含钢砂的感应加热沥青颗粒在道路维护中的应用.pdf
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1、道路工程含钢砂的感应加热沥青颗粒在道路维护中的应用易杨(广西新恒通高速公路有限公司,广西南宁530 0 2 5)摘要:文章通过测试含有钢砂的感应加热沥青颗粒的体积特性、抗拉强度、剪切强度和车辙深度,并与传统热拌和冷拌沥青进行比较,评估其在道路维护中的适用性。结果表明,含有钢砂的感应加热沥青颗粒与目前用于修补坑洞的材料性能差别不大,但不能应用于道路碾磨和重铺等主要维护作业。关键词:钢砂;感应加热;沥青颗粒;道路维护中图分类号:U416.217文献标识码:ADOl:10.132 8 2/j.c n k i.Wc c s t.2 0 2 3.0 8.0 0 16文章编号:16 7 3-4 8 7 4
2、(2 0 2 3)0 8-0 0 4 9-0 40引言1材料和试验方法沥青混凝土是一种由集料和沥青组成的复杂粘弹塑性材料,被广泛应用于道路施工 1。但在实际工程中,环境变化导致的沥青降解、水分渗透等因素会缩短道路的使用寿命,尤其是这些因素长期存在时,会导致材料中的裂缝快速发展,产生骨料损失,最终形成坑洞,不仅缩短了道路的使用寿命,并且需要不断地修补,严重影响交通和环境。抛掷碾压方法是通过铺设沥青并用卡车将其压实的道路修补方法,成本较低,但只有在天气条件太差或者工期较短的情况下才适用;热铺装工艺工程质量更好,但缺点在于此工艺中最常用的热混合沥青(HMA)需要批量生产,而一次修补平均仅需几千克,因
3、此,这种工艺更适用于需要更高维修质量的道路 2;冷沥青混合料(CAM)可以在常温下生产和使用,但硬度和强度较低且需要较长的养护时间,因此耐久性通常比热混合沥青低 3。为了弥补这些材料的不足,在过去的几十年里,出现了新一代的聚合物材料 4,其能够提供更高质量的道路修复效果。然而,高昂的成本使其更适用于特殊的硅酸盐水泥混凝土路面和大体积结构材料中。沥青颗粒是沥青和集料的组合,可用于制造少量沥青混合料以修补道路 5。沥青颗粒具有与HMA相似的耐久性和力学性能,且沥青颗粒可以在正常环境温度下储存和运输,并在现场加热。此外,沥青颗粒能够有效减少对坑洞进行消毒而产生的成本和时间,并且不会产生任何有害金属粉
4、尘。因此,沥青颗粒是一种可广泛应用于修补道路中的材料。为了评价该技术的实用性,本文制作了可感应加热的沥青颗粒,研究了感应加热沥青颗粒的加热性能、体积性能、拉伸剪切性能和车辙性能,并将其与热拌沥青和冷拌沥青进行了比较。1.1 材料感应加热沥青颗粒由石灰石骨料、沥青和钢砂组成。石灰石为连续级配,最大粒度为2 mm,钢砂粒度为0.4251m m。为了确保良好的相容性,沥青颗粒较小,尺寸为8 mm8 mm8 mm。为了研究沥青和钢砂对感应加热沥青颗粒性能的影响,制备两组感应加热沥青颗粒。第1组为含有10%的沥青和不同数量的钢砂和骨料,钢砂和骨料的含量分别在5%4 5%和4 5%8 5%变化;第2 组为
5、含有35%的钢砂和不同数量的沥青和骨料,沥青和骨料分别在15%2 5%在4 0%50%变化。此外,还制备了HMA和CAM试验样品。表1和下页表2 给出了颗粒组成的详细参数。表1沥青颗粒和混合料的组成表(占总体积的百分比)分组混合物编号沥青(%)12第一组3456第二组78HMA一CMA一路面材料用沥青块或石板模拟,由密集的沥青混合料制成,这些沥青混合料由石灰岩骨料和沥青组成,质量分数分别为9 5%和5%。钢砂(%)骨料(%)58515751025354515202510106555455035454035553555作者简介:易杨(19 9 0 一),硕士,工程师,研究方向:高速公路施工技术。
