5咖以上粗集料用量,0.075咖以下矿粉用量特别重要.在制订指南的过程中,对S卧一13和s卧一16已经有了相当数量的工程实践,47矿料级配范围已经得到了广泛的验证.但是对SMA一10的沥青混合料还使用很少,甚至几乎没有使用过,指南颁初前后,课题组曾在研究&高速公路沥青路面早期病害预防措施&的课题时,明确提出发展SMA路面的建设,仍需要尽可能降低SMA路面的投资,于是极力推广应用sMA一10的薄层SMA路面;在一些地方铺筑高 速公路和机场道血根据山东,福建,四川,北京市等地的使用,认为采用SMA一10 是完全可以的.但是,在配合比设计时,它仅仅采用5mm―lOmm及3mm一5mm,小于3mm的石屑3种材料配合,配合比可以调整的余地很小,按照技术指南中的级 配范围往往有困难.于是又参考了国外的规定,按照实践经验进行了再一次调 整,作为《公路沥青路面旌工设计规范》的依据:表中的SMA一10的级配范围是 新的级配范围,与技术指南的规定有所不同.∞巾只5&MA―16∞￡蛐篓 娶一砷努翻曲中目s■^一硒美国16矗1口NⅡ格(套】0L―――Jna西O.1, 03 0.6 L182珈4,759.5缔孔尺tlq吣图5―8sM^一16级配箍嘲与美目标准的比较(阳巾美嗣16nmN^吣是搔J!{{AASltfO帕建议级鬻用插入法套过来的)5.2SMA马歇尔试验配合比设计指标5.2.1击实次数国际上在研究和使用SMA沥青混凝土时还通行马歇尔试验配合比设计方法. 首先遇到的闼题是击实次数.应该说,SMA试件的制作方法对成型后的混合料性 能有一定影响,在欧洲使用马歇尔试件成型的国家中,据了解,除挪威规定双 面击实75次,捷克规定了双面50次(空隙率3%～4.5%)和双面200次(空隙率2.5 %)两种要求外,一般都规定双面击实各50次.据美国NCAT的研究,采用马歇尔 试件成型方法时,击实次数双面50次的效果,与使用SHRP搓揉成型机SGC搓揉次 数为100次的情况基本上是等效的.所以在美国容许采用这两种成型方法.有人 认为击实50次不符合施工时的碾压情况,从表面上看确实是这样的.由于目前48压路机吨位增大,尤其是SMA在高温状态下就振动碾压,所以乍一看压路机的压实功效与50次击实次数是不匹配的.但是,试验毕竟是试验,理论不可能与实 践完全一样.试验表明,击实次数从50次增加到75次,确实能使SMA沥青混凝土 混合料密度有所增加,但同样使集料被击碎的部分增加,它改变了SMA内部的集料的排列方式.另外,试验也表明,对于SMA沥青混凝土这样以嵌挤为主的混合料,如果集料坚硬而不被击碎,增加击实次数到75次,甚至100次,对马歇尔密度的增加是很微小的.所以通常采用50次击实次数是合理的.与击实次数50次的试件相比,击实75次的试件密度会稍有增加.但如果将 压实度提高,则对实际的旎工并无影响.因为试验数据只是为了控制施工.所 以采用50次和75次在本质上并没有区别.为了防止集料过多击碎,没有必要增 加击实次数.所以技术指南规定通常情况下击实次数为双面50次,如果在击实工程中集料坚硬不易击碎,也可采用双面75次. 在SMA混合料施工过程中,租集料的破碎将直接导致混合料中的VCA和VMA发 生变化,必