贝雷法和CAVF法在AK-13A和SMA-13的混合料级配设计中的应用

传统的沥青混合料配合比设计时,通过粗、中、细3种级配试配,然后再进行马歇尔试件的击实,分析体积指标确定级配、油石比,过程复杂,试验人为误差较大,耗时,耗力。通过贝雷法的粗集料选取密度,CAVF法计算粗细集料比例及油石比,对AK-13A和SMA-13的级配和油石比进行优化,并运用贝雷法3个比例参数CA比、FAc比、FAf比对优化后的级配的骨架嵌挤情况进行判别,以评价优化后的级配是否符合贝雷法3个比例参数的要求,旨在严格控制沥青砂浆体积与粗集料间隙率之间的关系,使沥青混合料的骨架嵌挤效果更好,性能更稳定。研究过程中采用GTM方法成型试件,用马歇尔方法进行沥青混合料路用性能验证。结果表明,粗集料的设计密度位于松装密度及干捣实密度之间时可以达到嵌挤状态,对于一般的密级配沥青混合料如AK-13A,粗集料的设计密度选择松装密度,对于SMA选用干捣实密度。采用改进的CAVF法计算粗细集料的比例并优化级配,通过计算得到的油石比与最终实际采用的油石比基本一致。粗型密级配AK-13A混合料的3参数符合贝雷法范围,形成一种嵌挤密实结构;SMA的3参数都不在贝雷法的范围内,其形成的骨架密实结构是独有的。SMA-13的粉胶比较AK-13A大,同时沥青膜厚度小于AK-13A,但2种混合料路用性能经实践证明都是良好的。     

SMA-13沥青路面配合比优化设计

为改善SMA-13沥青混合料的路用性能,依托仁博高速公路上面层试验段,考虑广东省的气候及交通条件,结合实际施工的合理性,通过材料优选、配比优化及性能验证,确定了上面层SMA-13最佳级配及最佳沥青用量,采用车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、浸水飞散试验及低温弯曲试验综合评价混合料的路用性能。结果表明:采用广东本地的辉绿岩作为粗集料,通过级配优化,当油石比为6.2%时,SMA-13沥青混合料的路用性能大幅提高。     

经济型SMA沥青混合料级配优化与路用性能研究

对石灰岩集料的经济型SMA沥青混合料开展矿料级配优化工作,首先根据逐级填充理论和粒子干涉理论确定粗集料最佳组成,以等体积替代方法试验得出细集料各含量最佳组成;然后通过分析粗、细集料含量与路用性能的关系,确定经济型SMA沥青混合料的最佳矿料级配;最后对经济型SMA路用性能与不同集料、级配混合料做了对比分析。结果表明:石灰岩集料级配优化后的经济型SMA混合料的高温性能与玄武岩集料SMA沥青混合料相当,低温性能与水稳定性优于玄武岩集料SMA沥青混合料。     

沥青种类对SMA-13级配的影响

为了研究不同沥青种类对SMA-13级配的影响,进行了武云高速复合改性橡胶沥青AR-SMA-13和中州大道整治工程SBS-SMA-13的级配、油石比、粗集料的骨架分界筛孔、粉胶比、沥青膜厚度及混合料路用性能等的对比研究。研究过程中采用贝雷法对两种沥青混合料的级配嵌挤效果进行了分析。由于复合改性橡胶沥青和SBS改性沥青的化学成分差异较大,其运动黏度和延度均差异较大。试验得出,AR-SMA-13中2.36~4.75 mm之间的碎石含量接近12%,是传统间断级配的2倍,路用性能仍然较好;AR-SMA-13中0.075 mm筛孔的通过率仅为6%,与SBS-SMA-13中0.075 mm通过率8%~12%形成显著区别;SMA-13骨架分界筛孔选择4.75 mm还是2.36 mm,对混合料的骨架嵌挤的判断是不同的,结果表明,传统间断级配理论关于SMA-13级配中2.36~4.75 mm间断是不必要的;SMA-13骨架分界筛孔建议选择2.36 mm。虽然复合改性橡胶沥青5℃延度远小于SBS I-D,但AR-SMA-13也具有较好的抗低温变形能力,低温弯曲应变与SBS-SMA-13混合料相比,差异不大;复合改性橡胶沥青运动黏度与SBS I-D改性沥青相比差异非常大,但两种级配的混合料都具有较好的抗车辙性能,SBSSMA-13比AR-SMA-13的动稳定度仅低12%,其混合料高温性能的差异远没有沥青运动黏度之间的差异大。当沥青性能差异较大时,沥青混合料的设计指标应做出适当调整,以保证沥青混合料能够具有良好的路用性能。     

