浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析
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橡胶沥青混合料疲劳性能影响因素摘要:由于重复荷载作用的疲劳损坏是沥青路面众多病害中的一种,影响沥青混合料疲劳性能的因素很多。
轮胎作为一种化学产物,在自然状态下不可能被降解,如果放置野外或埋入地下,不仅会对土地的利用造成浪费,还有可能污染地下水。
如果采取焚烧处理,对空气的污染会更大。
在国内道路修建时,由于橡胶沥青的优良性能,经常用作沥青路面的沥青材料。
然而橡胶沥青路面经常由于其过度疲劳,而产生各种病害。
总体而言,沥青原材料的主要性能指标对沥青混合料的疲劳性能的影响破坏一般要小于沥青混合料的主要性能指标对沥青混合料的疲劳性能的影响破坏。
关键词:橡胶沥青混合料;疲劳性能;影响因素引言道路建设是国家的根本基础建设,只有将基础建设做好,国家的经济才能飞速发展,人民才能安居乐业。
所以,加强道路建设,加速运输行业的发展,另国民经济都得以良好发展,才是我们的最终目的。
1沥青的概述1.1沥青的种类沥青混合料疲劳寿命的类型和硬度基本上可以用来衡量沥青混合料力学特性对沥青混合料疲劳性能的影响。
高针入度沥青的混合料疲劳寿命比低入度沥青混合料的疲劳寿命要短,沥青越硬,沥青混合料的劲度模量越大,疲劳寿命越长,这主要适用于应力疲劳试验。
对应变疲劳试验,沥青越软,混合料的疲劳寿命越长。
在一定的沥青用量下,沥青软化点越高,混合料的疲劳寿命越长。
试验结果表明,改性沥青对混合料的疲劳性能有一定的改善作用。
沥青混合料施工中的重要指标是指黏度,黏度或旋转黏度与沥青混合料的疲劳性能有一定的关联。
1.2黏结强度沥青路面的破坏,包括泛油、坑槽、龟裂和各种水损害均来自于沥青黏附性的丧失,导致层间材料不能提供足够的抗剪强度和黏结强度。
同时在高等级公路施工中,对于层间采用何种材料进行处理,规范中缺少明确的指导建议,导致路面工程中层间结合问题层出不穷,严重影响行车安全性,缩短路面的使用寿命。
为解决超薄层罩面、桥面铺装及“白改黑”路面等一系列薄层间黏结问题,沥青混凝土路面的开裂主要是从石料与沥青界面之间开始的,在久而久之的往复应力作用下,首先受到的冲击的即为沥青与石料的裹附力,而这种疲劳性能反映至细观层面即为黏结性能,这里的黏结性能大多是单次破坏,但往复作用通常是无数个单次作用的结果,找到合适的层间材料黏结效果是减少沥青路面疲劳破坏的有效途径。
沥青混合料的疲劳试验及其影响因素摘要:疲劳特性的研究方法概括起来包括两种即现象学法和力学近似法。
应用现象学法主要是进行疲劳试验,得出疲劳寿命与施加应力或应变的关系。
力学近似法是将应力状态的改变作为开裂、几何尺寸及边界条件、材料特性及其统计变异性的结果来考虑,并对裂缝的扩展和材料中疲劳的重分布所起的作用进行分析,从而它有助于人们认识破坏的形成和发展的机理。
关键词:沥青混合料疲劳特性现象学法力学近似法1 概述路面使用期间,在气侯环境因素和车轮荷载的重复作用下,损伤逐渐累积,路面结构强度逐渐下降,当荷载作用次数超过一定次数之后,在荷载作用下路面内产生的应力就会超过性能下降后的结构抗力,使路面出现裂纹,产生疲劳断裂破坏。
这是由于材料内部存在缺陷或非均匀性,引起应力集中而出现微裂隙,应力的反复作用使微裂隙逐渐扩展、汇合,从而不断减少有效的承受应力的面积,造成材料的刚度和强度逐步下降,最终在反复作用一定次数后导致破坏。
材料抵抗疲劳破坏的能力,可用达到疲劳破坏时所能经受的重复应力大小(或称疲劳强度)和作用次数(称为疲劳寿命)来表示。
疲劳破坏是当前沥青路面破坏的主要形式之一。
沥青路面的耐久性是指沥青路面在使用过程中承受各种外界因素的作用,其性质能保持稳定或较小发生变化的特性。
沥青混合料的抗疲劳性能是评价沥青路面耐久性的一个重要指标。
