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集料与级配类型对沥青路面开裂的影响
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集料与级配类型对沥青路面开裂的影响
2022年03月25日    阅读量:20605    新闻来源:袁喜瑞 史进  |  投稿

集料与级配类型对沥青路面开裂的影响 沥青网,sinoasphalt.com

南召县通达公路工程有限公司 河南 南召 474650

摘要:集料性质对沥青路面使用性能的影响显著,碱性集料有利于与沥青粘结。通过收缩系数发现,沥青含量高沥青混合料收缩系数变大,最大公称粒径大的级配类型具有较强的抵抗开裂能力。

关键词:沥青路面;集料;级配;开裂

1  背景

沥青混合料指的是用具有一定黏度和适当用量的沥青材料与一定级配的矿质集料,经过充分拌和形成的混合物沥青网sinoasphalt.com。将这种混合料加以摊铺、碾压成型,即成为各种类型的沥青路面。为保证沥青路面能够长期稳定的发挥作用,应根据各地的气温、车载等情况,采用合理的沥青混合料级配类型,以提高相关性能。级配确定的前提是集料类型需选择正确。目前,碱性石料的磨细矿粉是应用于沥青路面建设的常用填料,与沥青结合从而增强沥青的粘结性能。粗细集料占沥青混合料质量的90%左右,其品质对混合料的路用性能产生显著影响。一般来说,评价矿料品质的指标分为三大类:第一类是物理、力学指标,包括强度、磨光值、磨耗率、密度、吸水率等;第二类是体积指标,包括针片状颗粒含量、棱角性、破碎面等;第三类是工程指标,包括软石含量、粉尘含量、含泥量等??罅系奈锢砹ρе副?、工程指标以及矿物成分指标主要与矿料产地有关,不易改变,而形态特性指标主要受生产机械破碎工艺的影响,可进行有效控制。因此,在明确集料性质的前提下,研究级配对沥青路面使用性能的影响尤为重要。

沥青路面的主要性质包括高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性等。在不同地区,对各性质的要求程度不一。在温度较高的区域,车辙现象发生比较频繁,所以高温稳定性是沥青混合料设计的首要考虑因素;而在温度较低的地区,低温抗裂性能需要予以关注,以避免裂缝的大量产生。本文主要研究级配类型对沥青路面低温开裂的影响及预防措施。

2  沥青混合料低温开裂机理及裂缝形式

位于路面面层的沥青混合料结构层,直接受到气温变化的影响。一方面当温度下降时,沥青混合料就会产生收缩变形。由于沥青路面无收缩缝,这种变形会受到基层对路面的摩阻力和路面无限连续板块体对收缩变形的约束作用,使沥青面层内产生拉应力。另一方面,沥青混合料具有应力松弛性能,当给沥青混凝土一定的应变时,由此产生的应力会随着时间的延长而松弛。在一般温度范围内,由温度降低而产生的拉应力,会由于应力松弛而减小,将不会产生出现裂缝那么大的应力。沥青混合料路面的低温开裂就是温度应力和应力松弛性能之间关系的问题。当沥青混合料的应力松弛能力下降幅度较大,导致材料的抗拉强度小于温度应力,就会导致开裂;当沥青混合料的应力松弛性能下降幅度较小,能够保证材料的抗拉强度大于温度应力,就不会发生开裂。

沥青混合料的低温开裂主要有两种形式:一种是由于气温骤降造成材料低温收缩。当温度骤降时,混合料的应力松弛性能赶不上,温度下降产生的应力超过了材料的极限抗拉强度产生的;另一种形式是低温收缩疲劳裂缝。这是由于在沥青混合料经受长期多次温度循环后,沥青混合料的极限拉伸应变变小,同时沥青的老化使劲度提高,应变松弛性能降低,所以即使当温度应力小于其相应温度原始抗拉强度时也会产生开裂,即温度疲劳裂缝可能会在比一次性降温开裂温度高的温度下开裂。沥青混合料的低温变形能力在很大程度上取决于沥青材料的性质、沥青与矿料的黏结强度、级配类型以及沥青混合料的均匀性。在上述诸多因素中,本文重点阐述矿料级配对沥青混合料低温抗裂性的影响。

