浇注式沥青混凝土高温稳定性评价指标的评述.pdf

2 1 0 科技研究 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 4 月第 4 期 浇注式沥青混凝土高温稳定性评价指标的评述 邵 莉 ， 王 彬 ( 中国市政工程华北设计研究总院， 天津市 3 0 0 0 7 4 ) 摘 要： 浇注式沥青混凝土以其优良的性能在路面、 桥面铺装等领域得到了广泛的应用。其中高温稳定性是影响其使用性能的 主要因素， 也是混合料配合 比设计的主要控制指标。 通过对 目前各国普遍使用的几种高温稳定性试验方法与评价指标的评述， 提 出我国可以采纳的评价指标。 关键词： 浇注式沥青混凝土； 高温稳定性； 贯入试验 ； 桥面铺装 中圈分类号 ： U 4 1 4 文献标 识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3) 0 4 - 0 2 1 0 0 3 1 概 述 浇注式沥青混凝土是在高温状态下( 约 2 2 0 o C 2 6 0 ) 进行拌合， 混合料摊铺时流动性大， 依靠 自 身的流动性摊铺成型， 无须碾压 ， 沥青、 矿粉含量 较大 ， 空隙率小于 l 的一种特殊的沥青混合物【” 。 这种材料基本上无 空隙 ， 不 透水 ， 耐侵蚀性 好 ， 耐 冻融循环能力强 ， 是最为耐久的一种沥青混合 物 ； 耐磨性优 良； 变形能力强 ， 低温时不易产生裂纹 ； 施工时无需碾压 ， 可以在低温环境下进行施工。因 此这一材料在高速公路路面、大跨径桥梁桥面铺 装 、 隧道 内铺 装 ， 水工坝体 心墙等 防水 结构 ， 人行 道等领域应用十分广泛。 它的应用与研究在我 国尚 属探索与发展阶段 ，仅在香港青 马大桥等几座 大 跨径桥梁 、 某些城市的隧道 内铺装上得到了应用。 浇注式沥青混凝土作为一种悬浮密实型结 构 ，其强度主要取决于沥青与填料交互作用而产 生的粘聚力 ， 因此必须重视其高温稳定性。在混合 料设计 当中 ，高温稳定性 同样 是首要考虑的 因素 之一 ，而各 国在指标上 的基本差异也主要是在该 性能指标上。 德国采用 4 0 贯入试验方法 ， 英 日采 用轮辙试验方法 ， 俄罗斯采用高温抗压强度方法。 我国地 处世界最大 的欧亚大陆板块 的东部 ，是季 风气候最典型、 最强烈的大陆， 由于地形构造与气 象规律的特殊性 ，我国广大地区与世界同纬度地 区相 比， 夏季炎热 ， 冬季寒冷 ， 年温 差大【 2 J 。因此在 引进这一新材料的时候 ，必须对其高温性能重新 评价， 对试验方法、 评价指标进行分析研究。 2 贯 入试验 浇注式沥青混凝土技术在德国较为成熟 ， 贯 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 0 4 作者简介： 邵莉 ( 1 9 8 0 一 ) ， 女 ， 河北衡水人， 工程师， 从事道路 设计工作。 入试验也成为了世界各 国评 价浇注式沥青混凝土 高温稳定性的基本方法 ，所 采用的指标为贯入度 与贯人度增量 。 贯入试验方法【 】 ( 按 照德 国的规范规定 内容 ) 如 下： 在沥青混凝土试件( 尺寸是 1 0 0 m m1 0 0 m m 5 0 m m或者是直径 1 0 0 m m、 高度 5 0 m m) 表面上 安 置一个直径是 2 5 2 c m( 面积是 5 e m ) 的金 属压 头 。压头上的荷载为 5 1 4 8 N， 荷载持续 3 0 mi n后 测定贯人深度 ， 6 0 mi n 后测定贯人度增量 。试验时 试件 的温度是 4 0 C。 根据德 国的规范 ， 贯人深度 的 范围是 16 mm， 贯入度增量要求不大于 0 4 mm。 在一些 国家贯人 试验的试验 条件略有不 同，如匈 牙利 的试验温度是 2 0 C， 而荷载的持续时间为 5 h 。 国内重庆交通科 研设计院在引进浇注式沥青混凝 土之后 ， 开展了一些前期探索性研究。参照德国与 日本 规 范 的规 定 ，提 出试 验 温度 可 以在 4 O 一 一 6 O ， 贯入度标准为 14 mm， 见 图 1 、 图 2 。 