2沥青混合料的疲劳试验疲劳破坏作为沥青路面的三大破坏形式之一,人们对其试验研究方法给予了很大的关注,归纳起来可以分为四类:一是实际路面在真实行车荷载作用下的疲劳破坏试验,如美国的AASHO试验路,历时三年才完成;二是足尺路面结构在模拟行车荷载作用下的疲劳试验,包括环道试验和加速加载试验,如南非的重型车辆模拟车(HVS )、澳大利亚和新西兰的加速加载设备(ALF )、美国华盛顿州立大学的室外大型环道、长沙理工大学的亚洲最大的路面直道实验中心和重庆公路研究所的室内大型环道疲劳试验等;三是试板试验法;四是室内小型试件的疲劳试验。
广西南友公路沥青混合料路用性能的影响因素与试验分析二航局四公司汪继平摘要:据南友高速公路沿线的气候、水文地质等情况分析影响沥青混合料路用性能的主要因素,根据矿料级配试验研究的成果,提出采取的级配范围。
关键词:沥青混合料路用性能影响因素改善措施级配试验1工程概况国道主干线衡阳-昆明公路支线南宁至友谊关公路主线全长179.19km,联线长41.848km,为广西首条采用全沥青路面的高速公路,工程于2003年底开工,要求2005年10月1日前竣工通车。
南友公路位于北回归线以南,属亚热带季风气候,年平均降雨量1400mm以上,年平均日照1700h以上,年平均气温21~22.1℃,年无霜期352d,年平均蒸发量1350mm。
根据沿线的气象条件,按文献[1],南友路属于东南湿热区中的华南沿海台风区(VI7);按照文献[2]附录A的沥青路面施工气候分区,广西属于热区,最低月平均气温>0℃,另外根据广西南宁地区的降雨量>1000mm,属于多雨潮湿地区。
根据文献[3]的沥青路用性能气候分区,广西南宁地区属夏炎热冬温区1-4区。
在这样的气候条件下,高温、降雨以及重车渠化等将是影响沥青混合料路用性能的主要因素,沥青混合料需着重考虑高温稳定性、水稳性、耐久性以及面层的抗滑性能。
下面就影响沥青混合料路用性能的主要因素结合南友公路的特点作出级配的试验研究,并提出一些建议和改善措施,为沥青面层的施工提供参考。
2 沥青混合料路用性能的影响因素2.1沥青混合料沥青混合料是用具有一定粘度和适当用量的沥青材料与一定级配的矿质集料经过充分拌和而形成的混合物。
其路用性能主要有:高温稳定性、水稳定性、抗疲劳性能、耐久性、低温抗开裂性能、表面特性。
影响沥青混合料路用性能的因素是多方面的,其中矿料的级配组成较为关键,从使用性能上来说,骨架密实结构是最理想的级配组成。
2.2.影响沥青混合料路用性能的主要因素2.2.1集料级配沥青混合料高温稳定性的形成机理来源于沥青结合料的高温粘性和矿料级配的嵌挤作用,提高矿料的嵌挤作用是改善沥青混合料高温稳定性的主要途径。
浅谈影响沥青混凝土路面施工质量的主要因素浅谈影响沥青混凝土路面施工质量的主要因素摘要:阐述影响沥青混凝土路面施工质量的主要因素,针对稳定度、压实度、平整度等对施工质量的影响提出相应的处理措施,同时对其影响程度进行评价,以期为类似工程提供参考和借鉴。
关键词:沥青混凝土施工影响因素引言我在文山至马关至都龙二级公路改建工程施工中,针对该工程的施工对相关资料进行了查阅,从中得到的体会:优良的沥青混凝土路面应具有高温稳定性好、低温抗裂性好、长久的使用寿命以及行车的舒适性及安全性等使用性能。
为了满足上述设计要求,我项目部在路面工程的施工过程中,保证马歇尔稳定度及其物理力学指标、平整度和压实度达到规范要求的标准。
现就影响沥青砼路面的施工质量主要因素进行分析并提出措施如下:一、稳定度稳定度是指沥青混凝土抵抗变形的能力。
造成稳定度不足的原因主要是:各种材料的质量及性质、混合料的配合比、沥青含量、沥青砼的压实度。
1、各种材料的质量及性质1.1、集料:首先必须保证其压碎值、磨光值(上面层的要求)、吸水率、与沥青的粘结力、针片状含量、含泥量及视密度、含水量等项指标满足规范要求;此外,集料应采用有足够破碎面的立方形颗粒,颗粒表面应具有较粗糙的纹理,若集料为酸性右料,则应加入抗剥落剂。
