不同混合料类型的钢渣沥青混凝土高温性能研究.pdf

s 一一s 不同混合料类型的钢渣沥青 混凝 土 高温性 能研 究 胡光 伟 ，王坤 ( 江苏省交通规划设计院股份有限公司， 江苏 南京 2 1 0 0 1 4 ) 摘 要 ： 为对 比分析不 同混合料类型 的钢渣沥青混 凝土高温性能 ， 选取 A C - 1 3 C与 S MA - 1 3 两 种钢渣沥 青混合料为研 究对象 ， 进行 车辙试验 ， 与几种普通沥青混合料 的车辙试验进行 对比研究 ， 并对钢渣使用 时应 注意事项进行 了研究 。结果表 明 ： 两种 类型的钢渣 集料沥青混合料 的动稳 定度均高于玄武岩及石灰岩配制的沥青混合料 ， 因此 ， 钢渣对 动稳定度 的增 加有 明显 的促 进作用 ； 钢渣应用 于道 路工程时 ， 应对钢渣原料 的膨胀性 能进行 准确测试 ， 并控制 4号细钢渣集料 的用量 。 关键 词 ： 钢渣 ；沥青混合料 ； AC 一 1 3 C ；S MA 一 1 3 ； 高温稳定性 0 引 言 沥青路 面高 温稳 定性 是指 在荷 载作 用下 抵抗 永 久 变形作用的能力。稳定性问题常在低加荷速率、 高温 和抗 剪切 能力 不 足 时呈 现 ， 即沥 青 路 面 的劲 度 较 低 时 出现 。常 见 的稳 定 性 不 足 引 起 的 破坏 形 式 有 拥 包 、 泛 油 、 搓 板 、 推移 、 车辙 等 ， 几 种损 害里 只有 车辙 是 由高 温 稳定性能不足 引起 的。因此 ， 车辙问题是 沥青路面高 温稳定性 良好与否的集中体现。 大 量 的试 验 表 明 ， 车 辙 试 验 的 动 稳 定 度 与 沥 青 路 面 的车 辙 深 度 有 较 好 的相 关 性 ， 通 过 控 制 沥 青 混 合 料 的动 稳 定 度 ， 可 以 生 产 出 抗 永 久 变 形 能 力 较 强 的混合料口 。J TG D 5 0 2 0 0 6 公 路 沥青 路面设 计 规 范 要求“ 沥青混合料 的高温稳定性 以动稳定 度来评 价 ， 中等交通 以上 的公 路表 面层 和中面层 沥青混 合 料 ， 动 稳 定 度 可参 照 J TG F 4 0 2 0 0 4 4 公 路 沥 青 路 面 施 工 技术 规 范 并 根 据 当 地 的 工 程 经 验 确 定 设 计 值 。 对于特殊 路段或 特殊使 用要求 的情 况 ， 应 提高动 稳 定 度 指标 ” 。 沥青混合料高温稳定性的影响因素很多 ， 但 主要 可 归纳 为 内在 因素和外 部条 件 。 内在 因素 主要 是 指材 料本身质量对沥青混合料性能的影响。例 如， 沥青混 合料的类型( 集料 比例 、 粒径等) 、 材料特性( 沥青用量 、 沥 青黏 度 、 集 料特 性 、 配合 比等 ) 。国外研究 的经验 是 ， 沥青混合料 的高温抗车辙能力有 6 0 依赖 于矿料级 配的挤 嵌 作 用 ， 沥 青 结 合 料 的 黏 结 性 能 只 有 4 0 的 收稿 日期 ： 2 O 1 5 1 o 一 3 0 基 金 项 目： 江 苏 省 交 通 运 输 厅科 技项 目( 2 O 1 3 T0 43 ) 贡献 。 钢渣沥青混凝土与普通沥青 昆 合料在矿料上有很 大的差别 ， 但其所承受 的外部条件和性能要求却是基 本相同的。因此 ， 其性能的不同也 主要归结 于混合料 本身的差异 。通 常来说 ， 钢渣集 料表面粗糙 、 硬度较 高、 颗粒形状较好 ， 当采用合理的级配时 ， 有助于提高 其高温性能。因此 ， 开展钢渣沥青混凝土的高温稳定 性 能研 究很 有必 要 。 1 原 材料及 试 验方 法 钢渣 沥青混 凝土 主要 由钢渣 、 天 然集 料 、 矿 粉 和 沥 青组成 。本文研究的钢渣沥青混合料的原料由 1 号 、 2 号、 3号钢渣粗集料 、 4号玄武岩细集料、 S B S改性沥青 和石灰岩矿粉组成。 