Superpave沥青混合料路用性能
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SM A 属间断级配, 其受力效果主要依靠粗集料 形成的嵌挤结构, 粘结力的作用反而不明显, 劈裂实 验并不能真实反映 SMA 的受力特点。这种情况下, 用属劈裂性质的马歇尔试验作为评价 SMA 的力学 强度指标是否合理, 是值得探讨的问题。 2. 2 沥青混合料水稳定性
不同级配沥青混合料水稳定性试验结果如表 5 所示。
SM A -16 5. 6 6. 30
17. 89 38. 2 81. 0
S uperpave 4. 7 7. 79
16. 28 39. 8 74. 6
密度/ g·cm- 3 空隙率/ %
2. 482 0 3. 89
2. 510 8 3. 20
2. 418 7 3. 56
从表 4 可以看出, 密级配沥青混凝土 AC-16Ⅰ 的马歇尔稳定度最高, 其次为 Super pave 沥青混合 料, 沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 居第三。
1988 年, 鉴于当时公路设计理论和研究方法的 1991 年起在全美铺筑了大量 SMA 路面。SMA 以其
不足之处, 美国开展了 SHRP 计划( 战略公路研究 优良的耐久性、抗车辙性能和抗滑性能闻名于世。
计划) , 其中沥青研究项目经费占整个 SHRP 计划 经费的 1/ 3, 约 5×107 美元, 其研究成果之一就是提
沥青胶浆变软, 损失承载力时, 对行车荷载造成的永 久变形的抵抗力就主要依靠集料级配来提供。
密级配沥青混凝土的粗集料悬浮在细集料胶浆 中, 抗车辙能力受温度影响较大, 故动稳定度不高, Superpave 沥青混合料中粗集 料含量的增加, 有利 于粗集料之间互相嵌挤锁结, 形成一定程度的空间 骨架结构, 可以有效提高沥青混合料在行车荷载作 用下抵抗塑性变形的能力, 即提高沥青混合料的高 温稳定性, 但其仍属于连续级配, 4. 75 mm 以上粗 集料含量不如 SMA 多, 沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA 中 4. 75 m m 以上粗集料含量高达 75% , 粗集 料之间互相嵌挤锁结, 形成空间骨架结构, 细集料胶 浆只起到填充粗集料空隙作用, 即使细集料胶浆受 热变软, 对高温抗车辙能力造成的影响也很小, 是典 型的骨架-密实结构, 因此其高温稳定性最好。
表 5 沥青混合料水稳定性
类型
残留稳定度/ %
A C-16Ⅰ SM A -16 Superpave
82. 0 73. 6 87. 0
由表 5 可以看出, Super pave 沥青混 合料的水 稳定性较好, 其次为密级配沥青混凝土, 而沥青玛蹄 脂碎石混合料 SMA -16 的水稳定性位于第三。
在浇注式沥青混凝土的基础上研究发展的一种新型 1. 2 集料
沥青混合料。其后美国根据本国材料特性、设计理论
集料采用陕西产石灰岩, 矿粉由石灰岩磨细而
和方 法的不同, 对 SM A 作了大量 研究与改 进, 从 成。其指标如表 2 所示。
表 1 沥青混合料的性能指标
25℃针入度 / 0. 1mm
软化点 /℃
中国目前使用较多的 AC 型沥青混凝土, 属于 典型的密实-悬浮结构, 细集料胶浆多且致密, 在力 学性能上表现为马歇尔稳定度较高。Superpave 沥 青混合料级配中增加了粗集料含量, 相应的细集料 胶浆比例有所下降, 降低了沥青混合料的粘结力 C, 因此其马歇尔稳定度有所降低, 但还属于连续级配, 而沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 是间断级配, 粗 集料含量高, 沥青胶浆多, 中间尺寸集料含量少, 粘 结力 C 损失较多, 因此 SM A 的马歇尔稳定度最低。
SM A -16
0. 084
S uperp ave
0. 040
从试验结果看, 沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA 16 最好, 密级配沥青混凝土低温抗裂性能其次, 而 Superpave 沥青混合料居第三。
由于 Superpave 集料的“粗化”现象, 而沥青用 量却与密级配沥青混凝土相近, 因此其低温劲度偏 大, 会在一定程度上影响低温抗裂性能, 0℃弯曲应 变能偏低; 沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 虽然粗 集料含量高, 但其沥青含量高, 矿粉含量高, 形成致 密的沥青胶浆, 低温环境时能提供较好的低温延展 型, 因此沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A 的低温抗裂 性较好。 2. 4 沥青混合料高温稳定性
2 沥青混合料路用性能
2. 1 沥青混合料马歇尔试验 不同类型沥青混合料马歇尔试验结果如表 4 所示。 表 4 沥青混合料马歇尔试验