1.2、沥青:应采用道路石油沥青,其各项指标应符合规范要求,且应根据不同气温条件的地区采用不同标号的沥青。
1.3、在加工或采购材料时应严格控制质量,应禁止泥砂、软石、杂质等混入所用材料中,堆放材料要符合要求。
2、混合料的配合比2.1、应根据所采用集料的级配试算出各种规格集料的配合比,使混合料的颗粒组成接近规定级配范围的中值;并用马歇尔试验确定最佳沥青含量。
2.2、对所采用集料,应分级堆码,以保证各种材料的级配在拌合过程不至于出现大的变化。
同时,应对集料堆放场地面作硬化处理,以避免地面的混渣进入拌合缸内。
2.3、在配合比设计中,对天然砂的用量应慎重考虑。
总第190期公路与汽运H ig h w a y s A Autom otive A p p lica tio n s121浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析孟华君(佛山市公路桥梁工程监测站有限公司,广州佛山528041)摘要:浇筑式(G A)沥青混合料的抗疲劳特性对桥面铺装结构的使用寿命有重要影响。
文中通过四点弯曲疲劳试验,分析沥青类型、油石比、应变水平及拌和温度等因素对G A沥青混合料劲度模量、加载次数、滞后角的影响。
结果显示,随沥青结合料用量的增加,G A沥青混合料的劲度模量呈下降趋势,破坏时的疲劳加载次数和滞后角呈增加趋势;随应变水平的增加,劲度模量和疲劳加载次数呈下降趋势;随拌和温度的升高,G A沥青混合料的劲度模量呈增加趋势、滞后角呈下降趋势,180〜240°C时温度变化对滞后角的影响显著,240〜260C时滞后角变化较平缓;合理调整最佳沥青用量或控制拌和温度,能降低或避免G A沥青混合料老化问题,提高桥面铺装结构的整体刚度,延长其使用寿命。
关键词:桥梁;浇筑式(G A)沥青混合料;疲劳性能;应变水平;拌和温度;滞后角中图分类号:U443.33 文献标志码:A文章编号:1671— 2668(2019)01— 0121— 05浇筑式(G A)沥青混合料已在国外得到广泛应用,国内近年来在桥面铺装、防水结构层中提出了推荐应用计划,对G A沥青混合料的研究也逐渐得到重视。
张文等研究了沥青和改性剂类型等对沥青混合料路用性能的影响,提出采用高粘度S B S改性沥青作为胶结料,并给出了沥青复合掺配技术参数;薛听等分析了G A沥青混合料的应用现状及存在的问题;向源等分析了G A沥青混合料的高温稳定特性,提出级配变化对混合料高温性能的影响较小,而沥青用量、填料用量及温度对其影响显著;聂文等分析了不同施工工艺下G A沥青混合料的疲劳特性,指出拌和时间是影响其冲击韧性指标的关键因素。
目 前,钢桥面铺装结构存在许多问题,尤其是重载交通下的车辙、裂缝现象,如山东胜利黄河大桥局部出现网状裂缝和横、纵裂缝,江阴长江大桥通车早期就出现一系列病害。
研究显示,G A沥青混合料的主要问题在于其耐久性不足和荷载与局部环境反复作用下的疲劳破坏。
该文通过四点弯曲疲劳试验,分析沥青类型、油石比、应变水平及拌和温度等对G A沥青混合料劲度模量、加载次数及滞后角的影响,为实体工程应用提供技术支持。
1试验材料及方案!1原材料G A沥青混合料中沥青含量较高,要求沥青在高温下具备良好的流动性、和易性。
试验选用国内常用的30+、0+沥青为基质沥青,采用天然湖沥青T L A(见表1)和S B S改性剂对其复合改性。
粗集料选用玄武岩,细集料选择石灰岩水洗机制砂,矿粉为石灰岩(见表2)。
表 1 T L A的技术指标试验项目试验结果规范要求针人度(25°C ,100g,5s)/(0.1m m) 3.10〜5软化点/C91.90灰分/I37.1733!38密度(25°C)/(g •c m3) 1.262实测表2矿粉的检测结果试验项目试验结果规范要求表观密度/(g •c m3) 2.728.2.5塑性指数/I 2.4#4亲水系数0.50<0.81#沥青胶结料配比与级配设计目前常用的G A沥青胶结料为硬质沥青30+、50+等,通过掺加一定量湖沥青或岩沥青进行改性。
