砂粒式沥青混凝土的路用性能研究.pdf

June2023年6 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.3第3期（总第2 8 2 期）山西交通科技砂粒式沥青混凝土的路用性能研究丁颢（山西省公路工程监理技术咨询有限公司，山西太原030006)摘要：借助万能材料试验机对砂粒式沥青混凝土进行三点弯曲、间接拉伸、稳定度等动态力学性能研究，分析多因素耦合作用下砂粒式细集料沥青混凝土的路用性能。结果表明：高温高压辐照多因素耦合作用下砂粒式沥青混凝土的稳定度最高可达1 1.8 kN。高温会使砂粒式沥青混凝土的路用性能降低，高压和辐照均可使砂粒式沥青混凝土的路用性能增加，高温高压辐照多因素作用下砂粒式沥青混凝土的路用性能也会增加。砂粒式沥青混凝土可作为沥青路面预防性养护的良好选材，其三点弯曲、间接拉伸、稳定度三者存在一定的关联性。关键词：砂粒式沥青混凝土；多因素耦合；路用性能中图分类号：U414.75文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-35 2 8（2 0 2 3)0 3-0 0 1 3-0 3Study on Road Performance of Sand Asphalt ConcreteDING Hao(Shanxi Provincial Highway Engineering Supervision Technology Consulting Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030006,China)Abstract:With the universal material testing machine,this paper studied dynamic mechanical propertiessuch as three-point bending,indirect drawing,and stability of the sand asphalt concrete,and analyzed theroad performance of the sand fine aggregate asphalt concrete under the action of multi-factor coupling.Theresults showed that the high temperature reduced the road performance of the sand asphalt concrete,whilethe high pressure,irradiation,and the multi-factor of high temperature,high pressure,and irradiationimproved the road performance.The stability of the sand asphalt concrete under the multi-factor coupling ofhigh temperature,high pressure,and irradiation was up to 11.8 kN.Sand asphalt concrete can be used as agood material for the preventive maintenance of asphalt pavement,and there was a certain correlationbetween three-point bending,indirect drawing,and stability.Key words:sand asphalt concrete;multi-factor coupling;road performance0引言砂粒式沥青混凝土是指最大粒径不超过5 mm的沥青混凝土，通常被用作路面坑槽修补、微表处、抗滑磨耗层、薄层罩面等，是一种良好的预防性养护材料。砂粒式沥青混凝土具有良好的黏弹性和抗滑性能，其路用性能的研究是砂粒式沥青混凝土作为路用材料应用的关键 2-3。砂粒式沥青混凝土的路用性能主要包括三点弯曲、间接拉伸、稳定度、残留稳定度和疲劳寿命 4 。砂粒式沥青混凝土作为路面材料应用时，其主要受到动态荷载持续作用，因此，砂粒式沥青混凝土动态路用性能的评价异常重要 5 。三点弯曲和疲劳寿命是沥青路面设计的基本指标，是路面结构验收的基本依据，其重要性不言而喻。砂粒式沥青混凝土的稳定度和残留稳定度是评价其高温稳定性和水稳定性的重要指标，是路用性能评价时必不可少的检测指标 7。对于沥青混凝土的路用性能，国内外学者通常采用万能材料试验机进行砂粒式沥青混凝土路用性能的评价。如葛洲坝集团交通投资有限公司崔培强1 8 等利用万能材料试验机对橡胶沥青透水混凝土的路用性能进行了评价，发现颗粒化橡胶粉的加人会显著增加沥青混合料的浸水稳定度和冻融劈裂强度，使收稿日期：2 0 2 2-1 1-1 6 修回日期：2 0 2 3-0 2-2 1作者简介：丁题（1 9 9 4 一），男，山西岚县人，助理工程师，大学本科，2 0 1 6 年毕业于山西大同大学土木工程专业。142023年第3期山西交通科技路用性能显著提升。中交路桥华南工程有限公司万宁等 9 借助万能材料试验机对聚氨酯/环氧树脂改性沥青混合料路用性能进行了研究，发现聚氨酯/环氧树脂会使沥青混凝土马歇尔动稳定度增加2 6 倍，且会大幅提升沥青混凝土的高温抗车辙性能。