6、2023年第8 期总第19 3期49道路工程表2 石灰石骨料级配表筛分尺寸(mm)累计通过量(%)0.521000.125 0.552.20.0630.12533.500.06327.11.1.1沥青颗粒的制作将干燥的骨料和沥青在17 0 的烤箱中分别加热1h和3h;将骨料和钢砂在搅拌机中搅拌2 min;再加入相应数量的沥青,将所有材料混合搅拌3min;将混合物倒入内部尺寸为(8 8 8)mm的模块中,用手工压实,制成颗粒,在5下冷却3h后脱模;在室温下将颗粒储存在塑料袋中备用于试验。1.1.2沥青试件的制作拉伸和剪切试验的试件分两阶段制备:(1)将上述制成的感应加热沥青颗粒放入(10 510
7、 58 5)mm的混凝土模具中,并在模具顶部添加足量的颗粒;(2)将模具置于感应线圈下,加热2 min,然后用振动锤压实1min,再加入一层颗粒以填充压实后减少的体积,随后立即感应加热1min,再次压实1min,直至表面平整,将样品放置在202 环境温度中。车辙试验中,将(30 0 30 0 6 5)mm沥青板放入(310310100)mm的混凝土柱状模具中,在常温下向模具中填充沥青颗粒;用电磁感应加热颗粒,并用上述方法进行振动压实;然后再次加入颗粒,直到板的高度达到100mm,并保证其表面平整。1.2试验方法1.2.1沥青颗粒的体积特性采用矿铁石表观密度、真密度和孔隙率的测定(G B/T 2
8、 4 58 6 一2 0 0 9)提出的方法评估颗粒样品的体积性质:(1)Pm式中:V沥青颗粒混合料中孔隙量;Pb混合料中体积密度;Pm一1.2.2抗拉强度测试用环氧胶将钢板粘在瓷砖表面,然后将试件置于201的温控柜中2 4 h。拉伸载荷通过钢板以20mm/min的应变控制速率施加到试件上,直到试件失效,测量其拉伸荷载。用拉伸载荷与试件截面积之比计算抗拉强度。每种材料共三个平行试件,取平均值作为最终结果。1.2.3剪切强度测试将试件置于2 0 1的温控柜中2 4 h,然后以20mm/min的速率施加剪切载荷,直到界面失效。最后,用最大剪切荷载与界面截面积之比计算剪切强度。每种材料共三个平行试件
9、,取平均值作为最终结果。1.2.4交通负荷模拟通过车辙试验模拟交通载荷对淹没在2 5水中试件的影响。车轮的宽度为4 7 mm,垂直载荷为7 0 5N。在连续记录变形的同时,总共进行了2 0 0 0 0 次循环。此外,对两块由单层常规碾压沥青制成的控制板也进行了测试,以比较新材料路面道路和普通路面道路的抗车辙性能。每种材料重复试验两次,车辙试验结果取两者的平均值。2试验结果与影响因素2.1沥青颗粒样品的体积特性不同钢砂含量沥青试块的孔隙率变化情况如图1所示。在第1组材料中,孔隙率随着钢砂含量的增加而降低,如钢砂含量从5%增加到4 5%时,孔隙率从35.1%降低到2 0.7%;在第2 组材料中,孔
10、隙率随着沥青含量的增加呈线性降低,如沥青含量从10%增加到2 5%,孔隙率从2 0.7%降低到12.51%。此外,孔隙率和温度呈线性关系,且与混合物中钢砂或沥青的类型无关(如图2所示)。综上,孔隙率随着沥青和钢砂含量的增加而减少,因此在经济效益允许的范围内,沥青和钢砂在颗粒中的含量必须最大化。40351?303口CAM2544657481050+0图1不同钢砂含量下沥青试块孔隙率散点图4035*100302520混合料中无孔隙的理论最大密度。10500图2 不同压实温度下沥青试块孔隙率拟合散点图2.2抗拉强度含有感应加热沥青颗粒的试件抗拉强度变化情况如图3所示。第1组试件中,抗拉强度与钢砂含量
11、直接相关,钢砂含量从5%增加到4 5%时,试件抗拉强度提高22倍;在第2 组试件中,沥青含量的变化对抗拉强度的影响没有钢砂含量那样大,抗拉强度值在17 0 2 6 0 kPa变化,沥青含量从2 0%增加到2 5%时,试件抗拉强度仅提高19%。在养护1d、7 d 和2 8 d后,将4 号混合料的平均抗拉HMA2040钢砂含量(%)第1组公第2 组R-0.953450100压实温度()6015020050西部交通科技wesenchinsCommunications Science&Technology含钢砂的感应加热沥青颗粒在道路维护中的应用/易杨强度与HMA和CAM的强度进行比较,结果如图4 所
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