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CZW抗车辙剂改性沥青混合料配合比设计与性能研究

时间:2023-10-05 10:33:23

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CZW抗车辙剂改性沥青混合料配合比设计与性能研究

0 引言

随着我国国民经济的快速增长,汽车数量的大幅增加,尤其是重载、超载车辆数量快速增长,导致公路达不到设计寿命就发生损坏,部分公路甚至建完初期就出现了车辙等早期病害,加之广东省特有的湿热气候,雨水较多,车辙病害结合水损害严重影响了沥青路面的使用性能及行车安全[1~2]。公路沥青路面比较常见的车辙类型可以分为以下几种[3]:(1)结构性车辙;(2)失稳性车辙或者流动性车辙;(3)磨耗性车辙;(4)压密形变。改善沥青路面早期易出现车辙等问题,除了调整路面结构及原材料等措施以外,通过添加抗车辙剂等高聚合物对沥青混合料进行改性也是常用方法之一[4]。

小说中,基姆多次自问自己是谁——他渴望自由自在,从小便习惯了的生活,但是他所受的教育,以及与人相处时候收到的优厚待遇,又使他常常提醒自己是个“洋大人”。但是,吉卜林在《基姆》中想要传达的并不是反映在自己身上的两种文明的尖锐冲突,而是明确地表达了融合的愿望。小说第八章的篇首诗即为明证:

目前市面上抗车辙剂外加剂种类繁多,对沥青混合料的性能提升效果也是各有不同,针对特殊气候、交通荷载环境的沥青路面的高温抗车辙性能并未取得更有效的提升效果,甚至部分抗车辙剂一味改善混合料的高温抗车辙性能,忽略了混合料的水稳定性、低温抗裂等其他路用性能[5]。因此,针对广东地区在高温重载条件下的沥青路面易出现车辙、推移拥包等早期损坏,尤其是长大陡坡段的路面车辙等病害,本文对比研究了70号普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料和CZW抗车辙剂改性沥青混合料的路用性能。

提高我国路桥施工控制的质量是当下一件十分必要的事情。对于路桥施工技术以及质量的控制是最为有效的措施,更是预防交通事故的基础。对施工质量的严格把控,将更为有效地减少施工质量与其成本的问题。

1 原材料

1.1 沥青

沥青为壳牌(佛山)有限公司生产的70号普通沥青和SBS改性沥青。沥青检测指标见表1和表2。从表中可以得出,70号普通沥青和SBS改性沥青均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-)[6]要求。

铁路项目生产组织一般采取总体组模式,其中总体设计负责人(以下简称总体)是指挥技术队长、专业设计负责人(以下简称专册)开展勘察设计工作的技术总负责人,在项目推进过程中起着关键作用。总体人才队伍建设是铁路勘察设计院人力资源开发与管理的重要内容。

表1 70号沥青检测指标

试验项目规定值测试值针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm60~8060针入度指数PI-1.5~+1.0-1.4615℃延度/cm ≥100>100

续表1

10℃延度/cm ≥1524.2软化点(R&B)/℃≥4647.5闪点/℃≥26033525℃相对密度实测记录1.03560℃动力黏度/(Pa·s)≥180191旋转薄膜加热后残留物质量变化/(%)-0.8~+0.8-0.044残留针入度比/(%)≥6175.010℃残留延度/cm≥66.315℃残留延度/cm实测记录35.9

表2 SBS改性沥青检测指标

试验项目规定值测试值针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm40~6047针入度指数PI≥00.225℃延度/cm ≥软化点(R&B)/℃≥6078135℃运动黏度/(Pa·s)≤32.235闪点/℃ ≥23033825℃弹性恢复/(%)≥759425℃相对密度实测记录1.033储存稳定性离析,48h软化点差/℃≤2.50.5旋转薄膜加热后残留物质量变化/(%)-1.0~+1.0-0.027残留针入度比/(%)≥65775℃残留延度/cm≥1515