纤维对钢渣SMA-13混合料性能的影响分析

纤维作为SMA混合料的稳定剂,对混合料的性能有重要的影响,沥青混合料中纤维的加入能够提高混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性等性能。本次研究在钢渣SMA-13混合料中掺加玄武岩短切纤维和颗粒状木质素纤维,通过浸水马歇尔试验、车辙试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验等来分析不同纤维对钢渣SMA-13混合料性能的影响。试验结果可供钢渣SMA-13混合料在选用纤维时作重要的参考。     

基于贝雷法的SMA配合比设计及路用性能研究

对于SMA混合料,准确地设计矿料级配非常必要.因为其路用性能,尤其是抗车辙能力,主要归功于混合料中粗集料所形成的石-石嵌挤结构.该文论述了一种基于贝雷法的SMA配合比设计过程,研究了16种不同的沥青混合料,包括6个矿料级配和3个沥青用量.通过对成型试件的体积参数进行分析,发现粗集料用量对VCA和VMA两个指标影响较大.当粗集料的设计密度为干捣实密度的95%～105%时,粗集料可以形成很好的石-石嵌挤结构.试验结果表明,SMA混合料具有较好的抗车辙能力;同时车辙试验的动稳定度和蠕变试验的变形应变之间存在密切的联系.     

掺钢渣胶粉改性沥青混合料制备及性能研究

为研究内蒙古地区掺钢渣改性沥青混合料的路用性能,首先测试了包钢产钢渣、玄武岩、石灰岩的理化特性,确定钢渣替代天然集料作为沥青混合料骨料的可行性;然后设计由三种岩性粗集料为骨料、相同细集料、相同填料组成的同一矿料合成级配,利用马歇尔击实试验测试体积参数,得到两种改性沥青(胶粉、SBS)和三种岩性粗集料沥青混合料的最佳油石比;最后对不同岩性的两种改性沥青混合料的高温车辙、低温抗裂及水稳性能进行测试。研究结果表明:钢渣基本理化性能指标与天然集料基本相当甚至在某些方面优于天然集料;钢渣的添加提高了沥青混合料的油石比,掺钢渣胶粉改性沥青混合料的油石比较普通岩性胶粉改性沥青混合料油石比大,但是其强度较高,进一步说明钢渣是良好的沥青路面筑路材料;由于钢渣的掺入,胶粉改性沥青混合料路用性能普遍提高,且更具有经济环保性。     

SMA-13沥青混合料在湿热地区高速公路路面中的应用

SMA-13沥青混合料属于间断级配混合料,加之纤维的均匀分布,使其具有良好的抗滑性能和抗高温性能。结合某高速公路建设项目变更设计实例,确定SMA-13沥青混合料的5种配比,通过室内试验验证其性能,对比分析了不同级配和油石比对SMA-13路用效果的影响。结果表明:在级配范围内设计的5种级配的混合料性能均能满足规范和设计要求,5种路面的铺面整体均匀。从试验路芯样来看,方案5的级配最佳。SMA-13路面平整度、构造深度、渗水抗滑等性能优异。     

细粒式SMA-5级配组成设计研究

针对目前规范中缺少细粒式SMA-5的级配设计,分别以2.36 mm和1.18 mm作为粗细集料分界筛孔,分析了SMA-5的体积指标参数特性;通过体积指标特性分析和路用性能试验,确定了SMA-5级配的粗细集料控制筛孔及通过率;结果证明马歇尔稳定度与流值不适合作为SMA配合比设计的关键控制指标,矿料间隙率VMA及VCAmix受级配变化的影响大于受沥青用量的影响,VCADRC值随着级配的增粗略微增大,试验用混合料级配对压实功的变化不敏感,采用双面击实75次的击实标准可行,推荐以2.36 mm作为SMA-5粗细集料的分界筛孔,通过率宜控制在28%~40%范围之内。     

