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基于加速加載試驗不同級配的路面抗滑性能研究
2019年04月04日    閱讀量:4584    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

隨著基礎建設的大力發展,目前中國高速公路建設基本趨于尾聲。但是無論是高速公路還是低等級公路,都受到各種道路病害的困擾。大部分道路還沒有到達使用年限,卻出現了部分使用功能的下降甚至喪失中國瀝青網sinoasphalt.com。其中路面抗滑性能是較為關鍵的一個因素,因為其好壞影響著路面行車的安全性能。中國許多學者意識到這一問題的嚴重性,從而對路面抗滑性能衰減規律做了大量的研究。但是由于許多儀器設備并不能完全模擬實際路面車輛荷載作用,從而還沒有將路面抗滑性能衰減規律研究總結出一套完整的體系。目前能夠較好地模擬路面車輛作用的儀器有MLS10MMLS3、大型環道等,該文利用重慶交通大學MMLS3加速加載儀著重研究不同級配的抗滑性能衰減規律,從而為以后研究提供參考。


級配對路面抗滑性能的影響分析


級配種類


目前有3種常見的級配類型,分別是連續級配、間斷級配以及折斷級配。連續級配是指級配中礦料粒徑從大到小按一定比例組成,上一級的空隙由下一級依次填充形成密實的級配,但是這種級配的抗滑、高溫穩定等性能較差,常見的有AC。間斷級配是去掉級配中一檔或幾檔集料,從而形成一種不連續即間斷的級配。這種級配粗集料較多,而且有足夠的細集料進行填充,所以各項性能指標較好,常見的有SMA等,但是這種級配的施工較復雜需要較高的施工水平。折斷級配類似于間斷級配,而這類級配離析較嚴重。為了控制這一現象采用“變K法”進行控制,一般K=0.75。這種級配變異性較大從而限制了其使用推廣。


級配與抗滑性能


道路的抗滑性能主要由宏觀構造與微觀構造決定,宏觀構造主要決定高速行駛時的抗滑性能,而無論是高速還是低速微觀構造都會有一定的影響。路面微觀構造主要由集料表面構造所決定,宏觀構造主要是由級配、壓實度等決定。對于密級配而言,空隙率一般在2%~6%之間,對于開級配來說空隙率一般為18%~25%。所以開級配的抗滑性能優于密級配,但是不能單考慮抗滑性能而忽略了其他性能,要兼顧。


級配性能研究


級配選取


為了研究抗滑性能,分別選取AC-13CSMA-13GAC-13C3種級配進行分析對比3種級配分別選取規范要求中值,并且以±3%變化選出中值偏上以及偏下的兩條級配曲線。可以明顯看出:AC-13C是連續型級配,而SMA-13GAC-13C為間斷級配,其中GAC-13C在廣東地區已經被廣泛應用并且取得了一定的成果。這樣就可以通過對比分析不同級配,以及同種級配不同粗細程度對路面抗滑性能的影響,最終通過各項性能對3種級配進行綜合評價。


瀝青混合料性能


瀝青選用SBS改性瀝青,粗集料選用玄武巖,細集料選用石灰巖。將上述材料按照馬歇爾試驗方法確定其最佳油石比并測試各項性能指標。


通過試驗確定出9個級配最佳油石比,然后分別測試其高低溫以及水穩性能。可以看出:AC-13C總體偏細,其高溫性能與抗滑性能較差,但是低溫性能較好。SMA-13GAC-13C兩種級配相似,具有較高的高溫穩定性以及水穩抗滑性能。鑒于綜合性能的考慮,選取AC-13C-2SMA-13-2GAC-13C-2作為下一步研究級配。


MMLS3加速加載試驗


工作原理


MMLS3是由南非MLS公司研發,其中1/3比例尺加速加載試驗機是一有效的小型公路路面和機場跑道材料試驗機。它體積較小,重量較輕,運輸方便。既可用于室內試驗,也可用于現場試驗。試驗機主要由以下幾部分組成:荷載模擬器、剖面儀、環境控制倉、制熱、制冷系統、濕潤路面烘干系統、室內振動碾壓成型機及路面成型試模、試槽。儀器采用四點循環加載,設備可提高7200次每小時輪加載,最大輪載為2.9kN,作用于300mm直徑氣輪胎,最大輪壓值為850kPa。該設備具有橫向擺動功能系統,每側最大擺動長度為75mm。為了模擬荷載的實際分布狀態(正態分布),該機在運行中中間加載頻率多于兩側加載。


