玻璃沥青混凝土抗移位性能试验研究

玻璃沥青混凝土抗移位性能试验研究

抗疲劳是青田混凝土设计的重要指标。沥青混凝土的强度或力学行为的建立是基于沥青材料对集料的粘结力、集料的摩擦力及它们之间机械镶嵌互锁作用,但在雨水和湿气对沥青混凝土的长期作用下,沥青混凝土中沥青胶结材料和集料之间的粘结能力易于逐渐地失去甚至完全损失,结果导致沥青胶结料和集料的分离。Robert等人将此特征定义为沥青混凝土的剥落(Stripping)。沥青混凝土剥落与2种作用过程有关:(1)沥青与矿料之间粘附性不足;(2)沥青的粘聚力减弱。第1种作用过程是由于矿料对水的吸力比对沥青的吸力大,水分可进入沥青与集料之间,从而导致沥青膜剥落;第2种作用机理是由于水分浸入,使得沥青变软,粘性降低,从而使沥青混合料的整体性与强度降低。石灰作为抗剥落剂的优点,除了降低潜在的剥落可能外,它还增加了混和料的硬度,减少沥青掺量并降低了对沥青胶材性能的敏感性。石灰是公认的较好的抗剥落剂。通常液体抗剥落剂是直接掺到沥青中。许多液体或聚合物抗剥落剂是相对新的技术,可能会对沥青敏感或影响沥青混凝土的综合性能,本文分别选择2种抗剥落材料,通过试验比较它们在普通沥青和玻璃沥青中的作用效果,提出玻璃沥青混凝土中适宜的抗剥落剂品种和掺量,为工程实践提供参考。1原材料和试验方案1.1集料相关性能检测集料:采用AC-16I密实填充型级配。沥青混合料所用1#、2#、4#集料均为石灰岩,3#集料为辉绿岩。因只作沥青混合料性能对比,故未对集料相关性能作进一步性能检测。各种集料的筛分结果见图1。玻璃:收集各种颜色的玻璃酒瓶、玻璃容器等,采用破碎机进行破碎,然后进行筛分,最大粒径控制在9.5mm方孔筛。其筛分结果见图1。矿粉:采用石灰岩磨细粉。沥青:采用国创AH-70沥青,性能指标见表1。消石灰:采用球磨机磨细约30min后的消石灰。液体抗剥落剂:采用成都卡洛公司生产的胺基型沥青液体抗剥落剂卡洛安(Kaloamine)。1.2性能变化比较试验采用AC-16I型级配,进行沥青混合料在掺加消石灰、液体抗剥落剂及碎玻璃前后的性能变化比较试验。具体试验内容为:级配组成设计、最佳油石比的确定、马歇尔稳定度试验、劈裂强度试验、冻融劈裂试验、动稳定度试验。所有试验按照JTJ052—2000《中华人民共和国公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求进行。2试验结果及分析2.1c-16i型级配掺有碎玻璃的混合集料的级配满足AC-16I型级配要求,级配曲线见图2,其中碎玻璃的掺量为10%,玻璃集料的最大粒径不超过9.5mm。2.2最佳油石比不同油石比的沥青混合料性能见表2。从表2数据分析确定,沥青混合料最佳油石比为4.8%,以此油石比进行沥青混合料性能对比试验。2.3入抗剥削片对混合料水稳定性的影响对普通沥青混合料(用M表示),掺液体抗剥落剂(用AS表示)外掺0.4%、掺石灰(用L表示)内掺比例分别为沥青混合料矿料的1%、2%及掺玻璃(用G表示)内掺比例为10%所组成的沥青混合料相关性能进行试验,结果见表3。采用标准的浸水马歇尔试验方法,测试混合料的水稳定性,其结果见表4。从表3中可以看出,掺入玻璃的沥青混合料,其空隙率、矿料间隙率等基本物理参数并没有太大的改变,表明掺入抗剥落剂和玻璃都对混合料的参数影响较小。由表4可以看出,和普通混合料相比,掺入玻璃沥青混凝土的稳定度约降低了5%,掺入液体抗剥落剂和消石灰后,使得掺入玻璃导致的稳定度和流值降低得到了补偿,基本达到了普通沥青混合料的水平。为了检验沥青混合料的水稳定性,本试验还采用浸水马歇尔试验法来测试试件的浸水稳定度,并计算其残留稳定度。