鳞片状石墨对SMA混合料设计参数的影响研究

以沥青混合料空隙率(VV),矿料间隙率(VMA),沥青饱和度(VFA),混合料粗集料间隙率(VCA_(mix))等体积参数和马歇尔稳定度(MS)、流值(FL)等强度参数作为混合料配合比设计的关键控制指标,设计由玄武岩粗集料、石灰岩细集料、石灰岩矿粉、SBS改性沥青和纤维稳定剂组成的SMA-13混合料。按10%、20%、30%和40%比例将设计级配中的矿粉替换为等体积鳞片状石墨,测定不同石墨掺量时混合料的体积和强度参数,分析鳞片状石墨对设计参数的影响及相关机理。试验结果表明:石墨会增加混合料的压实难度,并对骨架嵌锁结构存在不利影响;随着石墨掺量提高,SMA混合料体积参数偏离设计要求,强度和抗变形性能也呈现加速下降趋势;增加混合料油石比仅能部分消除石墨对SMA体积参数和集料骨架结构的不利影响,因此对于含石墨的SMA混合料,除应适当提高设计油石比,也应控制石墨取代率不超过20%～30%。     

基于X-ray CT和离散元法级配离析对沥青混合料骨架结构力学性能的影响

为从细观角度探究分析级配离析对沥青混合料骨架结构力学性能的影响,基于X-ray CT断层图像扫描技术和离散元法建立三维混合料骨架模型,对不同级配离析情况下的混合料骨架内部受力情况、抵抗荷载性能、应力传递性能等方面进行了对比和研究。结果表明:提出了利用X-ray CT断层图像扫描技术构建更接近于真实形态的集料颗粒模型的方法;骨架结构中较粗集料承受了主要的外力荷载作用;以典型的SMA-16级配为例,4.75~9.5 mm档集料是构成该级配集料骨架的关键粒径;骨架结构中细集料的增多有助于提高骨架的抗压强度,发生粗集料离析时,抗压强度将随着离析程度的加剧而显著地降低;不同的级配离析状态对混合料骨架结构的竖向与横向应力传递性能产生不同影响,其中细集料离析对应力传递性能的影响更大。     

级配离析对SMA-13混合料性能影响研究

采用室内模拟方法研究级配离析对SMA-13混合料性能的影响,分别对离析级配混合料的体积指标及路用性能进行测定,找出符合设计要求的级配范围,为现场施工质量提供控制范围。研究结果表明,采用沥青有效油膜厚度相等的原则设计级配离析更贴近现场实际情况;SMA-13可调整范围为细集料减小1%或增加4%;SMA-13轻度离析后,水稳定性有所提高,但抗车辙性能有所下降,且细集料增加的下降速度高于粗集料增加的情况。     

SMA高温稳定性研究

为了研究沥青玛蹄脂碎石(SMA)高温稳定性的影响因素,以车辙试验结果为判据,对不同粗集料含量、粗集料级配、沥青种类、混合料密度、粉油比的SMA混合料进行了高温稳定性系统研究,对采用旋转试验机(GTM)优化设计的SMA的抗车辙性能作了全面对比,对AC和AK系列混合料也做了车辙性能对比。研究表明:粉油比、沥青性质对SMA抗车辙能力的影响比级配更显著;GTM设计的SMA较马歇尔方法具有更为优良的抗车辙性能;恰能形成骨架密实结构的SMA具有最优的高温稳定性;GTM设计的AK 16A较SMA更具优势。     