级配类型 最佳石油比/ % 马歇尔稳定度/ k N 矿料间隙率/ % 流值/ 0. 1mm 沥青饱和度/ %
A C-16Ⅰ 4. 7 9. 35
13. 85 30. 1 79. 0
高温稳定性试验采用 60℃车辙试验, 试验结果 如表 7 所示。
表 7 车辙试验
类型
动稳定度/ 次·m m- 1
A C -16Ⅰ
623
SM A -16
1 581
S uperp ave
877
沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 的动稳定度 显著高于密级配沥青混凝土, 而 Superpave 沥青混 合料动稳定度居二者中间。对沥青混合料而言, 高温 抗车辙能力受集料级配和沥青性能影响。夏天高温
从实验结果看, 虽然 SMA 和 Super pave 中 粗 集料含量较高, 但其水稳定性并不差。沥青混合料对 水损害的抵抗能力很大程度上取决于沥青与集料的 粘附性以及细集料胶浆是否充分填充了粗集料留下 的空隙, 即与剩余空隙率的大小有关。沥青粘附性及 填充效果越好, 水稳定性越好。在沥青与集料一致的 情况下, 水稳定性就与剩余空隙率有很大关系。密级 配沥青混凝土剩余空隙率为 3. 89% , SMA 剩余空 隙率为 3. 2% , Superpav e 剩余空隙率为 3. 56% , 也 就是说 SM A 和 Super pave 在粗集料含量高的情况 下同样形成了密实填充效果, 剩余空隙率小, 其相应 的水稳定性就好一些。 2. 3 沥青混合料低温抗裂性
6. 000
4. 000
10Fra Baidu bibliotek 000
从 表 3 可 以 看 出, 沥 青 玛 蹄脂 碎 石 混 合 料 SMA -16 和 Super pave 沥青混合料与密级配沥青混 凝土 AC-16Ⅰ相比, 显著特点就是集料粒径明显“粗 化”, 混合料中粗集料含量较多, 且 SM A 为间断级 配, 矿粉含量很高。这些变化将从总体上影响沥青混 合料的路用性能。
Abstract: T he test s o f SMA and Super pave bit um inous m ix t ur e perf orm ance w er e carr ied out , included Marshall stability , hig h t emperat ure rut ting, l ow t emperat ure crack r esist ance, w at er st abil it y , fat igue resist ance and skid resistance. SM A and Superpave bit uminous m ixt ure w as co mpared w ith dense-grad-asphalt -co ncrete. T he result s indicat e t hat SMA and Superpav e bitumino us mix t ure have a go od road perf orm ance, and t heir life can be prol ong ed, it is a kind o f hig her pef ormance bit um inous mix t ure pavement . Key words: road engineering; Superpav e bituminous mix t ure; SM A; dense grad asphalt concret e; perf orm ance
第 23 卷 第 5 期 2003 年 9 月
长安大学学报( 自然科学版)
Journal of Chang ′an Universit y ( Natural Science Editio n)
Vo l. 23 No. 5 Sep. 2003
文章编号: 1671-8879( 2003) 05-0021-03
/ g·cm- 3 / % 磨耗值/ % 含量/ %
/%
亲水 系数
集料 2. 721 4 19. 2 24. 3
9. 1 61 22. 7
/
矿粉 2. 689 7 /
/
/
/
/ 0. 756 8
1. 3 级配类型 采用密级配沥青混凝土 AC-16Ⅰ、沥青玛蹄脂
碎石混合料 SMA -16 及 Superpave 沥青混合料三种 级配类型, 级配时采用逐级回配的方法以中值为目 标级配, 如表 3 所示。
Superpave 沥青混合料路用性能
彭 波, 田见效, 陈忠达
( 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064)
摘 要: 通过试验研究, 系统分析了 Superpav e 和 SM A 沥青混合料的路用性能, 包括马歇尔稳定 度、水稳定性、低温抗裂性、高温稳定度、疲劳耐久性和抗滑性能, 并与密级配沥青混凝土进行了对 比分析。结果表明, Superpav e 和 SM A 沥青混合料具有较好的路用性能, 可以改善沥青路面使用品 质, 延长使用寿命, 具有较好的经济和社会效益, 是一种性能优良的沥青路面类型。 关键词: 道路工程; Super pave 沥青混合料; SM A; 密级配沥青混凝土; 路用性能 中图分类号: U414. 75 文献标识码: A