1.2 集料

采用廖坑石场生产的粗集料,集料规格分别为S9(10~20mm)、S12(5~10mm)、S14(3~5mm)碎石;细集料采用廖坑石场生产的S16(0~3mm)石屑。粗、细集料的密度和筛分详见表3和表4。

表3 粗、细集料密度试验结果

原料规格10~20mm碎石5~10mm碎石3~5mm碎石0~3mm石屑矿粉表观相对密度2.7132.7032.7032.6892.770毛体积相对密度2.6512.6302.6232.609-

表4 粗、细集料筛分试验结果

集料规格/mm通过下列筛孔(mm)的质量百分率/(%)26.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.07510~095.472.343.72.50.50.50.50.50.50.50.55~1010010010010088.98.21.50.20.20.20.20.23~510010010010010088.913.55.30.50.50.50.50~310010010010010010088.560.840.926.017.05.5矿粉10010010010010010010010010010098.691.0

1.3 填料

填料采用从化吕田矿粉,密度和筛分试验结果见表3和表4。

1.4 抗车辙剂

抗车辙剂采用CZW抗车辙剂,掺量为70号普通沥青混合料质量的0.4%。

2 沥青混合料配合比设计

2.1 矿料级配设计

本文采用马歇尔设计方法设计CZW抗车辙剂改性沥青混合料配合比时,重点考虑沥青混合料的抗高温、抗水损害等性能,在广东省特有的气候、交通特征基础上,结合已有经验,选取最优方案。矿料筛分及合成级配见表5。

皖河流域位于安徽省西南部,安庆市中部,大别山脉南坡与长江干流之间。经纬度是东经115°45′~117°02′,北纬30°03′~31°01′。流域跨岳西、潜山、太湖、怀宁、望江、宿松等6县及安庆市区和皖河农场。西以黄梅尖、三面尖与湖北省分界;北以多枝尖、公界尖等与淮河流域分界;西南临华阳河流域;东北临菜子湖流域;东南滨临长江。流域面积6 441 km2,如图1所示。

表5 GAC-20沥青混合料矿料筛分及合成级配

筛孔尺寸/mm原材料级配通过百分率/(%)10~20mm5~10mm3~5mm0~3mm矿粉合成级配/(%)26.5100.0100.0100.0100.0100.0100.01995.4100.0100.0100.0100.097.91672.3100.0100.0100.0100.087.313.243.7100.0100.0100.0100.074.19.52.588.9100.0100.0100.052.84.750.58.288.9100.0100.034.42.360.51.513.588.5100.026.51.180.50.25.360.8100.019.30.60.50.20.540.9100.014.40.30.50.20.526100.010.90.150.50.20.51798.68.70.0750.50.20.55.591.05.7掺配比例/(%)46.021.05.023.54.5-

2.2 马歇尔试验结果

CZW抗车辙剂改性沥青混合料成型温度按照改性沥青混合料规范成型温度,不同油石比下,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的马歇尔试验结果如表6所示。

表6 CZW抗车辙剂改性沥青混合料马歇尔试验结果

沥青用量/(%)车辙剂/(%)理论最大相对密度毛体积相对密度空隙率/(%)矿料间隙率/(%)沥青饱和度/(%)稳定度/kN流值/0.1mm3.350.42.5332.3238.315.345.910.8823.13.810.42.5162.3666.014.257.911.5724.74.270.42.4982.3934.213.669.011.6225.04.720.42.4822.4013.313.776.211.4725.15.170.42.4652.3972.714.380.711.3026.1

2.3 沥青最佳用量

由表6中的沥青用量与各项马歇尔指标的关系可得曲线,如图1所示。

重庆江津至习水高速公路笋溪河特大桥作为渝南地区新的对外通道中的关键控制性工程之一,其桥梁跨越了笋溪河,桥梁全长约为1578m,承台14座,设置承台的墩7个,主塔塔座2座,承台采用C20混凝土作为土垫层,厚度为20cm。习水岸主塔的桥墩承台尺寸为22.4m×20m×6m,主引桥的承台尺寸为13m×12m×4m,除了主桥与主引桥之外,引桥承台有4个墩,一个桥墩承台尺寸为12.74m×10.2m×2m,一个为7.7m×7.7m×3m,两个为8.2m×8.2m×3m。塔座与承台都属于大体积混凝土。