虽然目前有大量针对沥青混凝土路用性能的评价研究，但是利用正交试验方法研究多因素耦合作用下砂粒式细集料沥青混凝土的路用性能却鲜有报道砂粒式沥青混凝土的路用性能受温度、压力和辐照等多重因素的影响，因此分析多因素耦合作用下砂粒式细集料沥青混凝土的路用性能具有重要意义，本文利用正交试验方法分析上述因素对路用性能的影响程度，并评价其相关性。1原材料与试验方法1.1原材料试验采用SBS改性沥青，其2 5 针人度为6 8 dmm，软化点5 8，5 延度4 2 cm。集料分别选用花岗岩、辉绿岩、煤研石，其中花岗岩的表观相对密度为2.6512g/cm，辉绿岩的表观相对密度为2.5 4 2 8 g/cm，煤研石的密度为2.7 5 6 2 g/cm。矿粉填料优选石灰石类型。1.2试验方法统一花岗岩、辉绿岩、煤研石3种集料的合成级配，砂粒式沥青混凝土级配具体如图1 所示，油石比选用7.0。采用万能材料试验机测试砂粒式沥青混凝土的三点弯曲和动态模量。采用马歇尔压力机测试砂粒式沥青混凝土的动稳定度和残留稳定度。采用模型箱模拟砂粒式沥青混凝土的高温高压辐照影响，其中温度设定为6 0、压力为2.1 MPa、辐照强度为5 6 W/m。100级配上限90级配中值8070级配下限60谷成级配500.675 0.15 0.30.61.18 2.36.4.759.5筛孔尺寸/mm图1砂粒式沥青混凝土的级配曲线2结果与讨论2.1正交试验设计针对砂粒式沥青混凝土路用性能的主要影响因素进行汇总并择优选取不同集料、温度、压力、辐照强度4个关键因素。因素水平为集料类型（花岗岩、辉绿岩、煤研石）、温度（-1 0,2 5，6 0）、压力（1 MPa，2MPa,2.1MPa）、辐照强度（0 W/m,20W/m,56W/m）。根据试验变量和因素水平采用L（34)正交表，如表1所示。表1砂粒式沥青混凝土路用性能评价L，（3）正交表试验编号集料类型温度/压力/MPa辐照强度/（Wm)1花岗岩-101.002煤研石252.003辉绿岩602.104辉绿岩601.0205花岗岩252.0206煤砰石-102.1207煤研石251.0568辉绿岩-102.0569花岗岩602.156参照正交表进行砂粒式沥青混凝土间接拉伸试验，结果如表2 所示。6 号样品动态模量最大，其次为1号样品，5 号样品动态模量最小，所用试验条件对砂粒式沥青混凝土动态模量的影响最大。表2砂粒式沥青混凝土间接拉伸试验的动态模量单位：MPa试验号动态模量试验号动态模量试验号动态模量1580044.90071400218505112081560321406810092.100借助极差分析评价砂粒式沥青混凝土的动态模量影响因素的主次顺序。由表3可知，不同温度下砂粒式沥青混凝土的动态模量极差最大，为36 0 0 MPa；不同压力和辐照强度下砂粒式沥青混凝土的动态模量极差居中，分别为2 6 0 3MPa和30 2 0 MPa。结果表明：温度、压力和辐照强度对砂粒式沥青混凝土动态模量的影响顺序为：温度 辐照强度 压力表3砂粒式沥青混凝土动态模量极差分析单位：MPa试验编号集料类型温度压力辐照强度一3007515340333 263237832.95015104.70732.867155341131687极差91636002.60330202.2辐照强度对砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度的影响如图2 所示，辐照强度对砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度有显著影响，当辐照强度升高至2 0 W/m时，砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度减小。具体表现为：当辐照强度由0 W/m上升至2 0 W/m时，辉绿岩和煤研石砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度变化不大，而花岗岩砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度变化较大；当辐照强度升高至5 6 W/m时，砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度发现显著变化，这表明砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度具有选择性。由此可知，辐照强度对砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度具有显著影响下转第36 页颢：砂粒式沥土的路用性能研究2023年第3期90008000花岗岩7000辉绿岩6000煤研石50004000300020001000002056辐照强度/（Wm-2）图2砂粒式沥青混凝土的三点弯曲强度2.3高温高压辐照多因素对砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度的影响如表4 一表6 所示，低温和高压均会使花岗岩砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度降低，室温下花岗岩砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度最高。