图 1 贯入 仪结构 图 可 以看 出， 贯人深 度均在 4 mm 以内 ， 贯 入度 增量 随油石 比的增加逐渐增 大 ；混 合料变形均 随 时间的增加而增大，增长趋势随时间增加和油石 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 4 月第 4 期 城 市道桥 与防洪 科技研究 2 1 1 -1 1 -油石比为8 0 无侧限 油石 比为9 O 无侧限 油石比为8 5 无侧限 -一 油石比为7 5 有侧限 *一 油石比为8 5 有侧限 图 2 贯 入试验 变形 曲线 比的减少而逐渐变缓 ；有侧 限比无侧 限条件 下的 变形和增长趋势要大得多。从有侧限和无侧限的 试 验结果来看 ， 应当采用有侧限贯入试验 ， 它反 映 了材料的受力模式 。贯人试验通过变形值评价 沥 青混凝土的高温抗变形能力， 试验方法简单， 适宜 推广应 用 ，因此在我 国应用浇注式沥青混凝土初 始 阶段 ， 可以参 照德 国规范的规定 ， 采用这一试验 方法及指标评价沥青混凝土，并作为混合料配合 比设计 的基 本控制指标 ，而试验温度可 以根据温 度区域分别规定一定的范围。 3 轮辙试验 国外浇注式沥青混凝土的高温稳定性采用英 国车辙试验进行检测 ，以车辙深度和车辙率作为 评价指标 。国内浇注式 沥青混凝土 的高温稳定性 采用车辙试验方法 进行检测 ，以 6 o c动稳定度不 小于 8 0 0次 m m作为评价指标 。重庆交通科研设 计院 以 4 5 m i n和 6 0 m i n的位移及 6 0 的动稳定 度作为评价指标， 在进行大量试验后发现 ， 动稳定 度离 散性 大 ，数值在 3 0 0 4 0 0 0次 mm之 间变 动。以江阴长江公路大桥桥面浇注式沥青混凝土 的高温稳定性试验结果41 为例， 见表 1 。 表 1 浇注式沥青混凝土高温稳定性试验结果比较 材料特性 施工方案 跟踪试验英国标准中国标准 可以看 出 ， 试验结果达 到了英 国的评价标 准 ， 却没有达到中国高速公路的基本标准。当然， 这与 两国所处的地理位置和具有的气候特征关系密 切， 同时也是由车辙试验这种试验方法所决定的。 车辙试验是一种工程试验方法 ，试验 结果 是工程 指标而不是力学参数 ，因此 目前还不 能用 于理论 计算5 1 。另外 ， 车辙试验结果也受许多因素 ， 如材料 性质 、 沥青用 量 、 混合料 级配 、 试验 温度 以及 路面 组成结构等影响。所以， 组合结构的车辙试验比混 合料车辙试验更能反映实际路面车辙情况。 4 高温下抗压强度 前 苏联 道路联盟在浇注式沥青混凝 土应用研 究结论 中 ，采用两个指标 预估评价其抗变形稳定 性 ： 贯人度 ( 按照德 国方法 ) ， 5 0 C 沥青混凝土抗压 强度。 表 2和图 3所列为该研究单位的试验数据f7 。 表 2 材 料技术指 标 1 浇注式沥青混凝土范围 厂 1 t |t E ， 8 0 8 2 8 5 9o 沥青用量 一 贯入度： Y一密度；P一马歇尔稳定度 ：y 一超声波速 图 3 贯入 度、 密 度、 马歇尔 稳定度和 超声波速 与 沥青用量 的关 系 最终提 出浇注式 沥青混凝 土的物理 一力学特 性基本指标应该满足以下要求 ： 碎石式沥青混凝土 的矿料间隙率不大于2 0 ， 砂粒式的不大于 2 2 ； 体积残留空隙率不大于 2 ；体积含水率不大于 1 ；贯入深度对于碎石式沥青混凝土在 1 4 m m 之间， 对于砂粒式在 3 6 m m之间； 5 0 极限抗压 强度不低于 0 8 M P a 。 一 些国家规定采用抗压强度试验方法，特别 是高温( 5 0 ) 抗压强度 ， 浇注式沥青混凝土允许 值 比碾压沥青混凝土低一些。但抗压强度试验中 r L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 1 2 科技研究 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 3 年4月第 4 期 所记录的破坏荷载极限值经常表现得不够精确。 有些学 者在进行 这方面研究 的时候 ，对 比了 马歇尔稳定度 、 贯入度、 高温抗压强度以及一种无 破损检测 的试验方法之 间的相互关 系。其结论 表 明， 由低的马歇尔稳定度指标( 对应的是高的贯人 度) 和低的密度值所确定的沥青用量是富余的( 与 碾压沥青混凝土而言 ) 。