1 1原材 料 1 1 1 粗 集料 钢渣 堆放 场存放 的 钢渣粒 径不 同 ， 差 异 大 ， 需 进行 筛分 ， 筛除超粒径钢渣。经筛分将废弃钢渣分为 1号 ( 9 5 1 6 0 mm) 、 2号 ( 4 7 5 9 5 mm) 、 3号 ( 2 3 6 4 7 5 mm) 、 4号( O 2 3 6 mm) 四档 ， 将 4 号集料废弃 ， 取 1号 、 2号 、 3号 三 档 集料 作 为 配 制 钢渣 沥 青 混 合 料 的粗集料 ， 筛分结果见表 1 所示 。 1 1 2细集 料 本文 针对 AC 一 1 3 C、 S MA一 1 3型钢 渣沥 青 混凝 土 开 展其水稳性能测试 。但考虑到 4号钢渣集料吸水率较 高 ， 由此配制的钢渣沥青混合料将可能具有较高的油 石 比 ， 经济 性不 足 。因此 ， 在钢 渣沥青 混凝 土研 究过 程 N o 4 2 0 1 5上冯 堍 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m s一 G s 中 主要 采 用 天 然 细 骨 料 替 代 钢 渣 细 骨 料 。试 验 中 AC的 4号玄 武 岩集 料取 自茅迪 ， S MA 的 4号玄 武 岩 集料取 自溧 阳 ， 其 级 配情况 如表 1 所 示 ， 物 理性 能 指标 参见 表 2 所 示 。 表 1集 料 筛 分 结 果 筛孔 通过筛孔 ( 方孔筛 ， ram) 百分率 集料 1 6 0 l 3 2 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 O 6 O 3 0 1 5 0 0 7 5 号 1 O O 7 8 1 1 4 6 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 8 0 8 2号 1 O O 1 0 0 1 O O 1 0 2 1 6 1 6 1 6 1 4 1 4 1 2 3号 1 O O 1 0 O 1 0 0 1 O 0 1 3 6 2 6 2 6 2 4 2 4 2 2 r 4号( 玄武岩) 茅迪 1 O 0 1 0 0 1 O O 1 O O 9 2 6 7 6 2 5 5 2 3 8 O 2 9 2 1 7 7 4号( 玄武岩) 一溧阳 1 O 0 0 1 O O 0 1 O O 0 1 O 0 0 8 3 8 5 2 6 3 3 4 l 7 1 1 9 7 5 矿 粉 1 O 0 0 1 O 0 0 1 O 0 0 1 O 0 0 1 O 0 0 1 O 0 0 1 O 0 0 l O 0 0 9 9 8 9 1 7 表 2 细集料试验 果汇总表 试验项 目 4号 ( 玄武岩) 茅迪 4号( 玄武岩) 一溧阳 技术要求 表观密度 g c m 。 2 9 1 8 2 9 2 3 2 5 表 观 相 对 密 度 2 9 2 4 2 9 l 6 毛体视相对密度 2 7 8 6 2 7 4 6 | 砂 当量 6 5 8 1 6 0 1 1 3 沥青 本研 究 选 用 S B S改 性 沥青 ， 按 照 公 路 工 程 沥 青 及 沥青 混合料 试验 规程 进 行试 验 ， 基 本性 能指 标 和规 范要 求 如表 3 。 表 3 S B S改性沥青技术性能试验结果 试验项 目 试验结果 规范要求 针 入度 ( 2 5 ， l O O g ， 5 s ) o 1 mlT l 6 7 6 0 8 0 针人度指数 P I ( 1 5、 2 5 、 3 0) 一0 1 8 一0 4 延度( 5 c mmi n， 5) c m 4 3 3 O 软 化 点 ( TR B ) c 7 1 0 5 5 运 动 黏度 ( 1 3 5 ) P a S 1 6 7 5 3 闪点 3 0 0 2 3 0 相对密度 ( 2 5) 1 0 3 1 实测 离析 ， 软化点差 0 8 2 5 弹性恢 复 9 8 7 6 5 沥青薄膜加热试验 质 量 变 化 0 1 5 7 1 0 残 留针人度 比( 2 5) 9 5 5 6 5 残留延度( 5) c m 3 5 2 0 1 1 4填 料 矿 粉是 沥青 混 合 料 中不 可 缺 少 的填 料 ， 在 沥青 混 合料 中发挥 着 重 要 的 作用 。 