高温对花岗岩砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度影响最严重，室温对花岗岩砂粒式沥青混凝土影响最小。高温会使花岗岩砂粒式沥青混凝土的路用性能降低，高压、辐照均可使花岗岩砂粒式沥青混凝土的路用性能增加。表4-10花岗岩砂粒式沥青混凝土的三点弯曲强度单位：MPa辐照强度花岗岩三点弯曲强度0/(W m2)20/(W m-2)56/(W m-2)1.0MPa575035002.750压2.0MPa2.80038503630强2.1 MPa670041003800表5 2 5 花岗岩砂粒式沥青混凝土的三点弯曲强度单位：MPa辐照强度花岗岩三点弯曲强度0/(Wm-2)20/(Wm-2)56/(W m-2)1.0MPa780049501600压2.0 MPa825055001750强2.1 MPa880057502050表6 6 0 花岗岩砂粒式沥青混凝土的三点弯曲强度单位：MPa辐照强度花岗岩三点弯曲强度0/(Wm2)20/(Wm-2)56/(Wm2)1.0MPa967782725压2.0 MPa1068810751强2.1 MPa11628597652.4砂粒式沥青混凝土间接拉伸和三点弯曲强度对比分析如图3、图4 所示，对比不同温度、辐照作用下砂粒式沥青混凝土间接拉伸和三点弯曲强度结果发现，砂粒式沥青混凝土间接拉伸模量和三点弯曲模量相差不大，高温条件下砂粒式沥青混凝土间接拉伸模量和三点弯曲模量拟合度最好，其次为低温条件下砂粒式沥青混凝土，室温条件下砂粒式沥青混凝土间接拉伸和三点弯曲模量拟合度最差。对比不同辐照下砂粒式沥青混凝土间接拉伸和三点弯曲强度结果发现，高光下砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度更趋近于低压砂粒式沥青混凝土间接拉伸强度，且砂粒式沥青混凝土强度随着压力的增加呈现出下降趋势，但曲线线型较好，拟合度好。结果表明，砂粒式沥青混凝土间接拉伸和三点弯曲强度存在一定的拟合度。12000+0W/m间接拉伸?20W/m间接拉伸10000金5 6 W/m间接拉伸8000￥+5 6 W/m 三点弯曲6000400020000-102560温度/图3不同温度作用下砂粒式沥青混凝土间接拉伸和三点弯曲强度对比7000-1.0MPa间接拉伸2.0MPa间接拉伸60002.1MPa间接拉伸50002.1MPa三点弯曲400030002000100002056辐照强度/（Wm-2）图4不同辐照作用下砂粒式沥青混凝土间接拉伸和三点弯曲强度对比利用数理统计方法T检验对砂粒式沥青混凝土路用性能进行分析，结果如表7 所示。砂粒式沥青混凝土间接拉伸模量和三点弯曲模量T检验的p值均小于0.005,其中三点弯曲的均值、T统计量大于间接拉伸。结果表明，在指定置信区间内，砂粒式沥青混凝土的路用性能存在一定的关联性。表7数理统计结果加载方式均值T统计临界值p值间接拉伸35002.901.200.005三点弯曲42003.201.20 辐照强度 压力。b)低温、高压均会使砂粒式沥青混凝土三点弯曲强度降低，路用性能也降低c）在指定置信区间内，砂粒式沥青混凝土的路用性能存在一定的关联性。参考文献：1】刘惠兵.基于正交试验方法的细集料沥青混合料动态模量研3结语本文以某新建省道项目为研究背景，先从微观和宏观两个层面深人研究了高填方填石路基的沉降机理和影响因素，进而明确了压实施工环节对其施工质量的重要影响；再以高填方填石路基压实施工为研究对象，采用DEA方法中的CCR模型，对满足路基压实施工技术要求的4 项压实工况方案进行了有效性程度比选，通过比较效率评价结果，最终认定方案3为最佳压实工况方案。参考文献：1】张荣.填石路基施工技术与质量控制方法研究D.西安：长安大学，2 0 19.2李盛，田文迪，刘玉龙，等.公路填石路基压实工艺优化方法及效果评价.中南大学学报（自然科学版），2 0 2 1（7）：2 36 0-2371.3刘鑫.粗粒料填筑高路堤稳定性分析及施工关键技术研究D长春：吉林大学，2 0 19.4院陈钊，孙景楠，周子龙，等.基于DEA方法的公路工程施工现场安全管理绩效评价研究J.长沙理工大学学报（自然科学版）,2 0 2 2(1)：10 5-114.5 李秀君，邵欣.基于优化DEA模型对公路养护投资决策的有效性研究J.工程管理学报,2 0 2 0（5：8 1-8 5.究J.山西交通科技，2 0 17（6）：2 2-2 6.2周新星.砂粒式沥青混合料的动态力学及界面粘附性能研究D.武汉：武汉理工大学，2 0 16.3羊明.沥青混合料强度研究D.长沙：长沙理工大学，2 0 0 7.4马翔，倪富健，陈荣生，沥青混合料强度试验及模型预估J.中国公路学报，2 0 0 8，2 1（3）：35-39.5 李强，李国芬，王宏畅.受力模式对沥青混合料强度的影响J建筑材料学报，2 0 14,17（5）：8 16-8 2 2.6赵延庆，韦武举，杨建新.沥青混合料强度季节性变化规律研究J.武汉理工大学学报，2 0 0 8,30（9）：4 3-4 5.7罗桑，钱振东，宗海基于灰关联分析的环氧沥青混合料抗弯拉性能研究J.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2008,32(3):393-396.8崔培强，崔培德，吴少鹏，等.橡胶沥青透水混凝土路用性能及VOCs释放行为研究J.武汉理工大学学报（交通科学与工程版),2 0 2 2(9):1-10.9万宁，贺求生，张帅，等，聚氨酯/环氧树脂改性沥青混合料路用性能研究J.公路交通科技，2 0 2 2，39（9）：9-15.