沥青路面施工质量控制指标试验分析

'第26卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)Vol.26No.42009年12月J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Dec.2009沥青路面施工质量控制指标试验分析1132李向东,曹献猷,叶永(1.华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;2.三峡大学土木水电学院,湖北宜昌443003)摘要:以AC213C型沥青混凝土路面为研究对象,进行了试件的马歇尔、浸水马歇尔、冻融劈裂和车辙试验,得到这些性能指标随油石比的变化关系,分析了马歇尔稳定度控制指标偏低对混合料路用性能的影响。结果表明,在沥青路面施工质量的检验过程中,马歇尔稳定度指标偏低会导致混合料水稳性和抗车辙能力达不到规范要求;为得到较佳的路面质量,混合料冻融劈裂残留强度比和车辙试验动稳定度也应作为检验指标加以考虑。关键词:沥青路面;马歇尔稳定度;沥青混合料;冻融劈裂残留强度比;动稳定度中图分类号:U416.217文献标识码:A文章编号:167227037(2009)0420032204合理的配合比是保证沥青混合料良好使用性(以下简称《规程》)的要求及步骤对沥青进行试能的前提,目前使用的主要方法有马歇尔试验配验,结果见表1。[1,2]合比设计方法和Superpave配合比设计方法。表1沥青性能试验结果我国2005年1月1日开始实施的新的《公路沥青指标单位规范要求实测结果路面施工技术规范》[3](JTGF4022004)明确了沥针入度(25℃、5s、100g)0.1mm60～8071延度(15℃、5cm/min)cm≥100>150青混合料配合比设计方法仍然以马歇尔试验方法软化点(环球法)℃44～5446为标准。针对马歇尔试验进行配合比设计,毕玉闪点(COC)℃>230290[4][5]峰分析了马歇尔试验曲线特性,徐慧宁研究含腊量(蒸馏法)%<3.02.1了马歇尔稳定度与混合料级配曲线关系,尹万密度(15℃)g/cm3实测1.035[6][7]辉、陈华鑫等进行了在沥青混合料中加入添溶解度(三氯乙烯)%>99.099.9加剂和纤维后马歇尔试验的结果对比,随着研究TFOT后残留延度(15℃)cm≥1543残留针入度比(25℃)%≥5572的深入,人们发现常规马歇尔设计方法存在一些质量损失%≤0.80.02缺陷,难以适应目前新型路面结构的发展和交通[8]粗集料:碎石最大粒径13.2mm,洁净,干燥,条件的变化,尤其在实际施工质量控制中,仅3无风化,无杂质,密度2.715g/cm,吸水率1.0%,按照马歇尔稳定度试验结果验证混合料配合比,压碎值16.1%,具有足够的强度和耐磨性。得到参数虽然都符合规范要求,但仍然会出现一细集料:人工砂最大粒径4.75mm,洁净,干些设计指标如油石比,空隙率等达不到规范值,从燥,无风化,无杂质,粘土含量不大于3%,密度而造成路面出现各类病害问题。32.727g/cm,砂当量71%,与沥青具有良好粘结力。矿粉:矿粉由石灰岩岩石磨制而成,视密度1试验32.672g/cm,含水率0.3%,0.075mm筛孔通过率大于76.1%,干燥,不含泥土杂质。粗、细集料1.1原材料及矿粉的各项指标均符合《公路工程集料试验规沥青结合料采用70号道路石油沥青。混合[10]程》(JTGF4222005)的要求。料试验前,按照《公路沥青路面施工技术规范》1.2沥青混合料(JTGF4022004)(以下简称《规范》)及《公路工程[9](JTJ05222000)试验用沥青混合料采用AC213C类型,AC2沥青及沥青混合料试验规程》收稿日期:2009204207修回日期:2009205225作者简介:李向东(19722),男,新疆人,工程师,研究方向为道路与桥梁工程的试验与检测,lxdlxp@126.com;通讯作者:叶永(19692),男,湖北汉川人,副教授,博士研究生,研究方向为沥青路面材料力学行为,yyeeong@yahoo.com.cn。基金项目:国家自然科学基金(10672063)。 第4期李向东等:沥青路面施工质量控制指标试验分析·33·13C型沥青混合料一般用于城市道路和其他道路料级配,粗集料、细集料均筛分成单粒级,再按要工程两层式沥青路面的上面层。为了较好控制矿求的级配范围合成矿料级配,见表2。表2矿料级配比例及沥青掺量通过百分率/%项目沥青掺量/%13.29.54.752.361.180.60.30.150.075《规范》级配范围100～9068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8推荐掺量3.0～7.0矿料级配98.180.852.234.127.520.614.19.97.7实际掺量3.2～6.41.3试验方法马歇尔稳定度都会偏低,油石比在4.5%时,稳定选择沥青混合料类型为AC213C型,矿料粒度最大,图中数据反映,油石比在3.2%～6.4%径为0.15～13.20mm,矿粉粒径小于0.15mm。