目前 ， 普 遍 采 用 的是 石灰 岩矿 粉 。本研 究 选 用 的 矿 粉 筛 分 试 验 结 果 见 表 1所 示 ， 物 理性 能指 标 如表 4所示 。 1 2 上 么魄 N 0 4 2 0 1 5 表 4矿 粉 试 验 结 果 汇 总 表 试验项 目 试验结果 技术要求 表 观 密 度 g c m 。 2 6 9 0 2 5 表观相对密度 2 6 9 5 | 0 6 mit t 1 0 0 0 l O O 粒度范 围 0 1 5 mm 9 9 8 9 0 l 0 0 0 0 7 5 ram 9 l _ 7 7 5 1 0 0 外观 无 团粒结块 无团粒结块 亲水系数 0 6 9 1 3 C 5 5 2 9 O 9 无 1 0 0 0 玄 武 岩 G一 4 埘 S B S改性 AC 一 1 3 C 5 8 7 6 8 4 无 3 0 0 0 玄武 岩 *注 ： 实体工程设计 要求数据 通过 上述 对 比可 见 ， 总 体来说 ， 钢渣 集料 沥 青混 合 料的动稳定度要 高于玄武岩及石灰岩配 制的沥青混 合料。 对于钢渣沥青混合料 ， 由于钢渣原料性能、 合成矿 料级 配 、 钢 渣掺 量 、 油 石 比等 因素 的差 异 ， 同种 类 型 的 钢渣 沥青 混合 料 ， 其 动 稳 定度 也 有 较 大 的差 异 。但 与 对应 的对 照沥青 混 合 料 ( 天 然 集 料 ) 相 比 ， 钢 渣 对 动稳 定度 的增 加有 明显 的促进 作用 。 1 4上 咯 N o 4 2 0 1 5 本 文研 究针 对 AC 一 1 3 C 、 S MA一 1 3型钢 渣 沥 青混 合 料 ， 通 过 与 文 献 及 其 他 工 程 应 用 的 AC 1 3 C、 S AM l 3 型， 以及添加改性剂的沥青混合料相比， 其动稳定度仍 有较 大 的增 幅 。对 比 S AM一 1 3 、 S UP 1 3型 钢 渣 沥青 混 合料 与天 然集料 配 制 的沥 青混 合料 可 知 ， 钢 渣 加入 后 ， 其动 稳定 度达 到甚 至略微 高 出采用 不 同改性 剂 及 高黏 沥青 的沥 青混合 料 。 ( 下转 第 4 1页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5工程 主要特 色 本工程设计 主要具有 以下特色 ： ( 1 )充分考虑桥位处的建设条件 ， 根据上下游的 桥梁现状选择合适的跨径及桥型结构。 ( 2 ) 桥 梁采 用预应 力 混凝 土斜拉 桥 ， 同时 所有 外 露 结构 均选 择不需 油漆 养 护 的 材 料 ； 桥 上设 置 雨 水 收 集 管 ， 将 雨 水收 集后 通 过 蓄 毒池 沉淀 后 再 排 人 河道 。将 桥梁施工及养护过程对环境和水源的影响降到最小。 ( 3 )以人为本 ， 设置人非过桥系统 ， 同时采取合适 的结构设置及安全措施保证行人和非机动车的安全。 ( 4 )道路 两 侧 设 置 辅 道 ， 方 便 沿 线 行 人 和 车 辆 的 出行 。根据黄 浦 江 两岸 的 出行 和 道路 情 况 ， 分 别 设 置 机非混行道辅道和仅供非机动车通行的辅道。 6 工 程进展 情况 本 工程 已 于 2 0 1 5年 7月 2 3日完 成 主 桥 中 跨 合 龙 ； 预计 将与 2 0 1 5年底 建成 通车 。 