沥青混凝土 当中超声波振 动传播速度的改变很好地符合上述指标与沥青用 量之间的关系。 5 结论与展望 由于浇注式沥青混凝土在德国等国家的应用 较为成熟 ，贯人试验这一方法 已经得到普遍 的认 可 。因此可 以将贯人度与贯人度增量作为浇 注式 沥青混凝土高温稳定性评价的基本指标 ，同时辅 以组合结构 的车辙试验 ，具体 的标准有待 深入 的 研究确定。 浇注式 沥青混凝土的力学性能更 主要 的取决 于胶浆性能， 同时这一材料由于胶浆的粉胶比大 、 沥青粘度大， 因此低温可能变脆进而产生裂缝 ， 这 一 问题前苏联的同行已经予以重视 ，并进行了大 量 的研究 ， 但我 国尚属空 白， 可 以从 流变学 的角度 对胶浆进行研究 ， 考虑高 、 低温性能的综合评价。 在高温方面， 笔者已经进行了初步的探讨， 发现车 辙 因子 G * s i n 8 与粉胶 比呈 良好 的线 性关 系 ， 同 时高粉胶 比延缓 了改性沥青 弹性 的丧失 ，提高 了 其高温稳定性。浇注式沥青胶浆的高、 低温性能还 有待于进一步研究 。 参考文 献 1 】 李洪涛， 黄卫 浇注式沥青混凝土在 日 本桥面铺装上的应用 J 1 华东 公路， 1 9 9 9 ( 3 ) ： 3 9 4 2 【 2 】 香港天文台气象资料 E B O L h t t p ： g b w e a t h e r g o v h k w x i n f o c l i m a t wo r l d c h i wo r l d _c l i ma t _c h t m 【 3 】D I N - T a s c h e n b u c h 7 6 V e r k e h r s w e g e b a u a r b e i t e n V O B S t L B S T L K Z 【 4 江阴长江公路大桥桥面浇注式沥青混凝土铺装研究技术报告【 R】 江苏省长江公路大桥建设指挥部， 东南大学交通学院 2 0 0 0 ， 3 5 【 5 】 沈金安 沥青及沥青混合料路用性能【 M 北京：人 民交通 出版社， 2 0 0 1 6 张力， 陈仕周 钢桥面铺装技术 的研究与发展【 J 公路， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 3 - 6 7 B F e 3 e H I I B e ， H B F O P e i h i e B， A M B O r y c J I a B c K 1 4 ， M B K O P O J I e B n O P e ， J I B r e 3 e I-i I I B et l 且 o P O H h i a c巾 a 1 b T O 6 e T o H J T P a H c Y l o P T ， 1 9 8 5 ， 2 5 2 - 2 6 7 8 】 吕伟民 沥青混合料设计原理与方法 M 】 上海： 同济大学出版社， 2 0 0 1 2 9 9 3 0 5 ( 上接第 2 0 9页) 高限制时， 可以考虑设置补强层。 4 结论 ( 1 ) 各种措施扩展寿命大小差异与接缝弯沉差 有关 。 ( 2 ) 理论对 比表 明， 以防裂贴 +应力 吸收层组 合结构的扩展寿命最大 ，土工布与防裂贴扩展寿 命接近 。 ( 3 ) 不同防反措施扩展寿命随接缝弯沉差 的衰 减速率大小依次为 ： 防裂贴 +应力吸收层 ， 应力吸 收层， 玻纤格栅， 土工布， 直接加铺。 ( 4 ) 建议重载公路水泥混凝土路面尽量不采用 土工布、 防裂贴； 在保证接缝传荷能力为优良前提 下，以应力吸收层及其有关的组合结构作为首选 方案； 对于昼夜温差较大地区， 可采用组合型防反 措施； 不受标高限制时， 可以考虑设置补强层。 参考 文献 1 】 周德云 ， 姚祖康 1 日 水泥混凝土路面上沥青加铺层结构的三维 有限元分析 J 中国公路学报， 1 9 9 0 ， ( 3 ) ： 1 8 - 2 6 2 】 周富杰 ， 孙立军 沥青罩面层荷载应力的三维有 限元分析 J 】 中 国公路学报， 1 9 9 9 ， ( 4 ) ： 1 - 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