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      行業資訊

      冷拌瀝青混合料透水鋪裝材料路用性能研究

      發布時間:2018-05-16

      透水路面的空隙通透性能夠使雨水滲入地下土壤,減少因城市發展帶來的雨水徑流,緩解熱島效應,并具有良好的排水降噪抗滑性能,可有效提高雨天行車安全和舒適度。大孔隙開級配瀝青混合料面層在我國已處于推廣應用階段,相比于多孔貧水泥混凝土和透水磚,OGFC具有顆粒均勻、平整性好、行走舒適度高等優點,但缺點是造價高、施工工藝要求高。

       

      傳統OGFC大多采用熱拌大孔隙開級配瀝青混合料,工藝復雜、勞動條件差、材料易老化,100℃以上的高溫施工條件對環境和施工人員的健康都不利。由于大空隙率的混合料連通空隙多,可以使乳化瀝青較快速破乳形成強度,本文提出采用冷拌大孔隙開級配瀝青混合料作為透水鋪裝材料,其常溫施工條件在市政道路建設中凸顯出不可比擬的優勢。本文對設計空隙率為18%~26%的冷拌大孔隙開級配瀝青混合料進行透水性能試驗、馬歇爾試驗、車轍試驗、浸水馬歇爾試驗等室內試驗,評價其路用性能。

       

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      一、原材料

      乳化瀝青

      冷拌大孔隙開級配瀝青混合料屬于骨架-空隙結構,其強度不僅取決于集料本身,也取決于乳化瀝青的膠結能力。普通乳化瀝青黏度和固含量不高,拌和過程往往流淌嚴重,集料裹附的瀝青膜厚度較薄。本研究采用高黏度高固含量的慢裂慢凝乳化SBS改性瀝青,破乳后能形成足夠厚度的瀝青膜,保證了混合料的強度和耐久性。另外一方面,高固含量使得乳化瀝青的用量降低,自由水含量降低使得破乳速度加快,更快形成強度,更早開放使用。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》對乳化瀝青進行性能測試,并對蒸發殘留物進行PG分級試驗。

      集料與填料

      本研究粗集料規格組成為13.2mm~9.5mm碎石、9.5mm~4.75mm碎石,細集料為2.36mm~1.18mm石屑,填料為過0.075mm方孔篩的優質石灰巖礦粉。參照《公路工程集料試驗規程》進行檢驗。

       

      拌和時加入適量水的目的是防止干燥的集料吸收乳化瀝青中的水分,打破乳液中水與乳化劑的“溶解平衡”導致瀝青凝聚析出,破乳不正常,影響拌和。本研究拌和用水為潔凈可飲用水。

       

      二、配合比設計

       

      本研究配合比設計方法如下:以張肖寧等人提出的礦料主骨料空隙體積填充法)確定骨架-空隙結構礦料級配;由裹覆試驗確定最佳液體用量(包括集料含水量、乳化瀝青含水量和外加水用量);按經驗確定5個瀝青用量,成型馬歇爾試件;根據修正馬歇爾試驗結果分析得到最佳瀝青用量、外加水用量。

       

      三、路用性能評價

      排水性能

      在路用性能評價中,多以空隙率和滲透系數表征多孔材料的排水性能。

       

      空隙率空隙分為連通空隙、半連通空隙和封閉空隙3種。連通空隙是水可以通過其中的相互貫通的空隙;半連通空隙是一端貫通,另一端封閉的空隙;封閉空隙則是獨立完全不貫通的空隙。從透水的角度看,連通空隙、半連通空隙均屬于有效空隙,封閉空隙則屬于無效空隙。

       

      多孔材料的空隙率常用體積法或真空密封法測定,本研究采用體積法。

       

      可知,實測空隙率滿足規范要求。其中實測空隙率略大于設計空隙率。因為細集料少,乳化瀝青略有流淌而不能完全附著于粗集料表面形成瀝青膜,導致實測空隙率反而大。設計空隙率增大,有效空隙率ne與實測空隙率n0的比值也隨之增大,因為設計空隙率越大,混合料中的細集料和填料越少,連通空隙較容易形成。因此,空隙越大,有效空隙所占比例越高。

       

      滲透系數成型馬歇爾試件,參考長沙理工大學黎霞等人的大空隙瀝青混合料透水試驗方法,測定滲透系數。成型馬歇爾試件后不脫模并浸水,用支架將試模連同飽水的試件支放于容器中使試模底部懸空,用量筒量取100mL水不間斷倒入試件表面的同時啟動秒表,待試件表面的水全部進入試件內部,停止秒表記錄滲透時間t6。

       

      可知,冷拌透水瀝青混合料滲透系數隨著設計空隙率的增大而增大,其中設計空隙率26%的試件滲透系數為設計空隙率18%的1.7倍。3種設計空隙率的冷拌透水瀝青混合料滲透系數均遠大于規范技術指標要求。

       

       

      力學性能

       

      不同于熱拌瀝青混合料可以快速形成強度,冷拌瀝青混合料中的乳化瀝青需要經過破乳、排水、蒸發等過程才能恢復其黏度。這些過程受到養生條件影響,故有必要探究其早期強度和后期強度的關系,以便確定開放交通的時間。依據交通部陽離子乳化瀝青課題協作組提出的修正馬歇爾試驗方法,以室溫養生24h的試件在25℃時的強度表征早期強度,烘箱110℃養生24h的試件在60℃的強度表征后期強度。

       

      可知,冷拌透水瀝青混合料早期和后期強度均隨著設計空隙率的增大而減小,因為設計空隙率越小,混合料中細集料越多,接觸點數量越多,接觸面積越大,穩定度越高。后期強度平均是早期強度的1.2倍,說明強度受養生齡期影響不大,可以以早期強度形成時間作為開放交通時間。

       

       

      高溫穩定性

       

      3種設計空隙率的冷拌透水瀝青混合料進行高溫車轍試驗,研究空隙率對其高溫性能的影響規律。

       

      可知,冷拌透水瀝青混合料動穩定度較低,變形量較大,設計空隙率20%左右的冷拌透水瀝青混合料勉強滿足一般交通量路面動穩定度技術要求。動穩定度隨著設計空隙率的增大而減小,當空隙率較大時,混合料的抗車轍能力較弱。其原因在于,粗骨料含量已多于骨架-空隙所必要的顆粒含量,粗骨料相互推擠、嵌擠作用較差。故本研究的冷拌透水瀝青混合料用于車行道時,其設計空隙率宜為20%左右。

       

       

      水穩定性

      3種設計空隙率的冷拌透水瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗??芍?,冷拌透水瀝青混合料殘留穩定度隨著設計空隙率的增大而減小,空隙率越大,水穩定性能越差。其中設計空隙率為26%的試件殘留穩定度剛好滿足規范技術要求,故只考慮水穩定性,冷拌透水瀝青混合料的設計空隙率應小于26%。

       

      四、結語

      本文采用高黏度高固含量的慢裂慢凝乳化SBS改性瀝青,以礦料主骨料空隙體積填充法、裹覆試驗、修正馬歇爾試驗設計冷拌大孔隙開級配瀝青混合料,并對設計空隙率為18%~26%的混合料進行透水性能試驗、馬歇爾試驗、車轍試驗、浸水馬歇爾試驗,結果表明冷拌大孔隙開級配瀝青混合料排水性能、力學性能、水穩定性良好,高溫穩定性略低,空隙率20%左右的混合料滿足低等級道路面層技術要求。其生產、施工過程均在常溫下進行,可作為“海綿城市”建設中的一種節能環保型透水鋪裝材料。


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