掺加纤维的银川公路沥青冷再生混合料路用性能

2017-09-25 23:14:54 宁夏公路沥青
          掺加纤维的银川公路沥青冷再生混合料路用性能及机理分析!随着全球环境问题的日益凸显,低碳经济已成为人类发展的关注焦点,而交通领域的节能减排成为低碳经济的重点,沥青路面废旧材料再生利用技术的推广应用具有重要的战略意义。乳化沥青冷再生技术是指将沥青路面经过铣刨、翻挖、回收、破碎和筛分后,加入一定比例的乳化沥青、新集料(如需要)和水,经过拌和、摊铺和碾压等工艺,形成满足一定性能要求的路面结构层的一种路面养护维修技术,其具有便捷节能、环保高质、高效低价、旧料利用率高、使用寿命长等多项技术优势。随着我国公路养护所面临的新形势与挑战,以及我国公路建设、养护中的环境保护与可持续发展问题的日益凸显,在我国推广应用沥青路面冷再生技术已势在必行。
 
         目前国内外已经开展了大量乳化沥青冷再生混合料适用性、疲劳耐久性、力学性能、配合比设计方法等研究,也铺筑了大量实体工程,但已有研究仅限于乳化沥青冷再生混合料作为路面基层或低等级公路下面层使用方面,随着材料、技术、设备和工艺的不断发展,乳化沥青冷再生混合料逐渐被应用于高等级公路或城市主干线公路,且尝试将冷再生层位逐渐提高至中下面层,陕西、云南等地工程实践证明,将乳化沥青冷再生用于高速公路下面层仍需要克服其低温抗裂性能差、水稳定性不足、易松散以及疲劳耐久性等技术难题,为了实现将乳化沥青冷再生混合料用于高等级公路高层位路面结构这一目标,需要对冷再生混合料提出更高的技术要求,其综合路用性能也有待进一步提升。目前已提出了一些乳化沥青冷再生混合料的抗裂性和耐久性设计方法,但大多数未充分重视通过掺加纤维等外加剂对混合料抗裂性和高温稳定性进行改善,且缺乏混合料抗裂性评价方法,同时没有解释乳化沥青冷再生混合料的强度形成机理,本文提出采用纤维来改善乳化沥青冷再生混合料的抗裂性,并基于室内加速加载试验和扫描电镜试验系统研究了纤维乳化沥青冷再生混合料的耐久性,研究结果可提供一种改善乳化沥青冷再生混合料性能的研究思路与技术手段,为纤维乳化沥青冷再生在我国的推广应用提供理论支撑与实践指导。
 
        掺加纤维的乳化沥青冷再生混合料材料组成设计,本文对银川公路沥青研究中采用的RAP料来源于陕西某高速公路沥青面层铣刨料,试验所用旧料分为3档,即公称粒径大于12、5~12mm和小于5mm;新集料为公称粒径10~30mm的石灰岩碎石;制备乳化沥青采用的基质沥青为SK90#,乳化剂型号为8005+w5;试验选用普通P032.5普通硅酸盐水泥,用量为1.5%。根据原材料筛分结果确定RAP掺量为80%,混合料合成级配满足中粒式级配范围,将乳化沥青和水按1∶1的比例组成流体,添加比例分别为5%,6%,7%,8%,9%,通过重型击实试验确定最佳流体含量;各纤维掺量下根据重型击石试验确定的最佳流体含量,保持最佳流体含量不变,每个纤维掺量下变化2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%共5组乳化沥青用量,混合料拌合时首先将水泥和集料一起干拌60s,加入预定水量拌合60s,将纤维在乳化沥青中浸润后一起加入混合料中拌合90s,按照JTGF41—2008“50+25”成型马歇尔试件。试验结果表明:随着聚酯纤维掺量的增大,混合料最佳乳化沥青用量和最佳拌合用水量均增大,这与聚酯纤维的吸油性密切相关。此外,增大聚酯纤维掺量,混合料最佳乳化沥青用量下的干、湿劈裂强度和干湿劈裂强度比呈先增大后减小的变化趋势,大约再2‰~3‰纤维掺量处混合料劈裂强度出现峰值。基于加速加载试验纤维乳化沥青冷再生混合料高温稳定性
 
        本文采用南非生产的MMLS3小型加速加载设备对纤维乳化沥青冷再生混合料的高温性能进行研究,利用小型加速加载设备对不同纤维掺量的混合料进行加速加载,在室内模拟实际路面结构,从而间接评价出实际路面的优劣。MMLS3设备属于最新一代的加速加载设备,其具有体积小、加载速度快、移动方便等优点,可用于实验室,也可用于路面现场。MMLS3设备室内试验可分为路面结构模拟装置和试验槽装置大类,后者所用的试件为实验室制备或者由路面直接取芯的大马歇尔试件加工而成,试验时试验槽可以控制干湿状态以及温度,通过对试件进行加速加载试验来评价试样的性能。参考已有研究成果,本文加速加载试验试件制备及试验条件如下:①在最佳乳化沥青用量下成型直径152.4mm,高度95.3mm大型马歇尔试件,取马歇尔试件中间5cm部分按加速加载试模尺寸切割试件;②试验温度为60℃,试验轴载为0.7MPa,加载速率为6000次·h-1(相当于实际车速7.2km/h)。
MMLS3加速加载设备可测试并记录不同加载次数时各试件的车辙深度,进而得到各试件车辙深度随轴载次数的变化规律,从而间接评价出纤维乳化沥青冷再生混合料在长期荷载作用下的高温抗永久变形能力。由加速加载试验结果可知:①混合料试件车辙变形量随加载次数的变化规律可明显分为3个阶段,即:压密阶段、固结蠕变阶段、剪切失稳阶段,这与已有研究成果相吻合,其中压密阶段车辙深度占试件剪切失稳破坏时车辙深度的60%;②相同加载次数时,加聚酯纤维之后试件车辙深度相比于不掺加聚酯纤维的试件明显降低,且聚酯纤维掺量越大,车辙深度越小;③聚酯纤维掺量在2‰以下时,不同聚酯纤维掺量试件之间的车辙深度随加载次数的变化比较大,对比发现,当聚酯纤维掺量为4‰时,在加载次数达到80万次时,其车辙深度最小,另外试件隆起高度的试验结果也有类似结果,表明聚酯纤维掺量为4‰的乳化沥青冷再生混合料其抗车辙性能最优;④以试件由固结蠕变阶段转变为剪切失稳阶段阶段的加载次数定义乳化沥青冷再生混合料疲劳寿命,0、1、2、3、4聚酯纤维掺量条件下混合料疲劳寿命依次为35万、42万、52万、60万、60万次,可见掺加3‰聚酯纤维可使乳化沥青冷再生混合料高温条件下的抗疲劳性能提高71%。综合试验结果表明:掺加聚酯纤维乳化沥青冷再生混合料的高温性能会大幅度提高,且聚酯纤维掺量越大,混合料高温稳定性越好。因为纤维分散在混合料中,纤维格栅的生成,加筋作用增加了乳化沥青胶浆在特定温度下流动而产生内摩阻力,由于纤维的吸附稳定作用而乳化沥青在粗集料表面滞留时间提高,这样就会使粗集料表面破乳成膜的银川公路沥青沥青膜厚度提高,有效提高了对集料的粘结作用,混合料整体性提高,可以使其高温抗剪切变形能力显著增强。
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