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1、Novachip瀝青混合料超薄磨耗層施工技術研究
摘要:具有良好降噪、排水功能的Novachip瀝青混合料超薄磨耗層,是一種應用較為廣泛的改性瀝青混凝土面層。本文基于相關理論研究,針對施工中出現(xiàn)的問題,對瀝青混合料進行了高溫穩(wěn)定性以及謝倫堡析漏等實驗,確定了施工路段最佳的瀝青用量,最后通過對其路面性能的研究,驗證了Novachip混合料的可行性,為今后瀝青混合料超薄磨耗層的設計施工提供數(shù)據(jù)支持。
關鍵詞:降噪;超薄磨耗層;改性瀝青;Novachip
0引言
隨著公路施工技術的快速發(fā)展,瀝青路面的使用功能下降較為明顯,嚴重影響著車輛行駛的安全性和舒適性[1],對高速公路進行預防性養(yǎng)護
2、,能夠有效提高路面的使用壽命[2],具有良好的經濟效益,改善了出行的安全性,給道路使用者帶來的交通延誤降至最低[3]。
上世紀八十年代,法國首次應用Novachip于實際施工中,是世界上采用超薄磨耗層混合料路面最早的國家[4]。之后的幾十年,歐洲其他國家也相繼出現(xiàn)超薄混合料瀝青混凝土路,美國科氏公司于1992年取得Novachip技術的使用權限,并引進相關設備[5]。張新波[6]等擬定了5條級配曲線,并對超薄瀝青混凝土SAC-10進行了分析研究,證明了其永久變形能力的優(yōu)越性。
本文基于前人相關理論研究,選取特定的實驗材料及環(huán)境,并結合實際工程概況,對超薄磨耗層混合料的相關性能進行了測試,通
3、過對混合料最佳配合比的設計,得到了最佳的瀝青用量,最后對其在試驗路段性能的檢測,驗證了瀝青混合料的實用性,為今后的設計施工提供數(shù)據(jù)支持。
1 實驗原料及施工概況
實驗選取G25長深公路柳城至熱水段,東起藍口鎮(zhèn),向東北延伸至梅河高速,地形復雜多變,公路兩側地下水含量豐富,路面裂縫水主要存在于風化裂縫中,受降雨影響較大。選用SBS改性瀝青,其相關實驗指標及要求如表 1 SBS改性瀝青檢測值及技術要求所示。
表 1 SBS改性瀝青檢測值及技術要求
技術要求
單位
檢測值
規(guī)范值
閃點,≥
℃
330
250
軟化點,≥
℃
95
100
針入度,≥
0.1mm
5
4、2
50-80
質量變化,≤
%
0.09
±5
溶解度,≥
%
99.56
100
殘留針入度比,≥
%
83.5
70
延度,≥
cm
38
20
由表可得,SBS改性瀝青的延度38cm,溶解度99.56%,閃點330℃,符合實驗要求。
實驗選取三種粒徑大小的玄武巖作為粗集料用料,其分類為:1#料1-8mm、2#料9-16、3#料17-20mm,并對其進行密度及吸水率實驗,利用相關公式計算表觀相對密度,得到如表 2 吸水率及密度實驗結果所示。
表 2 吸水率及密度實驗結果
試樣編號
試樣質量(g)
毛體積相對密度(g/cm3)
表觀
5、相對密度(g/cm3)
吸水率(%)
實測值
平均值
實測值
平均值
實測值
平均值
1#
(1-8mm)
1
1325.25
2.854
2.859
2.685
2.585
1.55
1.54
2
1349.28
2.864
2.485
1.53
2#
(9-16mm)
1
1152.47
2.570
2.580
2.660
2.550
1.68
1.67
2
1132.07
2.590
2.440
1.66
3#
(17-20mm)
1
660.49
2.468
2.533
2.135
2.225
6、0.88
0.89
2
689.27
2.598
2.335
0.90
由表可知,粗集料的相對密度隨著試樣粒徑的增大而減小,也即相對密度與其粒徑大小呈反比關系,粗集料的吸水率分別為1.54%、1.67%以及0.89%,符合施工要求。
細集料和礦粉分別選取0-5mm粒徑大小的石灰?guī)r機制砂以及石灰?guī)r細粉,隨機抽測其相關指標,得到如表 3 礦粉平均粒徑及比表面實驗結果所示。
表 3 礦粉平均粒徑及比表面實驗結果
材料名稱
實驗次數(shù)
平均粒徑(μm)
比表面積
測試值
平均值
測試值
平均值
礦粉
1
30.2568
29.8129
1.35
1.36
7、2
29.3689
1.37
由表中數(shù)據(jù)可知,礦粉的比表面均值為1.36,平均粒徑為29.8129,測試結果,滿足實驗要求,明顯提高了膠漿的軟化點,對混合料的粘合強度有一定提升。
2 超薄磨耗層瀝青混合料配合比設計
2.1級配設計方法
表 4 Novachip瀝青混合料超薄磨耗層級配表
尺寸大小
篩孔通過率
5.25mmA型
9.89mmB型
18.58mmC型
18
90-100
70-90
100
15.32
40-60
50-70
60-80
3.59
20-35
15-28
70-75
6.68
15-24
20-27
8-12
8、0.27
6-9
10-15
5-10
0.091
3-6
3-6
3-6
適宜厚度
2.0-2.5
2.2-2.8
2.1-2.7
表 4為Novachip瀝青混合料超薄磨耗層級配表,由表中數(shù)據(jù)可知,A型級配所用集料的粒徑較小,不能滿足超薄磨耗層排水及空隙率的要求,故在B、C級配中選取較為合適的類型。由于實驗所用玄武巖的最大粒徑為20mm,故選擇C級配作為實驗用級配,并將其分為三檔料,其中第一、二檔為玄武巖,第三檔為石灰?guī)r,填料為礦粉,粒徑范圍分別為:第一檔17-20mm、第二檔5-16mm、第三檔0-5mm。