参 考 文献 ： E l i杨 庆卫 ， 张晨南 ， 马晓明 辰塔公 路跨黄浦 江大桥索 塔下塔 柱设计 J 上海公路 ， 2 0 1 5 ( 3 ) ： 2 2 2 5 E 2 3杨梓 ， 李来龙 ， 管 学才 大 体积混凝 土承 台水化热及 管冷技 术 仿真分析和优 化研 究E J 上海公路 ， 2 o 1 5 ( 3 ) ： 2 6 3 0 ( 上 接 第 1 4页 ) 3结语 本文对 AC 一 1 3 C、 S MA一 1 3型钢渣沥青混凝土的高 温稳定性进行了测试与评价 ， 主要结论包括 ： ( 1 ) 钢渣粗集料配制的 A C 一 1 3 C、 S MA一 1 3沥青混 凝土的最佳油石比对应的动稳定度均远高于规范规定 的要求。 ( 2 ) 通过与文献及其他工程应用的沥青混合料 ， 以 及 添加 改性剂 的沥青混 合料 相 比， AC 一 1 3 C和 S MA一 1 3 钢渣沥青混合料动稳定度仍有较大的增 幅， 其动稳定 度达到甚至略微高出采用不 同改性剂及高黏沥青的沥 青混合料。 ( 3 ) 钢渣 中含 有 f - C a O， 这 种 物 质 遇 水 膨 胀 ， 这 是 导致 钢 渣膨 胀 的主要 因素 ， 在应用 于 道路工 程 时 ， 应 对 采 用 的钢渣 原料 的 膨 胀性 能 进 行 准 确测 试 ， 避 免服 役 期钢渣膨胀对沥青路面造成 的损伤。本文采用 的南钢 钢 渣堆 放时 间 已超过一 年 ， 且定期 进行 洒水 处 理 ， 已得 到消化 处理 。 ( 4 ) 与天 然玄 武 岩 和 石 灰 岩 集 料 相 比 ， 钢 渣 表 面 粗糙 、 棱角多 ； 钢渣主要 由致密相和多孔 囊状部分组 成 ， 其 表 面 和 内 部 孔 隙 含 量 较 高 。 较 高 的 孔 隙 率 也 导致 了较高 的吸水率 ， 故本 文应 用 中选 取南钢 电炉 钢 渣 1号 、 2号 、 3号 集 料 和 4号 天 然 集料 配 制 钢 渣沥 青混合料 。 参考 文献 ： 1 贾 娟 改性沥青高温性能 评价及其 应用 的研 究 D 广州 ： 华南理工大学 ， 2 0 0 5 E 2 3张黎 级配对橡胶 沥青 高温性 能 的影 响 J 交 通世 界 ： 建 养 ，2 0 1 1 ( i o ) ： 2 1 6 2 1 8 E 3 孙鹏翔 钢渣沥青密级配混合料路用性能试验研究E D 3 沈 阳 ： 沈 阳建筑大学 ，2 0 1 2 4 庹峻玮 钢渣碎石沥青 混合料路 用性能研 究E D 3 武 汉 ： 武 汉 理 工 大 学 ，2 0 1 2 E 5 3周启伟 公 路 钢渣 基层 与 钢渣 沥 青混 合 料路 用性 能 研究 D 重庆 ：重庆交通大学 ， 2 0 1 1 E 6 陈丰 ， 吴少 鹏 ， 陈美 祝 ， 等 钢 渣沥 青混凝 土 的制备 与应用 E J 筑路机械与施工机械化 ， 2 O L O ( 9 ) ： 1 9 2 3 7 桂齐兵 ， 卢铁瑞 ， 王东林 ， 等 钢渣用于改性沥青玛蹄脂 混合 料的室 内试验研究 J 石油沥青 ， 2 0 0 3 ， 1 7 ( 3 ) ： 3 i - 3 5 E s 江苏交通院 反应型沥青改性剂在道路工程中的应用研究 R 2 0 1 4 9 江苏交通院 路 可比( L UC OB I T) 抗车辙沥青混合料在 重载 交通路面 中的应用研究 R 2 0 1 4 E l O 江苏交通院 新徐海公路分离式立交桥桥面 S MA 一 1 3上面 层 目标配合 比设计报告 R 2 0 1 4 1 1 江苏交通院 常熟市三环路快速化改造工程 S MA 一 1 3上面 层( 木质素纤维 ) 目标配合 比设计报告E R 3 2 0 1 4 1 2 江苏交通 院 南 通开发 区 同盛大道 改造工 程 A C 一 1 3上面 层 目标配合 比设计报告 R 2 0 1 4 E I 3 J江苏交通院 3 1省道北 延绍兴 市区上 面层 AC - I 3上 面层 配合 比设计报告E R 2 0 1 4 N o 4 2 0 1 5上冯么咯 4 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m