2024-01-18
 
PG82改性沥青混合料高温稳定性能评价方法研究
2024年01月18日   阅读量:182324

摘 要

采用三种试验方法研究了PG82改性沥青混合料的高温稳定性能。结果表明,对于PG82改性沥青混合料,70℃车辙试验具备较好的区分能力,要求动稳定度≥3500次/mm;采用GTM试验时,GSF≥1.50,GSF≥1.05;采用单轴贯入试验时,中面层抗剪强度≥0.80MPa,上面层抗剪强度≥0.90MPa。工程实践表明,以上方法和控制指标合理沥青网sinoasphalt.com


关键词 道路工程 | PG82 | 试验研究 | 高温稳定性能 | 评价方法


0、引言


广东地区常年气温较高,夏季路面温度高达70℃,高速公路沥青路面更是面临着车辙、泛油、拥包、波浪、推移等病害的严峻考验。一方面可以通过调整级配、改进配合比设计方法来改善混合料高温性能,但是改善幅度有限;另一方面可通过采用高性能改性沥青来提高沥青混合料高温性能,效果明显。


沥青性能分级(PerformanceGrade,PG)是美国SHRP计划中提出的沥青性能分级标准,改性沥青的PG等级越高,其高温性能也越好。以往广东地区常用改性沥青中大部分为PG70,少部分为PG76,无法应对广东气候特征和交通状况。近年来部分工程采用PG82改性沥青效果良好。PG82改性沥青性能远远超过普通改性沥青,现行的评价方法和评价标准已难以对PG82改性沥青混合料性能做出客观判断。在高温性能方面,传统车辙试验[1]不能全面评价沥青混合料高温稳定性能[2],本文采用对路面碾压模拟程度较好的GTM试验[3-5]、与路面抗剪强度理论分析较为吻合的单轴贯入试验[6,7]对热再生混合料的高温性能进行不同角度的研究。


1、车辙试验


室内研究中,分别以不同高温PG等级的改性沥青制备相同类型的沥青混合料,进行60℃和70℃的车辙试验,试验结果见表1。路面工程现场取样试验时,PG82改性沥青混合料车辙试验结果见表2。

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由表1和表2对比可知,由于PG82改性沥青高温性能优异,混合料在60℃时的动稳定度远远超过规范要求,60℃车辙试验已无法区分不同等级混合料的抗车辙能力,在实际工程中起不到质量控制作用。如果仍然采用车辙试验进行性能评价,则必须提高试验温度或者增加荷载等级,因此对于PG82沥青混合料,推荐采用70℃车辙试验,动稳定度≥3500次/mm。


2、GTM试验


GTM方法简介:GTM(GyratoryTestingMa-chine)是美国工程兵于上世纪60年代为解决空军重型轰炸机机场跑道的设计而研究发明的试验系统,并于1978年列入了美国ASTM规范,2011年再次进行修订(编号:D3387-11)。上世纪90年代后,GTM设计方法与理论又被应用于现代高速公路沥青路面在车辆荷载剧增下的车辙、泛油等病害的防治与设计。GTM设计方法核心指标是GSI和GSF。GSI又称旋转稳定系数,是表征试件受剪应力作用的变形稳定程度的参数。在混合料被压实到平衡状态过程中,若机器角上升,滚轮压力下降,说明混合料的抗剪强度在降低,变形在增加,呈现出了塑性状态,即表明沥青混合料的沥青用量己经过大。GSF又称抗剪安全系数,用来检验沥青混合料被压实到平衡状态时的抗剪切强度是否达到沥青路面所需的剪应力。


本文研究中GTM试验机设计压强为0.7MPa,机器角为2°,试件成型尺寸为Φ100×100mm。试验结果见表3。

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GTM试验结果表明,PG82改性沥青混合料具有较强的抗剪安全能力,但是GSF≥1.30的控制标准偏低,无法发挥控制作用。因此对于PG82沥青混合料,推荐采用GSF≥1.50,GSI≤1.05作为技术标准。


3、单轴贯入试验


单轴贯入试验简介:单轴贯入试验由同济大学孙立军教授等人提出。研究认为单轴贯入试验受力模式与路面一致,试件内部产生的剪切应力分布与实际路面在荷载作用下产生的剪应力分布相似;贯入压头直径大大小于试件直径,在加载过程中周边的材料将形成对压头下圆柱体的侧向约束,试件破坏意味着约束的破坏,能够准确反映沥青混合料抗剪强度形成机理;与三轴试验相比,贯入试验能够直接测量沥青混合料的抗剪强度,试验方法简便易操作,数据直观[9,10]。


本文研究试验设备为HYD-25型COOPER材料试验机,加载速率为1mm/min,贯入压头直径为28.5mm,试验温度:60℃,剪应力系数τ=0.339。表4为部分高速公路无车辙病害路段中面层芯样检测结果,表5为PG82改性沥青混合料检测结果。

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对表4数据进行统计分析,抗剪强度平均值0.90MPa,保证率系数取90%,标准差0.23MPa,代表值0.83MPa。为保证沥青路面抗车辙能力,中面层抗剪强度应不小于0.80MPa。考虑到PG82沥青高温等级高于表4中沥青混合料采用的胶结料等级,PG82沥青混合料抗剪强度可以更高,当用于沥青路面上面层时,上面层抗剪强度应不小于0.90MPa。表5表明PG82沥青混合料抗剪强度基本满足技术要求。因此本文推荐60℃单轴贯入试验时,中面层抗剪强度≥0.80MPa,上面层抗剪强度≥0.90MPa。


4、工程应用


广东省路桥建设发展有限公司先后完成京珠南高速扩建工程、汕梅高速、梅大高速、二广高速怀集支线等多条PG82改性沥青混合料试验路段和实体应用工程,总里程近200km,见表6。大量研究和工程实践证明,PG82改性沥青混合料技术可大幅提高沥青混合料高温稳定性,适应广东地区高温重载条件的多种沥青路面结构。

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5、结论

采用了三种试验方法验证了PG82改性沥青混合料的高温稳定性能,并提出了相应的控制标准:

(1)70℃车辙试验,动稳定度≥3500次/mm;

(2)采用GTM试验时,GSF≥1.50,GSI≤1.05;

(3)采用单轴贯入试验时,中面层抗剪强度≥0.80MPa,上面层抗剪强度≥0.90MPa。

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