由表4中的残留稳定度值可以看出,掺入玻璃后,对混合料的浸水稳定度有较大影响,其残留稳定度比原始混合料降低了25%。掺入消石灰和液体抗剥落剂后对混合料的残留稳定度都有所加强。液体抗剥落剂的掺入使残留稳定度比未掺抗剥落组分的玻璃沥青混合料增加18%;掺2%消石灰的玻璃沥青混合料比未掺抗剥落组分的增加37%,比原始普通沥青混合料的残留稳定度高。由试验结果可知,掺入抗剥落组分对玻璃沥青混合料的水稳定性有一定提高。究其原因,沥青混凝土的抗剥落性主要取决其与集料的物理化学特性,在通常情况下,酸性集料(如某些花岗岩、砂岩、石英岩等)与沥青的粘附性差,容易在水分的作用下造成沥青膜的剥落,导致沥青路面的掉粒、松散、坑槽等水损害剥落性破坏,而石灰岩等碱性石料与沥青的粘附性则较好。所以,如果集料和沥青胶结料之间的粘附性不好(使用玻璃集料),掺入适当的消石灰或者碱性组分的抗剥落剂,增加其水稳定性,便能达到较好的抗剥落效果。2.4不同掺剂对沥青冻融裂强度的影响普通劈裂试验和冻融劈裂试验结果见表5。由表5可以看出,掺入玻璃后沥青混合料的劈裂强度比普通沥青混合料降低了26%;外掺0.4%的液体抗剥落剂,使沥青混合料的劈裂强度较单掺玻璃的混合料增加了21%;内掺1%、2%消石灰时,其劈裂强度也有较大幅度增加,分别增加了18%和24%。为评价沥青混合料的水稳定性,本试验测试了混合料冻融劈裂强度,并计算试件在水损害前后破坏的冻融劈裂强度比(TensileStrengthRatio,TSR)。由表5可知,掺入玻璃使沥青混合料冻融劈裂强度有较大幅度的降低,其冻融劈裂强度只有普通混合料的67%,冻融劈裂强度比也由78%降低到71%;掺入液体抗剥落剂后,玻璃沥青混合料的冻融劈裂强度有显著增长,几乎和普通混合料持平,比单掺玻璃的沥青混合料增加了45%,冻融劈裂强度比增加了21%,高于普通沥青混合料;掺入消石灰后冻融劈裂强度也比单掺玻璃的沥青混合料增加35%以上,冻融劈裂强度比高于原始普通沥青混合料,基本上达到了路用要求。根据JTJ052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》试验方法,冻融劈裂的残留强度不应低于70%,从上述试验结果得知,适当掺量的玻璃能够达到要求,而掺入消石灰和液体抗剥落剂对冻融劈裂强度比有较大提高。总的来说,玻璃沥青混凝土的劈裂强度和冻融劈裂强度与普通沥青混凝土相比有较大差距,然而掺入消石灰或者液体抗剥落剂能较大幅度地提高其冻融劈裂强度。2.5试验结果分析车辙试验方法因其结果直观,而且与实际沥青混凝土路面的车辙相关性好,我国JTJ052—2000也选用其测定沥青混合料的高温抗车辙能力,并作为沥青混合料配合比设计的辅助性检验。车辙试验结果见表6。由表6可以看出,未掺入玻璃的普通沥青混合料的动稳定度比较好。掺入玻璃后,玻璃沥青混合料的抗车辙能力比普通沥青混合料降低38%;掺入液体抗剥落剂后,其动稳定度比未掺的提高约30%;而掺入消石灰的效果更明显,掺2%消石灰的动稳定度比未掺抗剥落组分的玻璃沥青混合料提高了52%,基本达到了普通沥青混合料的高温抗车辙能力。可见,掺入消石灰和液体抗剥落剂能在一定程度上增加沥青和集料之间的粘聚力,特别是增强了碎玻璃集料的粘聚力,从而达到较好的抗车辙能力效果。3液体抗剥削液/耐剥灰复合材料的应用(1)掺10%碎玻璃的玻璃沥青混凝土较普通沥青混凝土的残留稳定度下降25%,普通劈裂强度和冻融劈裂强度分别降低26%和33%,动稳定度降低38%。(2)在玻璃沥青混合料中掺入液体抗剥落剂卡洛安,可以显著提高混合料的短期抗剥落性能,其残留稳定度比未掺抗剥落组分的玻璃沥青混合料提高了18%,冻融劈裂强度比提高了21%,动稳定度提高约30%。(3)使用消石