1 原材料性能
出了一种新的、性能优良的 Superpave 沥青混合料。 1. 1 沥青
沥 青 玛 蹄 脂 碎 石 混 合 料 ( Stone Matrix
采用盘锦重交通道路石油沥青 AH-90, 其指标
Asphalt , 简称 SM A ) , 是 20 世纪 60 年代中期德国 如表 1 所示。
表 3 沥青混合料级配
筛孔尺寸 /mm
A C-16Ⅰ
级配/ % Superave
S M A -16
19. 000
100. 000
100. 000
100. 000
16. 000
9. 750
95. 000
95. 000
13. 200
82. 500
82. 500
9. 500
68. 000
70. 000
55. 000
Road performance of Superpave bituminous mixture
P EN G B o, T IA N J ian-x iao, CH E N Zhong -da
( Schoo l o f Highw ay , Chang ′an U niv er sity , X i′an 710064, China)
4. 750
52. 500
46. 000
25. 000
2. 360
41. 000
31. 500
20. 000
1. 180
29. 500
20. 000
18. 000
0. 600
22. 000
13. 500
/
0. 300
16. 000
10. 500
12. 500
0. 150
11. 000
7. 000
/
0. 075
25℃延度 / cm
25℃密度 / g ·cm- 3
含蜡量 /%
薄膜加热试验( 163℃, 5 h ) 质量损失/ % 针入度比/ % 25℃延度/ cm
T 1.2/ ℃
T 800/ ℃
91
47. 2
> 100
1. 020 3
2. 2
0. 003
65. 3
> 100
- 18. 4
48. 6
注: T 1. 2, T 800中相关系数 R = 0. 998。
收稿日期: 2002-10-03 作者简介: 彭 波( 1970-) , 男, 陕西西安人, 长安大学讲师, 硕士.
2 2 长安大学学报( 自然科学版) 2003 年
表 2 集料物理性能指标
指标
类型 密度 压碎值 洛杉矶 扁平状
冲击值
磨光值
三种级配类型沥青混合料低温抗裂性能采用切 口小梁能量法来评价, 试验结果如表 6 所示。
第 5 期 彭 波, 等: Superpave 沥青混合料路用性能 2 3
表 6 沥青混合料 0℃弯曲应变能
类型 A C -16Ⅰ
0℃弯曲应变能/ kJ·m - 3 0. 060
不同级配沥青混合料水稳定性试验结果如表 5 所示。
SM A -16 5. 6 6. 30
17. 89 38. 2 81. 0
S uperpave 4. 7 7. 79
16. 28 39. 8 74. 6
密度/ g·cm- 3 空隙率/ %
2. 482 0 3. 89
2. 510 8 3. 20
2. 418 7 3. 56
从表 4 可以看出, 密级配沥青混凝土 AC-16Ⅰ 的马歇尔稳定度最高, 其次为 Super pave 沥青混合 料, 沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 居第三。
1988 年, 鉴于当时公路设计理论和研究方法的 1991 年起在全美铺筑了大量 SMA 路面。SMA 以其
不足之处, 美国开展了 SHRP 计划( 战略公路研究 优良的耐久性、抗车辙性能和抗滑性能闻名于世。
计划) , 其中沥青研究项目经费占整个 SHRP 计划 经费的 1/ 3, 约 5×107 美元, 其研究成果之一就是提
沥青胶浆变软, 损失承载力时, 对行车荷载造成的永 久变形的抵抗力就主要依靠集料级配来提供。
密级配沥青混凝土的粗集料悬浮在细集料胶浆 中, 抗车辙能力受温度影响较大, 故动稳定度不高, Superpave 沥青混合料中粗集 料含量的增加, 有利 于粗集料之间互相嵌挤锁结, 形成一定程度的空间 骨架结构, 可以有效提高沥青混合料在行车荷载作 用下抵抗塑性变形的能力, 即提高沥青混合料的高 温稳定性, 但其仍属于连续级配, 4. 75 mm 以上粗 集料含量不如 SMA 多, 沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA 中 4. 75 m m 以上粗集料含量高达 75% , 粗集 料之间互相嵌挤锁结, 形成空间骨架结构, 细集料胶 浆只起到填充粗集料空隙作用, 即使细集料胶浆受 热变软, 对高温抗车辙能力造成的影响也很小, 是典 型的骨架-密实结构, 因此其高温稳定性最好。
表 5 沥青混合料水稳定性
类型
残留稳定度/ %
A C-16Ⅰ SM A -16 Superpave
82. 0 73. 6 87. 0