圖 1 超薄磨耗層級配曲線圖
圖 1 為超薄磨耗
9、層級配曲線圖,由圖可得,隨著篩網孔徑的變大,其通過率也隨之增大,當孔徑大小為18mm時通過率最大,達到級配的上限100%;當孔徑為20mm時,此時級配的下限到達最大值,為100%。
2.2 確定最佳瀝青用量
實驗拌和溫度為160℃,壓實溫度為150℃,利用旋轉壓實儀壓實成型,設置旋轉壓實次數(shù)為150次,得到如表 5 瀝青混合料旋轉壓實實驗結果所示。由表中數(shù)據(jù)可得,在4種油石比下,試件的穩(wěn)定度、空隙率等指標均符合相關技術要求,結合實際環(huán)境狀況,將瀝青膠結料含量為5%視為最佳瀝青用量。
表 5 瀝青混合料旋轉壓實實驗結果
編號
油石比(%)
相對密度(g/cm3)
流值(0.01mm
10、)
空隙率(%)
瀝青飽和度(%)
礦料間隙率(%)
穩(wěn)定度(kN)
膜厚
(μm)
實際
理論
1
5.1
2.536
2.584
2.32
8.95
36.5
23.4
9.15
8.22
2
5.3
2.546
2.651
2.991
11.32
48.23
26.3
9.99
9.21
3
5.5
2.235
2.569
3.32
11.71
52.1
23.1
9.25
10.21
4
5.9
2.653
2.489
4.23
12.06
48.32
21.02
9.16
11.87
5
11、
6.4
2.584
2.310
5.62
12.33
49.92
22.04
9.21
12.68
技術要求
-
實測
計算
2.0-4.2
≥10
40-59
≥20
>8.5
≥9.9
在溫度為70℃,輪壓1MPa條件下對瀝青路面進行高溫穩(wěn)定性實驗,實驗結果如表 6 Novachip瀝青混合料車轍實驗結果所示。
表 6 Novachip瀝青混合料車轍實驗結果
編號
平均溫度(℃)
t1(min)
t2(min)
d1(mm)
d2(mm)
DS(次/mm)
DS均值(次/mm)
1
69.9
50
65
2.55
2
12、.75
3250
3255
2
70.0
50
65
2.78
2.95
3650
3
70.1
50
65
2.66
2.91
2865
其中,t1、t2分別為實驗起止時間,d1、d2為車轍深度,DS為動穩(wěn)定度,由表可知,瀝青混合料的動穩(wěn)定度為3255次/mm,符合實驗技術要求,說明油石比5%是合理的。
對瀝青混合料進行謝倫堡瀝青析漏實驗,發(fā)現(xiàn)混合料的平均析漏損失率約為0.08%,滿足實驗技術要求,佐證了油石比5%的可行性。
3 Novachip超薄磨耗層路面性能評價
3.1降噪性能評價
對Novachip瀝青混合料超薄磨耗層進行噪音檢測,檢測
13、時實行全路段交通管制。與原路面噪音比較,得到如表 7 試驗路段與原路面車外噪音對比所示。
表 7 試驗路段與原路面車外噪音對比
車速
噪音平均值/dB(A)
噪音最大值/dB(A)
Novachip路面
原路面
降噪值
Novachip路面
原路面
降噪值
大車以70km/h行駛
81.2
82.1
-0.9
85
88
-3
大車以100km/h行駛
81.8
84.6
-2.8
88
93
-5
小車以70km/h行駛
72.1
77.8
-5.7
72
77
-5
小車以100km/h行駛
72.3
76.8
-4.5
14、
71
85
-14
由表中數(shù)據(jù)可知,車外噪音,無論是平均噪音還是最大噪音,Novachip路面都比原路面要小很多,降低噪音效果明顯。
3.2排水性能評價
表 8 路面雨天觀測對比表
降雨大小
車后水霧情況
路表積水情況
Novachip路面
原路面
Novachip路面
原路面
大雨
大量
大量水霧
無水膜
存在水膜
中雨
少量
出現(xiàn)水霧
無水膜
存在水膜
小雨
無
少量水霧
無水膜
表面濕滑
在不同的降雨環(huán)境下對瀝青混合料超薄磨耗層進行觀察,得到如表 8 路面雨天觀測對比表,由表可知,通過將路表積水與車后水霧情況向對比,發(fā)現(xiàn)Nov
15、achip路面車后水霧并未出現(xiàn)明顯減少,在大雨時未出現(xiàn)徑流和水膜。
4 結論
本文基于相關理論研究,結合具體施工事例,通過實驗的方式對Novachip瀝青混合料超薄磨耗層的構成及其路面性能進行了分析研究,得到了以下結論:
(1)闡述了瀝青的級配設計方法以及最佳用量,分析了混合料中瀝青與礦料間的相互關系,得到了最佳的級配比,并利用旋轉壓實儀將瀝青壓實成型,得到了最佳的油石比,并確定了此油石比下最佳的飽和度以及礦料間隙率等,最后通過高溫穩(wěn)定實驗以及謝倫堡析漏實驗的驗證,確定了5%油石比的可行性。
(2)對Novachip路面在降噪以及排水方面的效果進行了檢測,通過與原路面噪音進行對比
16、,發(fā)現(xiàn)無論是平均噪音還是最大噪音,Novachip路面均比原路面降噪效果好,Novachip路面排水能力要明顯優(yōu)于原路面。
參考文獻
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