范围内,试样测定的马歇尔稳定度(MS)都满足沥青掺量范围为3.0%～7.0%。进行混合料配合《规范》中规定的MS≥8kN指标要求,因此仅靠比设计时,沥青掺量逐渐增加,使得油石比依次为马歇尔稳定度这项指标来进行混合料配合比验证3.2%,4.0%,4.8%,5.6%和6.4%,分别配制成是不合理的。下面分析在现行规范条件下,马歇5组试件,根据《规程》制作沥青混合料试样,制作尔稳定度指标值偏小对路用性能的影响。成型并养护24h后,对每组试件分别进行马歇尔2.1对沥青路面的水稳性影响和浸水马歇尔试验,冻融劈裂和车辙试验,用来评沥青路面的水损坏通常与沥青剥落有关,而价马歇尔稳定度控制指标对沥青路面路用性能影剥落的发生与沥青和集料的粘附性有关。沥青用响。量偏小造成结构沥青膜较簿,空隙率大,混合料与空气接触面积大,老化快,容易使水滞留在空隙2试验结果及分析内,逐步造成沥青膜内与集料粘结性丧失、剥落,集料颗粒产生剥落、掉粒,最后导致松散、坑槽。沥青混合料马歇尔试验结果见表3,可以看空隙率大的混合料,沥青结合料与矿料的协同作到,试件空隙率随油石比增加而降低,流值随油石用差,耐久疲劳性能差,无论是荷载疲劳、温度疲比增加而增大,试件密度和稳定度随油石比增加劳都将受到严重影响。图1中曲线(3.2%～存在一个较大峰值,而矿料间隙率存在一个较小4.5%油石比范围内)反映,马歇尔稳定度指标偏峰值,表明在一定油石比范围内,试件存在最佳物低会造成混合料中沥青用量偏少。理性能。2.1.1浸水马歇尔试验表3马歇尔试验结果进行沥青混合料试样浸水试验,残留稳定度与油石比关系曲线见图2。由马歇尔稳定度控制试件油石比密度空隙率稳定度流值矿料间隙率-3组别/%/g·cm/%/kN/0.1mm/%的合理油石比3.2%～6.4%范围内,几乎所有混1组3.22.38110.111.72.517.4合料都满足《规范》要求的浸水马歇尔试验残留2组4.02.3835.912.52.615.0稳定度不小于80%的要求。因此马歇尔稳定度3组4.82.3903.212.62.714.24组5.62.3941.810.43.114.1指标偏小,对沥青路面的浸水试验影响不大。5组6.42.3910.510.13.414.9图1直观反应了油石比对马歇尔稳定度的影响趋势,可以看出,油石比较小或者较大时,对应图2不同油石比残留马歇尔稳定度曲线2.1.2冻融劈裂试验图1不同油石比马歇尔稳定度曲线进行沥青混合料试样冻融劈裂试验,冻融劈 ·34·华中科技大学学报(城市科学版)2009年裂抗拉强度比与油石比多项式拟合曲线见图3。地区,《规范》要求沥青混合料车辙试验动稳定度《规范》要求对于普通沥青混合料冻融劈裂试验不小于1000次/mm,符合该要求的油石比范围为残留强度比不小于80%,满足这一要求的油石比3.2%～5.1%之间,显然,控制马歇尔稳定度指标范围为4.6%～6.4%,可见由马歇尔稳定度指标得出的油石比3.2%～6.4%范围,高估了沥青的得出的油石比3.2%～6.4%范围扩大了沥青用用量,因此,马歇尔稳定度指标偏低对路面的抗车量。因此,马歇尔稳定度指标偏低对冻融劈裂试辙能力的影响也是不可忽略的,它降低了混合料验影响很大,仅控制马歇尔稳定度指标,沥青混合抗车辙的能力。料配合比达不到《规范》要求的劈裂强度标准。3结论(1)在沥青路面施工质量检验过程中,仅控制混合料马歇尔稳定度指标是不合理的,该指标通常会扩大混合料配合比设计中油石比范围。(2)通过对沥青混合料浸水试验、劈裂冻融试验和车辙试验分析,混合料马歇尔稳定度指标偏低会导致其水稳性和抗车辙能力达不到《规范》要求的标准。(3)在施工控制中,防止马歇尔稳定度指标偏低对路用性造成的不利影响,应将冻融劈裂强图3不同油石比冻融劈裂抗拉强度比曲线度比和车辙试验动稳定度两个指标作为必需条款加以检验。2.2对沥青路面的抗车辙能力影响参考文献图1曲线(4.5%～6.4%油石比范围内)的趋势表明,提高马歇尔稳定度的指标能够有效防[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:止沥青用量偏大情况发生。在一定范围内,沥青人民交通出版社,2001.用量偏大,结构沥青膜越厚,其空隙率越低,则抗[2]李立寒.道路建筑材料[M].北京:人民交通出版社,2006.剪强度越强,提高了沥青路面的耐久性和低温抗[3]JTGF4022004,公路沥青路面施工技术规范[S].裂性能,但是又带来了高温稳定性能的降低,在夏[4]毕玉峰,张宏超.马歇尔试验曲线特性分析[J].天很容易出现软化、泛油和车辙病害。山东交通学院学报,2006,14(3):80283.在进行沥青混合料试样车辙试验后,建立动[5]徐慧宁,谭忆秋,李晓民,等.沥青混合料马歇尔稳定度与油石比关系曲线见图4。对于温度较高稳定度与级配曲线特性关系的研究[J].公路,2008,(8):2132217.[6]尹万辉,曾梦澜,田华,等.无机添加剂对沥青混合料马歇尔试验结果的影响[J].公路,2007,(4):1542158.[7]陈华鑫,张争奇,胡长顺.纤维沥青混合料马歇尔试验[J].长安大学学报(自然科学版),2003,23(2):7210.[8]陈华鑫,江星.