由表 5 可以看出, Super pave 沥青混 合料的水 稳定性较好, 其次为密级配沥青混凝土, 而沥青玛蹄 脂碎石混合料 SMA -16 的水稳定性位于第三。
在浇注式沥青混凝土的基础上研究发展的一种新型 1. 2 集料
沥青混合料。其后美国根据本国材料特性、设计理论
集料采用陕西产石灰岩, 矿粉由石灰岩磨细而
和方 法的不同, 对 SM A 作了大量 研究与改 进, 从 成。其指标如表 2 所示。
表 1 沥青混合料的性能指标
25℃针入度 / 0. 1mm
软化点 /℃
中国目前使用较多的 AC 型沥青混凝土, 属于 典型的密实-悬浮结构, 细集料胶浆多且致密, 在力 学性能上表现为马歇尔稳定度较高。Superpave 沥 青混合料级配中增加了粗集料含量, 相应的细集料 胶浆比例有所下降, 降低了沥青混合料的粘结力 C, 因此其马歇尔稳定度有所降低, 但还属于连续级配, 而沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 是间断级配, 粗 集料含量高, 沥青胶浆多, 中间尺寸集料含量少, 粘 结力 C 损失较多, 因此 SM A 的马歇尔稳定度最低。
SM A -16
0. 084
S uperp ave
0. 040
从试验结果看, 沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA 16 最好, 密级配沥青混凝土低温抗裂性能其次, 而 Superpave 沥青混合料居第三。
由于 Superpave 集料的“粗化”现象, 而沥青用 量却与密级配沥青混凝土相近, 因此其低温劲度偏 大, 会在一定程度上影响低温抗裂性能, 0℃弯曲应 变能偏低; 沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 虽然粗 集料含量高, 但其沥青含量高, 矿粉含量高, 形成致 密的沥青胶浆, 低温环境时能提供较好的低温延展 型, 因此沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A 的低温抗裂 性较好。 2. 4 沥青混合料高温稳定性
2 沥青混合料路用性能
2. 1 沥青混合料马歇尔试验 不同类型沥青混合料马歇尔试验结果如表 4 所示。 表 4 沥青混合料马歇尔试验
级配类型 最佳石油比/ % 马歇尔稳定度/ k N 矿料间隙率/ % 流值/ 0. 1mm 沥青饱和度/ %
A C-16Ⅰ 4. 7 9. 35
13. 85 30. 1 79. 0
高温稳定性试验采用 60℃车辙试验, 试验结果 如表 7 所示。
表 7 车辙试验
类型
动稳定度/ 次·m m- 1
A C -16Ⅰ
623
SM A -16
1 581
S uperp ave
877
沥青玛蹄脂碎石混合料 SM A-16 的动稳定度 显著高于密级配沥青混凝土, 而 Superpave 沥青混 合料动稳定度居二者中间。对沥青混合料而言, 高温 抗车辙能力受集料级配和沥青性能影响。夏天高温
从实验结果看, 虽然 SMA 和 Super pave 中 粗 集料含量较高, 但其水稳定性并不差。沥青混合料对 水损害的抵抗能力很大程度上取决于沥青与集料的 粘附性以及细集料胶浆是否充分填充了粗集料留下 的空隙, 即与剩余空隙率的大小有关。沥青粘附性及 填充效果越好, 水稳定性越好。在沥青与集料一致的 情况下, 水稳定性就与剩余空隙率有很大关系。密级 配沥青混凝土剩余空隙率为 3. 89% , SMA 剩余空 隙率为 3. 2% , Superpav e 剩余空隙率为 3. 56% , 也 就是说 SM A 和 Super pave 在粗集料含量高的情况 下同样形成了密实填充效果, 剩余空隙率小, 其相应 的水稳定性就好一些。 2. 3 沥青混合料低温抗裂性
6. 000
4. 000
10Fra Baidu bibliotek 000
从 表 3 可 以 看 出, 沥 青 玛 蹄脂 碎 石 混 合 料 SMA -16 和 Super pave 沥青混合料与密级配沥青混 凝土 AC-16Ⅰ相比, 显著特点就是集料粒径明显“粗 化”, 混合料中粗集料含量较多, 且 SM A 为间断级 配, 矿粉含量很高。这些变化将从总体上影响沥青混 合料的路用性能。
Abstract: T he test s o f SMA and Super pave bit um inous m ix t ur e perf orm ance w er e carr ied out , included Marshall stability , hig h t emperat ure rut ting, l ow t emperat ure crack r esist ance, w at er st abil it y , fat igue resist ance and skid resistance. SM A and Superpave bit uminous m ixt ure w as co mpared w ith dense-grad-asphalt -co ncrete. T he result s indicat e t hat SMA and Superpav e bitumino us mix t ure have a go od road perf orm ance, and t heir life can be prol ong ed, it is a kind o f hig her pef ormance bit um inous mix t ure pavement . Key words: road engineering; Superpav e bituminous mix t ure; SM A; dense grad asphalt concret e; perf orm ance