采用30+、0+基质沥青,通过添加T L A和S B S改性剂进行改性,配比分别为A H30++T L A+S B S (69%+25%+6%)、A H70++T L A+S B S(60% + 35%+5%),其检测结果见表3。
选择德国生产的P M B25作为对比产品。
122公路与汽运2019年1月表 3 A H30* +T L A+S B S和A H70* +T L A+S B S沥青性能检测结果沥青类型针人度(25°C,100g,5 s)/(0.1 m m)软化点T rab/〇C延度(10°C,5c m/m i n) /c m弹性恢复率(25 C)/%闪点/c离析试验(软化点差)/°cA H30+ +T L A+SB S268236652921/A H70+ +T L A+SB S307848722800.5规范要求10!!0.72.10.50.240(2鉴于目前中国对于G A沥青混合料级配设计无标准级配设计范围,确定表!所示G A—10沥青混完善的技术标准,参照德国、日本和俄罗斯等国家的合料合成级配。
表4级配组成通过下列筛孔(++)的百分率/I级配类型----------------------------------------------------------------------------------0.0750.150.30.6 1.18 2.36 4.759.513.2级配上限2024273238486380100级配下限30364046526380100100G A-1028.234/37.543.047.958.274.198.2100!3疲劳试验方案与普通沥青混合料相比,G A中粗集料偏少,填料、细集料、沥青含量较高,结构空隙率低于11(具有良好的粘弹性),流动度较好,施工温度为220! 240C,属于悬浮密实结构,力学强度与沥青胶结料性能密切相关。
实践显示,G A沥青混合料易出现疲劳裂缝,严重影响桥面结构层的使用寿命。
加州伯克利分校、美国沥青协会、S H R P等针对沥青混合料的疲劳性能进行了三分点小梁弯曲疲劳试验、间接拉伸(劈裂)试验和四点弯曲试验等,S H R P通过对各试验方法的参数进行敏感性可靠度分析,提出四点弯曲疲劳试验对沥青胶结料的敏感性较强。
采用该试验方法对G A沥青混合料进行疲劳性能检测,试验按M T G E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行。
采用U T M—100电动液压伺服试验机,采取正弦波应变控制模式,频率10H z,温度15°C,试件标准尺寸为385m m X65 m m X50m m。
通过加载次数、应变值、劲度模量、滞后角、耗散能等指标对G A沥青混合料的疲劳性能进行分析。
2试验结果分析2.1沥青胶结料影响因素分析动态劲度模量越大,相同条件下沥青路面的应力与应变比值越大,承受的荷载越大,应变变形降低。
采用8.0%、8.5%和9.0%3种沥青用量,应变水平取600,分析沥青胶结料用量和类型对G A 沥青混合料劲度模量的影响,结果见图1。
加载次数/(x l O5次)(a)沥青用量8.0%(c)沥青用量9.0%图1沥青胶结料用量和类型对G A沥青混合料劲度模量的影响2019年第1期孟华君:浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析123时的滞后角分别为31.8和36d e g 。
2)随加载次数增加,滞后角呈逐渐增加趋势。
说明相同沥青用量 条件下,G A 沥青混合料的滞后性随疲劳作用次数 增加越显著,沥青混合料中粘性成分增加,可恢复的 弹性成分降低。
P M B 25沥青的滞后角随加载次数 变化的敏感性高于AH 70+、AH 30+沥青。