瀝青混合料拌和及攤鋪


試槽長2.5m,寬1.2m,為了模擬路面結構,將試模底部置于混凝土地面上,在其上面鋪筑10cm厚的AC-20瀝青混合料,之后將設計混合料鋪筑4cm厚。這樣就與重慶地區瀝青路面上面層厚度一致。將集料與SBS改性瀝青分別加熱至190170℃,按照瀝青施工技術規范將混合料在拌和鍋拌和均勻后分批裝入潔凈的鐵桶中放入180℃烘箱內保溫。待全部混合料拌和完畢,將所有混合料倒入試槽內迅速攤鋪均勻保持溫度在165℃。開啟壓實機先靜壓4遍作為初壓,待初壓完畢后開啟振動復壓3遍最后再壓3遍。壓實過程中需要人工控制碾壓速度,可以通過搖桿控制速度達到0.03~0.08m/s,在碾壓過程中避免速度太快以及快慢不均勻,盡量勻速,以求達到較好的壓實效果。因為碾壓鋼輪沒有溫控系統,出現粘料情況比較嚴重,試驗時采取在鋼輪上涂刷清水來改善這一情況,切不可用機油等油類。


加速加載試驗及構造深度與擺值測定


加速加載試驗


碾壓完畢將試槽取出,待混合料冷卻48h后,利用龍門吊將加載系統吊放在鋪筑好的路面上。進行調平以及荷載的調整,當荷載調整到0.7MPa時可以停止調平。安裝好線路并仔細檢查有無接觸不良的地方,待無誤后插入電源,每次開機前,首先開啟胎壓顯示器,保證輪胎內壓在0.7MPa以上。設定各項參數,為了模擬實際路面情況將輪子左右擺幅調整到75mm,將加載速度調整到50km/h,此時加載次數為7200/h


擺值及構造深度測定


在一定間隔時間段內測定輪跡中心的構造深度與擺值,一直到擺值基本保持不變時停止測試及試驗。


將所得數據利用SPSS軟件進行對數與指數回歸分析,其中3種級配的擺值衰減指數回歸分析相關性要好于對數回歸分析,可以看出:在軸載次數達80萬次以后擺值基本趨于穩定,對數回歸分析能較好地描述這一過程。可知:在約14萬次時,擺值下降較為明顯。通過觀察鋪筑的試驗路,發現集料表面瀝青膜有部分脫落并且集料表面較為光滑。此外3種級配在前期磨光值衰減都比較快,但是SMA-13GAC-13C較快,而AC-13C則相對較慢,這是因為經過荷載碾壓作用級配進一步密實導致宏觀構造減小,從而使擺值減小得較快。在軸載次數達到80萬次后,擺值基本趨于穩定且擺值終值大小為:SMA-13>GAC-13C>AC-13C。可知:在20萬次之前構造深度衰減較為嚴重,從而驗證了抗滑性能前期衰減較快的主要原因是由于級配的進一步壓實導致的。


結論


(1)研究發現在80~100萬次軸載作用后,3種混合料路面開始出現車轍,構造深度趨于穩定,構造深度大小為:SMA-13>GAC-13C>AC-13C


(2)室內試驗研究可知:3種級配抗滑性能衰減速率AC-13C最快,SMA-13最慢,GAC-13C居中。


(3)100~200萬次之間,3種集料路面擺值基本趨于穩定,其中擺值的大小為:SMA-13>GAC-13C>AC-13C。擺值前期衰減較快主要是因為級配進一步壓實,這點與其他學者研究結論一致。


(4)14萬次軸載作用后集料表面瀝青膜存在脫落情況,這也是一個影響因素。建議在以后道路應用中推廣SMAGAC級配,其綜合性能優于AC



標簽:技術中心瀝青混凝土
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