3 沥青混合料矿料级配组成

沥青混合料的矿料级配组成设计就是确定矿质混合料中不同粒径的颗粒之间用量比例关系,通常采用不同粒径颗粒的质量比来表示。沥青混合料可以因为矿料的级配不同而形成不同的组成结构,不同结构状况的混合料将会表现出不同的物理—力学性质和功能特征。所以, 集料的级配组成对混合料的组成结构和性能有着较大的影响,甚至起着决定性作用。

沥青混合料按照强度构成特性的不同,划分为三种结构类型:

(1)密实—悬浮结构的沥青混合料。这种沥青混合料的矿料采用连续密级配,即矿料粒径由大到小连续存在。这种矿物混合料含有大量细料,而粗颗粒数量较少,相互间没有接触,不能形成骨架,粗颗粒悬浮于细颗粒之间。

(2)骨架—空隙结构的沥青混合料。这种混合料的矿料采用连续开级配, 矿质混合料级配递减系数较大,粗集料含量较高,细集料很少。这种矿物混合料的粗集料可以相互靠拢形成骨架, 但由于细料数量过少,不足以填充粗集料之间的空隙, 其残余空隙率较大。

(3)密实—骨架结构的沥青混合料。这种混合料的矿料采用间断型密级配矿质混合料。既有一定数量的粗集料形成骨架,又有足够数量的细集料填充骨架空隙。

在这三种结构类型中,骨架—空隙结构主要应用于排水性沥青路面,密实—骨架结构主要是SMA 路面,前一种路面形式由于原材料以及施工工艺等方面要求较高,在我国暂未普及;SMA 路面造价相对较为昂贵,但由于其行车效果良好,逐渐推广。目前,在我国沥青路面主要采用的是密实—悬浮结构,即连续密级配沥青混合料,因此主要研究AC型级配对沥青路面抗裂性的影响。

4  级配改善沥青路面抗裂性能影响

沥青混合料的低温开裂主要由于外部荷载以及环境温度的改变, 导致沥青混合料内部产生的温度应力大于混合料自身抗拉强度造成的。相应的评价低温抗裂性的试验方法包括:低温线收缩系数、低温弯曲蠕变以及约束试件的温度应力试验等,每种试验方法都有其针对性。本次试验采用低温线收缩系数试验方法正是基于收缩性能而制定的。试验步骤按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,结果见表1所示。

表1 沥青混合料低温线收缩系数测试结果

沥青用量/%

级配类型

4

5

6

7

8

AC-5

18.99

21.72

20.47

34.55

50.23

AC-13

12.35

17.51

25.36

41.5

AC-16

6.52

9.17

16.89

通过对AC -5 、AC -10 以及AC -13 三种级配类型沥青混合料性质进行对比分析,得到沥青用量,线收缩系数的变化规律。

(1)三种级配类型的沥青混合料线收缩系数均随着沥青含量的增加而增大。

(2)在沥青含量小于6%时,AC -16 相对于其他两种沥青混合料具有较小的线收缩系数, 从而保证其具有良好的低温抗裂性能。

由此可以发现,为了抵抗沥青路面产生低温开裂沥青含量应该在最佳范围内,低温下沥青含量过大造成沥青脆化,不利于抗裂性能的发挥??罅狭>洞笥欣诘臀驴沽?,这仅仅是从低温性能考虑的,应综合考虑沥青路面其他使用性能,综合确定沥青用量和矿料级配的影响。

5  小结

本文阐述了沥青混合料低温开裂的机理及裂缝形式,采用低温线收缩系数指标,评价沥青路面的低温抗裂性能;通过低温线收缩系数试验,对比了相同沥青用量下,沥青混合料矿料级配与低温线收缩系数之间的关系,确定了三种沥青混合料中,AC-16具有最佳的低温抗裂性。

参考文献

[1]    郝培文,张登良.沥青混合料低温抗裂性能评价[J].西安公路交通大学学报,2000,20(3):1~5.

[2]    郑健龙,周志刚,张起森.沥青路面抗裂设计理论与方法[ M].北京:人民交通出版社,2002 :178~185.


标签:综合论文,施工案例,技术中心,沥青混凝土
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