沥青混合料马歇尔设计异常现象分析[J].中外公路,2006,26(4):1952197.[9]JTGF4222005,公路工程集料试验规程[S].[10]JTJ05222000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].图4不同油石比车辙动稳定度曲线 第4期李向东等:沥青路面施工质量控制指标试验分析·35·ExperimentalResearchonConstructionQualityControlIndexofAsphaltPavement1132LIXiang2dong,CAOXian2you,YEYong(1.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,HUST,Wuhan430074,China;2.CollegeofCivilandHydroelectricEngineering,ThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)Abstract:Marshalltest,immersionMarshalltest,frozen2thawandsplittestandruttingtestwereconductedonAC213Casphaltconcretepavement.TheCurveoftheseindexswasobtainedatdifferentoil2stoneratios,andtheinfluenceoflowerMarshallStabilityindexonthepavementperformanceofasphaltmixturewasstud2ied.ResultsandanalysesshowthatlowerMarshallStabilityindexwouldinducethatwaterstabilityandruttingresistibilityofasphaltmixturecannotmeetthedemandofthecriterion.Toacquiregoodasphaltpavementquality,theindicesoffrozen2thawandsplitstrengthratioandruttingtestdynamicstabilityshouldberegardedasnecessaryonestobeexaminedforobtainingtheoptimalasphaltmixtureoil2stoneratio.Keywords:asphaltpavement;MarshallStability;asphaltmixture;frozen2thawandsplitresidualstrengthra2tio;dynamicstability(上接第14页)SensitivityAnalysisfortheStructuralDesignParametersofFour2towerExtradosedCable2stayedBridgewithSinglePlane11,212LIUMu2yu,SUNXiang2dong,TUKai2zhi,YUANWei2guo(1.HubeiKeyLaboratoryofRoadwayBridgeandStructureEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China;2.GuangdongHighwayDesignInstitute,Guangzhou510507,China)Abstract:WiththesupportoftheXijiangBridgeinJiang2ZhaoHighwaywhichisbeingbuilt,thispaperestab2lishedthree2dimensionalfiniteelementmodelofthebridgeaccordingtothestructurecharacteristicsofextra2dosedcable2stayedbridgewithmulti2tower.Sensitivityanalysisofmainparameterswasmadewhichincludedtheheightoftowers,thelengthofnon2stayedsegmentsandtheratioofcenterspantosidespan.Avariationlawoftheresponseunderloadsinthekeypartsofmaingirderwasobtained,whichwouldhavesignificancefordesignreferenceofthesimilarbridgeinacertaindegree.Keywords:extradosedcable2stayedbridge;lengthofnon2stayedsegments;ratioofcenterspantosidespan;parameterssensitivity'