粗集料对排水沥青混合料性能的影响

排水沥青混合料为骨架空隙结构,其粗集料的骨架结构对排水沥青混合料的稳定性和耐久性至关重要。为了研究粗集料类型对排水沥青混合料体积特性的影响,选择3种岩性的粗集料(S10、S12),1种TPS改性沥青,通过粗集料骨架间隙率VCA、马歇尔试验、车辙试验、间接拉伸试验、冻融劈裂试验,分析了3种不同粗集料对VCA、满足排水沥青混合料设计空隙率20%时各矿料级配组成的影响,结果表明,为满足排水沥青混合料的骨架结构和高温、低温、水稳定性能要求,2种粗集料S10和S12的相对用量比例应在40∶60~50∶50之间。     

不同因素对沥青混合料抗滑能力的影响

研究了集料岩性、级配类型与粗细程度以及荷载大小三因素对沥青混合料抗滑性能的影响。集料岩性不同,沥青混合料抗滑性能衰变趋势虽相同,但抗滑能力不同;岩性相同的集料,地理区域、岩层层位、地质构造以及造岩矿物种类与含量等的差异均会引起沥青混合料抗滑性能的差异性。SMA型沥青混合料抗滑性能优于AC型,且级配越粗,沥青混合料的抗滑性能越好。加载荷重越大,沥青混合料的抗滑性能衰减越快。为保证沥青混合料获得适宜的长期抗滑性能,轻交通下,可以选用AC粗型级配;中交通下,优先选用SMA级配;重交通下,应选用SMA粗型级配以及抗滑性能优异的集料。     

基于GTM法钢渣沥青混合料矿料级配与性能研究

在分析钢渣集料工程特性的基础上,对不同级配的AC-13细粒式钢渣沥青混合料分别采用GTM法确定其最佳油石比与体积参数,并对其性能进行对比分析,优化得出骨架嵌挤密实型钢渣沥青混合料的矿料级配组成,然后对优化的混合料性能开展系统研究。试验结果表明,与石灰岩沥青混合料相比,骨架嵌挤密实型钢渣沥青混合料膨胀性、高温稳定性及水稳定性更优,具有良好的工程应用前景。     

不同混合料类型的钢渣沥青混凝土高温性能研究

为对比分析不同混合料类型的钢渣沥青混凝土高温性能,选取AC-13C与SMA-13两种钢渣沥青混合料为研究对象,进行车辙试验,与几种普通沥青混合料的车辙试验进行对比研究,并对钢渣使用时应注意事项进行了研究。结果表明:两种类型的钢渣集料沥青混合料的动稳定度均高于玄武岩及石灰岩配制的沥青混合料,因此,钢渣对动稳定度的增加有明显的促进作用;钢渣应用于道路工程时,应对钢渣原料的膨胀性能进行准确测试,并控制4号细钢渣集料的用量。     

基于骨架密实型表面层沥青混合料连续级配范围研究

针对沥青路面AC-13采用的典型集料,以4.75 mm作为粗细集料的分界线,通过捣实密度试验确定最优骨架,通过CBR试验确定最强骨架,再兼顾两个指标择优确定最佳的粗集料级配范围;细集料以填充不干涉粗集料结构并采用均匀分布为原则,设计出了骨架密实的混合料级配。     

钢渣沥青混合料级配特征研究

检测分析济钢转炉钢渣的化学成分及物理力学性质,评价其作为沥青混合料集料的可行性.以钢渣作为集料,以3种不同的级配结构试拌钢渣沥青混合料,对其物理、力学性质进行对比,分析级配对钢渣沥青混合料技术性质的影响.根据试验分析结果,确定适于钢渣沥青混合料的最佳级配结构,并根据最佳级配结构重新拌制混合料,验证其物理、力学性质,并在此基础上提出AC20型钢渣沥青混合料的合理级配范围.     

基于高温稳定性的沥青混合料粗集料骨架性能评价

对3种典型的级配类型沥青混合料进行高温车辙试验,分析了级配对于混合料高温稳定性的影响.通过数字图像技术对沥青混合料的粗集料骨架进行识别,使用贝雷法的粗集料比和图像拓扑性质分别评价粗集料骨架结构,结果发现图像拓扑性质能够较好评价粗集料骨架结构性对沥青混合料高温性能的贡献.