2.3应变水平影响因素分析选择600、800、1 200和1 400 4种应变水平,油石比8.0%,分析不同应变水平下GA沥青混合料劲度模量随加载次数的变化情况,结果见图3、图4。
由图3、图4可知')应变水平对劲度模量有显著影响,随应变水平增加劲度模量呈下降趋势,且随疲劳加载次数增加二者差异越大。
说明应变水平提 高劣化了 G A 沥青混合料的疲劳寿命,对于桥面铺 装结构,应严格控制桥面结构总的弯曲变形程度。
以AH 70+ +T L A +S B S为例,应变水平为600和1 200…时,初始劲度模量分别为9 453和9 155M P a,加载次数为4.5X 105次时劲度模量分别为5 120和4 358 MP a,且二者的疲劳寿命为6.25X105和4.5X 105次,相差约28%。
2)加载次数随着应变水平的增加显著下降,二者呈幂函数关系(见表5)。
其中A H 70+沥青的曲线斜率最大,A H 30+沥青次之,PM B 25沥青最小,说明AH 70+沥青受应变水平A H 70*+T L A +S BS -8.0%A H 30*+T L A +S BS -8.0%P MB 25-8.0%0.5 1.0 1.5加载次数/(x 105次) (a )沥青用量8.0%2.0A H 70*+T L A +S BS -8.5%A H 30*+T L A +S BS -8.5%P MB 25-8.5%0.51.0 1.5加载次数/(x 105次) (b )沥青用量8.5%2.0图2不同沥青用量下G A 沥青混合料滞后角试验结果由图2可知')随油石比增加,滞后角增大。
说明沥青用量增加,提高了 GA沥青混合料沥青胶 浆组分比例,沥青膜厚度增加,混合料粘性成分增 加,在荷载作用下产生变形的滞后性更显著。
如A H 70+沥青,油石比为8.0%和8.5%时,加载破坏由图1可知')随沥青用量的增加,G A 沥青混 合料的初始劲度模量呈下降趋势,达到50%初始劲 度模量的疲劳作用次数先增加后下降。
这与沥青混 合料的最佳沥青用量有关,超过最佳用量,其疲劳寿命显著下降。
以A H 70++T L A + S B S 为例,油石 比8.5%时,疲劳作用次数为12X 105次,与8.0%和 9.0%时相比分别提高92%和20%。
2)劲度模量随 累积加载次数的增加呈线性下降趋势,且随油石比 的增加,累积加载次数增加,但不同沥青类型间的变 化程度不一致。
合理沥青用量下,采用AH 70+ + T L A +S B S 改性的G A 沥青砼的疲劳特性最佳, AH 30++T L A + S B S 次之,PMB 25的最差。
采用 硬质沥青TLA + S B S 复合改性的G A 沥青砼的劲 度模量远高于德国产品,抵抗车辆荷载和路面变形 的能力优于其他产品。
2.2滞后角影响因素分析滞后角表征沥青混合料粘弹性组分比例大小, 滞后角越大,则粘性成分越多;反之,混合料倾向于 弹性。
图2为3种沥青胶结料滞后角随加载次数的 变化情况。
0 15 o ,322I^_1.0o505a 543 3 2 21124公路与 汽运2019年1月的影响较大。
应变水平为1 400 /e 时,A H 70+沥青的加载次数为5.365 X 104次,与应变水平600 /e相比,降低95.7%; AH 30+沥青的加载次数降低71. 7%,P M B 25 沥青下降 63.6%。
表5应变水平与G A 沥青混合料加载次数的关系沥青类型关系公式A H 70+ +T L A +SB S * =1015x3.201 1R2== 0.834 4A H 30+ +T L A +S B S* = 4X 109x 1/48 8 G 2= 0.883 9P M B 25* = 4X 108x 1/06 8 G2= 0.994 52.4拌和温度影响因素分析拌和温度的高低决定GA沥青混合料是否具备良好的流动性、工作和易性。