第 23 卷 第 5 期 2003 年 9 月
长安大学学报( 自然科学版)
Journal of Chang ′an Universit y ( Natural Science Editio n)
Vo l. 23 No. 5 Sep. 2003
文章编号: 1671-8879( 2003) 05-0021-03
/ g·cm- 3 / % 磨耗值/ % 含量/ %
/%
亲水 系数
集料 2. 721 4 19. 2 24. 3
9. 1 61 22. 7
/
矿粉 2. 689 7 /
/
/
/
/ 0. 756 8
1. 3 级配类型 采用密级配沥青混凝土 AC-16Ⅰ、沥青玛蹄脂
碎石混合料 SMA -16 及 Superpave 沥青混合料三种 级配类型, 级配时采用逐级回配的方法以中值为目 标级配, 如表 3 所示。
Superpave 沥青混合料路用性能
彭 波, 田见效, 陈忠达
( 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064)
摘 要: 通过试验研究, 系统分析了 Superpav e 和 SM A 沥青混合料的路用性能, 包括马歇尔稳定 度、水稳定性、低温抗裂性、高温稳定度、疲劳耐久性和抗滑性能, 并与密级配沥青混凝土进行了对 比分析。结果表明, Superpav e 和 SM A 沥青混合料具有较好的路用性能, 可以改善沥青路面使用品 质, 延长使用寿命, 具有较好的经济和社会效益, 是一种性能优良的沥青路面类型。 关键词: 道路工程; Super pave 沥青混合料; SM A; 密级配沥青混凝土; 路用性能 中图分类号: U414. 75 文献标识码: A
1 原材料性能
出了一种新的、性能优良的 Superpave 沥青混合料。 1. 1 沥青
沥 青 玛 蹄 脂 碎 石 混 合 料 ( Stone Matrix
采用盘锦重交通道路石油沥青 AH-90, 其指标
Asphalt , 简称 SM A ) , 是 20 世纪 60 年代中期德国 如表 1 所示。
表 3 沥青混合料级配
筛孔尺寸 /mm
A C-16Ⅰ
级配/ % Superave
S M A -16
19. 000
100. 000
100. 000
100. 000
16. 000
9. 750
95. 000
95. 000
13. 200
82. 500
82. 500
9. 500
68. 000
70. 000
55. 000
Road performance of Superpave bituminous mixture
P EN G B o, T IA N J ian-x iao, CH E N Zhong -da
( Schoo l o f Highw ay , Chang ′an U niv er sity , X i′an 710064, China)
4. 750
52. 500
46. 000
25. 000
2. 360
41. 000
31. 500
20. 000
1. 180
29. 500
20. 000
18. 000
0. 600
22. 000
13. 500
/
0. 300
16. 000
10. 500
12. 500
0. 150
11. 000
7. 000
/
0. 075
25℃延度 / cm
25℃密度 / g ·cm- 3
含蜡量 /%
薄膜加热试验( 163℃, 5 h ) 质量损失/ % 针入度比/ % 25℃延度/ cm
T 1.2/ ℃
T 800/ ℃
91
47. 2
> 100
1. 020 3
2. 2
0. 003
65. 3
> 100
- 18. 4
48. 6
注: T 1. 2, T 800中相关系数 R = 0. 998。
收稿日期: 2002-10-03 作者简介: 彭 波( 1970-) , 男, 陕西西安人, 长安大学讲师, 硕士.
2 2 长安大学学报( 自然科学版) 2003 年
表 2 集料物理性能指标
指标
类型 密度 压碎值 洛杉矶 扁平状
冲击值
磨光值
三种级配类型沥青混合料低温抗裂性能采用切 口小梁能量法来评价, 试验结果如表 6 所示。
第 5 期 彭 波, 等: Superpave 沥青混合料路用性能 2 3
表 6 沥青混合料 0℃弯曲应变能
类型 A C -16Ⅰ
0℃弯曲应变能/ kJ·m - 3 0. 060