图1 GAC-20抗车辙剂改性沥青混合料配合比确定沥青用量

根据曲线图可知,密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(4.3%)以及饱和度范围中值对应的沥青用量分别为a1=4.72%、a2=4.10%、a3=4.20%、a4=4.30%。

其中,OACmin=4.10%,OACmax=4.60%;

OAC1=(a1+ a2+a3+a4)/4=4.33%;

OAC2=(OACmin+OACmax)/2=(4.10%+4.60%)/2=4.35%;

OAC=(OAC1+OAC2)/2=(4.33%+4.35%)/2=4.34%;

即最佳沥青含量为4.34%,最佳油石比为4.54%,取整为4.5%。

现如今装电话都不要钱,还送手机送话费,尤其是这五年,手机的普及面太大,几乎人人都要。轻轻一按手机,不仅连通四面八方、五湖四海,而且还能上网、拍照、听音乐、看电视、刷微博、抢微信红包和购物支付等等,手机的功能太多,实在是太方便了。□

2.4 最佳油石比马歇尔试验结果

最佳油石比4.5%下马歇尔试验结果见表7。由表7可见,设计制备的CZW抗车辙剂改性沥青混合料马歇尔各项指标均满足规范要求。

表7 最佳油石比马歇尔试验结果

混合料类型最佳油石比/(%)空隙率/(%)矿料间隙率/(%)沥青饱和度/(%)稳定度/kN流值/0.1mmCZW抗车辙剂改性沥青混合料4.54.213.768.911.6225.0

3 性能对比试验

3.1 高温稳定性

相关规范规定,沥青混合料高温性能采用车辙试验进行检验评价,车辙试验评价指标为动稳定度[7]。但由于全国不同地区气候及交通荷载差别很大,尤其广东地处湿热地区,夏季路面温度高达70℃以上,越来越多的重型车轮胎接地压强高达0.9MPa以上,仅仅采用规范中车辙试验条件(压强0.7MPa,温度60℃)并不能全面判定当地沥青混合料的抗车辙性能。为更有效地评价广东湿热重载地区沥青混合料的高温抗车辙性能,在规范车辙试验条件下,增加另外两种试验条件:浸水车辙试验(0.7MPa,60℃)和高温重载车辙试验(0.9MPa,70℃)。车辙试验结果见表8。

表8 车辙试验结果

混合料类型动稳定度/(次/mm)规范车辙试验(0.7MPa,60℃)单值平均值浸水车辙试验(0.7MPa,60℃)单值平均值高温重载车辙试验(0.9MPa,70℃)单值平均值70号普通沥青混合料2 1582 0932 2422 1641 3181 4131 3731 368281245317281SBS改性沥青混合料13 69612 35313 12513 05812 11513 12512 60012 6132 9862 8642 9442 931CZW抗车辙剂改性沥青混合料12 60012 85713 40412 9549 54510 32810 0009 9583 8653 6424 0383 848

由表8可以看出,在规范车辙试验条件下,70号普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料和CZW抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度均符合规范要求,且CZW抗车辙剂改性沥青混合料车辙试验动稳定度符合《沥青混合料改性添加剂 第1部分:抗车辙剂》(JT/T 860.1-)技术要求(0.3%抗车辙剂掺量≥6 000次/mm)[8];在浸水车辙试验条件下,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的车辙试验动稳定度符合JT/T 860.1-技术要求(≥6 000次/mm);在高温重载车辙试验条件下,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的车辙试验动稳定度达3 848次/mm,接近JT/T 860.1-技术要求(≥4 500次/mm)。

