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粗集料性能對排水性瀝青混合料性能的影響分析
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粗集料性能對排水性瀝青混合料性能的影響分析
2022年05月23日    閱讀量:25364    新聞來源:《道路工程》2020年第2期  |  投稿

摘 要


排水性瀝青混合料作為一種集料嵌鎖的混合料,其中的粗集料占比達到80%以上。骨料的性質、形狀(尤其是針片狀含量)會對混合料的性能產生很大影響。因此,通過室內試驗,對粗集料性能及其與排水性瀝青混合料強度、結構穩定性、滲水能力和抗滑性能的相關性進行分析,結果表明粗集料的壓碎值和針片狀含量對排水性瀝青混合料的性能影響顯著瀝青網sinoasphalt.com。壓碎值越大,動穩定度越小,抗車轍能力越差,抗飛散能力越差;針片狀含量越低,抗壓強度和抗劈裂強度越大,滲水能力和抗滑能力越強。因此必須選擇高強度、優質的粗集料以滿足排水性瀝青混合料強度、穩定性、滲水能力、抗滑性能的要求。


關鍵詞 

粗集料 | 排水性 | 強度 | 穩定性 | 滲水能力 | 抗滑性能


前言


隨著我國交通強國建設目標的提出,加強交通運輸行業生態環境保護,進行綠色交通基礎設施建設也不斷被強化和促進。排水性瀝青路面作為一種生態、環保型路面,具有抗滑性能高、噪聲低、抑制水霧、防止水漂、減輕眩光等特征,已經成為未來我國道路工程革新、提升道路安全功能和服務品質的主要技術趨勢之一。排水性瀝青路面使用先進的“體內排水”,采用類似“沙琪瑪”的多孔結構,使水從路面體內排走,而不是從路面上流過。因此,即使是雨天,路面也是“干燥”的,行車的安全性和舒適性得到極大提高。


排水性瀝青混合料作為一種集料嵌鎖的混合料,其中的粗集料占比達到80%以上。與常規密級配瀝青混凝土相比,由于石石接觸,接觸點間的應力大幅提高。因此,骨料的性質、形狀(尤其是針片狀含量)會對混合料的性能產生很大影響,必須選擇高強度、優質的粗集料以滿足排水性瀝青混合料強度、穩定性、滲水能力、抗滑性能的要求。


粗集料性能


筆者所屬的科研團隊采用玄武巖和石灰巖作為排水性瀝青混合料中的集料,根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG E40-2004)和《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2005)對試驗所用集料進行了主要指標測試,如表1所示。

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根據粗集料形狀指標(針片狀含量)和力學性能指標(軟弱顆粒、洛杉磯磨耗損失、石料壓碎值、堅固性、磨光值)可知,對于公稱最大粒徑而言,石灰巖針片狀含量高于玄武巖,而大量的研究已經表明,針片狀含量越高,集料越容易破碎,對應的力學性能越差,因此石灰巖集料較為脆弱,玄武巖集料巖性較為堅硬。對于大孔隙排水性瀝青混合料而言,由于石石嵌擠結構,粗集料在其中起到充當骨架的作用,力學性能尤為重要。


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粗集料性能對排水性瀝青混合料性能的影響


粗集料性能對混合料強度的影響


集料性能對混合料強度的影響主要體現在抗車轍、抗壓和抗劈裂能力上。三者分別體現了混合料抵抗表面經反復輪碾、抗壓縮和抗剪切的能力,對混合料強度產生影響的集料性能主要是粗集料自身強度和外形特征,即壓碎值和針片狀含量。粗集料作為排水性瀝青混合料石-石嵌擠結構中的主要承載體系,若顆粒形狀差,則在施工和使用過程中易發生破碎,導致壓碎值高,級配發生變化,產生新的無瀝青膜的斷裂面,從而使得混合料局部強度下降,容易變形。石灰巖和玄武巖排水性瀝青混合料性能與粗集料性能關系見圖3。