三种沥青混合料在不同车辙试验条件下的动稳定度差别较大,在规范车辙试验条件下,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的动稳定度是70号普通沥青混合料的6倍,与SBS改性沥青混合料相当;在浸水车辙试验条件下,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的动稳定度是70号普通沥青混合料的7.3倍,是SBS改性沥青混合料的0.8倍;在高温重载车辙试验条件下,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的动稳定度是70号普通沥青混合料的13倍,是SBS改性沥青混合料的1.3倍。

综合而言,在高温抗车辙性能上,CZW抗车辙剂改性沥青混合料>SBS改性沥青混合料>70号普通沥青混合料。

3.2 水稳定性

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对沥青混合料的抗水稳定性能进行评价研究[9]。其中浸水马歇尔试验评价指标为残留稳定度=浸水48h稳定度/浸水0.5h稳定度×100%;冻融劈裂试验评价指标为残留强度比=冻融循环后劈裂抗拉强度/未冻融循环劈裂抗拉强度×100%。结果分别见表9和表10。

由表9和表10可知,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的残留稳定度、残留强度比分别为94.5%、88.8%,均满足规范要求,与70号普通沥青混合料和SBS改性沥青混合料水稳定性能相当。

表9 浸水马歇尔残留稳定度试验结果

混合料类型浸水时间稳定度/kN残留稳定度/(%)70号普通沥青混合料0.5h10.2148h9.6794.7SBS改性沥青混合料0.5h14.3348h13.4193.6CZW抗车辙剂改性沥青混合料0.5h11.6248h10.9894.5

表10 冻融劈裂试验结果

混合料类型试验条件劈裂抗拉强度/MPa残留强度比/(%)70号普通沥青混合料未冻融0.94冻融0.8489.3SBS改性沥青混合料未冻融1.30冻融1.1891.1CZW抗车辙剂改性沥青混合料未冻融1.45冻融1.2988.8

4 结论

(1)浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果表明,CZW抗车辙剂改性沥青混合料具有良好的水稳定性,残留稳定度、残留强度比分别为94.5%、88.8%,与SBS改性沥青混合料水稳定性能相当。

日本殖民时期自1942年开始,到1945年结束,其间荷兰语被禁止使用。日本殖民者企图让日语成为行政语言,甚至成为法定官方语言。但由于日本殖民时间很短,而掌握日语的印尼人又很少,结果印尼语反而快速地变成行政、教育和媒体通用语言。在荷兰殖民末期已有很多高校的课本翻译成印尼语。日本殖民时期,因很少有人能用日语交流,印尼语得以快速传播、广泛使用。

(2)车辙试验结果表明,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的高温性能较好,添加CZW抗车辙剂可大幅提高70号普通沥青混合料的高温稳定性能,与SBS改性沥青混合料的高温稳定性能相当。尤其在高温重载条件下,CZW抗车辙剂改性沥青混合料的动稳定度是70号普通沥青混合料的13倍;是SBS改性沥青混合料的1.3倍。

(3)CZW抗车辙剂改性沥青混合料路用性能良好,尤其适用于高温多雨、重载交通等特殊地区,具有较好的推广应用价值。

参考文献:

[1]沈金安,李福普,陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M]. 北京:人民交通出版社,.

[2]冯志刚.重载交通混合式基层沥青路面超高温性能研究[D].济南:山东大学,.

[3]戴佑才,王辉.抗车辙剂沥青混合料的高温性能研究[J].中外公路,,32(3):325-328.

[4]谢照林,覃杨.掺抗车辙剂沥青混合料性能试验研究[J].公路,(11):201-203.

[5]朱止波,王捷,杨云东,等.掺入抗车辙剂的沥青混合料高温性能研究[J].公路,(4):19-21.

[6]公路沥青路面施工技术规范JTG F40-[S].北京:人民交通出版社,.

[7]马强,王选仓.不同中面层沥青混合料抗车辙性能研究[J].广东公路交通,(1):4-6.

[8]沥青混合料改性添加剂 第1部分:抗车辙剂JT/T 860.1-[S].北京:人民交通出版社,.

[9]石蕾.沥青混合料水损害性能浸水车辙试验方法研究及其水损害性能评估[D].重庆:重庆交通大学,.

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