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圖3顯示,石灰巖粗集料的壓碎值高出玄武巖9.4%,針片狀微小于玄武巖,對應的排水性瀝青混合料的動穩定度小于玄武巖,抗壓強度和抗劈裂強度微大于玄武巖??芍?,壓碎值對排水性瀝青混合料的動穩定度起到主導作用,強度不足的石灰巖粗集料無法在混合料中承載反復碾壓的壓力,動穩定度小于玄武巖;而針片狀顯著影響抗壓強度和劈裂強度,這是因為對于抗壓強度試驗和劈裂強度試驗使用的試件為圓柱形馬歇爾試件,當試件圓柱體上表面受壓和側面受壓時,混合料內部受到壓應力、拉應力和剪應力的綜合作用,其變形程度和粗集料與瀝青的粘附力密切相關,對于針片狀數量小的石灰巖,既可以和瀝青良好地粘附,又可以更好地形成形狀良好的嵌擠結構,更能抵抗壓力和剪力。


粗集料性能對結構穩定性的影響


粗集料對于混合料結構穩定性的影響,主要體現在自身強度和形狀對抗松散性能上。由于排水性瀝青混合料的大孔隙特征,水侵入瀝青和礦料的界面,降低了二者之間的粘附作用。同時,本身在施工碾壓和行車過程中因為受力而導致石-石和油-石之間粘附強度和約束力不足以抵抗所承受的應力而斷裂,從而導致集料顆粒飛散。

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圖4顯示,石灰巖排水性瀝青混合料飛散損失大于玄武巖,集料壓碎值大于玄武巖,針片狀略小于玄武巖。由此可知,石灰巖較軟的巖性導致混合料強度不高,在施工過程中碾壓時容易破碎,在路面使用過程中,車輪碾壓易帶走破碎的顆粒,使得飛散現象較為明顯。


粗集料性能對滲水能力的影響


粗集料針片狀含量對排水性瀝青路面的滲水能力有較大的影響。顆粒形狀作為一項加工特性,受石料加工工藝水平影響巨大。扁平和細長的顆粒容易架橋,導致孔隙被填充,有效孔隙減少,連通孔隙率降低。同時,針片狀顆粒相對于接近正方體顆粒而言受力后更易破碎,由此產生的顆粒甚至粉塵,進一步堵塞孔隙,從而使得滲水能力降低。

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圖5顯示,石灰巖排水性瀝青混合料滲水系數大于玄武巖,石灰巖粗集料的針片狀含量小于玄武巖。由此可知,玄武巖較高含量的針片狀顆粒顯著影響了混合料滲水能力,在瀝青混合料攪拌、成型過程中,針片狀顆粒被壓碎,形成小顆?;蛘叻蹓m,影響了混合料內部連通孔隙率,使得滲水能力下降。


粗集料性能對抗滑能力的影響


粗集料針片狀含量對排水性瀝青路面的摩擦能力的影響,主要體現為對摩擦系數和構造深度的影響。表面微觀紋理和宏觀紋理較好的粗集料,表面粗糙、形狀良好、分布均勻,使得表面構造深度大,在降雨情況下可以有效排水,從而保證摩擦系數不降低。

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圖6顯示,石灰巖排水性瀝青混合料的摩擦系數和構造深度均大于玄武巖,石灰巖針片狀含量低于玄武巖。由此可知,石灰巖針片狀顆粒少,形狀良好,與瀝青粘附性好,可以在混合料整體中分布均勻,從而使得表面構造深度大,連通空隙率得到保證,在路表面存在積水時能有效、快速排水,從而使得摩擦系數不降低。


結論


(1)粗集料的壓碎值顯著影響排水性瀝青混合料的抗車轍能力。壓碎值越大,動穩定度越小,抗車轍能力越差。粗集料的針片狀含量顯著影響排水性瀝青混合料抗壓強度和抗劈裂強度,針片狀含量越低,抗壓強度和抗劈裂強度越大。

(2)粗集料的壓碎值和針片狀綜合影響排水性瀝青混合料結構穩定性,影響抗飛散能力,其中壓碎值占主要影響地位,壓碎值越大,抗飛散能力越差。

(3)粗集料的針片狀含量影響排水性瀝青混合料滲水能力,針片狀含量越小,滲水系數越大,滲水能力越強。

(4)粗集料的針片狀含量影響排水性瀝青混合料抗滑能力,針片狀含量越小,構造深度和摩擦系數越大,抗滑能力越強。

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標簽:綜合論文,施工案例,技術中心,瀝青混凝土
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