SAMPAVE沥青混合料级配设计研究Word下载.docx
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SAMPAVE（StressAbsorbingMixturesPavement沥青混合料是一种新型的延缓和防止反射裂缝的应力吸收层材料,具有抗裂、防渗、粘结等特性.根据变i法对SAMPAVE混合料进行矿料组成设计,并与AC-5、美国规范、科氏公司推荐的级配范围进行比较.结果表明,对于变i法设计的SAMPAVE混合料,级配上限、级配下限确定的沥青用量在设计工程级配沥青用量的0.3%范围内,满足生产控制的要求,且SAMPAVE混合料具有优良的耐高温、耐低温、抗变形、耐疲劳、抗水损害等路用性能.关键词:
SAMPAVE沥青混合料;
应力吸收层;
变i法;
级配范围;
反射裂缝中图分类号:
U416.217文献标识码:
A
0引言
在旧水泥混凝土路面上加罩沥青层是一种改善其使用性能的有效措施.然而,由于水泥混凝土路面接缝或裂缝的存在以及沥青加铺层与旧水泥
混凝土路面不易粘结,极易导致反射裂缝的形成和罩面层的破坏.而SAMPAVE混合料是一种高弹性、不透水的聚合物改性沥青应力吸收层混合料,其典型的特征是集料细,矿粉用量大,油石比大,空隙率小,细石料悬浮于沥青与矿粉形成的胶浆之间.在水泥混凝土路面与沥青罩面之间起承上启下!
的粘结作用之外,还具有防水的功能,可防止或延缓反射裂缝
[1-5]
的产生和雨水下
渗引起路面基层破坏,进而延长沥青混凝土罩面层的服务寿命[6-7]
.但是对于应力吸收层混合料配合比设计,目前国内外尚无相关方法.基于此,笔者根据变i法对SAMPAVE混合料进行矿料级配设计,并分别对变i法设计的级配上限、级配下限、工程级配进行了路用性能的测试.试验结果在汉宜高速公路沥青混凝土加铺工程实践中得到了很好的应用和验证.
1原材料
SAMPAVE集料应洁净、干燥、表面粗糙、满
足棱角性、砂当量和黏土含量等要求.沥青结合料应满足AASHTOPG70-22以上的性能分级要求,该试验所用沥青为特种聚合物改性沥青,常规试验指标如表1所示:
表1沥青结合料常规试验结果
Tab.1Conventionaltestresultsofasphaltbinder
项目
试验结果针入度（25∀,100g,5s/（0.1mm
81.3软化点/∀
80.1延度（5cm/min,5∀/cm60.7溶解度/%
99.5运动黏度（135∀/（Pa#s
2.31密度/（g#cm-3
1.005闪点/∀261弹性恢复（25∀/%
99离析/∀
2.6
2级配设计与性能验证
2.1SAMPAVE的技术要求
根据工程所在地区的交通与气候条件,确定SAMPAVE混合料的技术指标与要求为:
∃浸水马歇尔残留稳定度>
85%;
%冻融劈裂试验TSR>
&
小梁弯曲试验（-10∀Emax>
2500;
∋60∀贯入试验以10%Pmax作用10min,贯入深
第1期周燕,等:
SAMPAVE沥青混合料级配设计研究
31
度不超过2mm;
（0∀条件下SCB半圆柱体试件疲劳作用次数不低于10万次.2.2级配设计
由于细集料很多,SAMPAVE混合料要求目
标配合比和生产配合比的变动很小.我国规范
JTGF40-2004[8]
中AC-5、美国规范JSP-97-10[9]
、科氏公司[10]
推荐的砂粒式级配范围如表2
所示:
表2砂粒式矿料级配范围
Tab.2Gradingrangeofsandmineralaggregate
级配类型
通过下列筛孔的质量百分率/%
筛孔尺寸/mm
9.54.752.361.180.60.30.150.075中国JTGF40-2004AC-510090~10055~7535~5520~4012~287~185~10美国规范JSP-97-10
10080~10060~8540~6530~5518~328~187~14科氏推荐
100
80~100
60~85
40~70
25~55
15~35
8~20
6~14
从上表可以看出,科氏级配范围很宽,美国规范级配范围与科氏级配范围相近,主要体现在1.18mm、0.6mm、0.3mm等筛孔通过率有所减小.而中国规范推荐的AC-5级配范围比较偏下,粗集料含量多.所以有必要对SAMPAVE混合料级配范围进行设计,使其在传统搅拌设备上拌和出级配稳定的高质量应力吸收层沥青混合料.变i法
[11-12]
是在i法
[13]
基础上,通过对粗、细集
料级配分别取不同的i值而得来,笔者采用变i法
并结合中国、美国规范和科氏推荐级配对SAMPAVE混合料级配进行调整,即:
P=100（ix（%
式中:
x=3.32lg（D/dx,其中D为最大粒径;
dx为各粒级的相应方孔筛孔径（如l6,13.2,9.5,,0.075mm;
i为通过率递减系数.
SAMPAVE矿料公称最大粒径为4.75mm,采用传统的4.75mm或2.36mm来划分粗细集料显然不合适.根据贝雷法分界点计算公式,可得出SAMPAVE混合料粗细集料划分筛孔为1.18mm.因此可根据变i法公式对SAMPAVE矿料级配进行设计,尽量缩小上下限范围,以利于目标和生产配合比的控制.当i=0.8~0.87时计算粗集料（∗1.18mm级配,当i=0.71~0.79时计算细集料（<
1.18mm级配.计算结果如表3所示.
表3变i法计算级配范围
Tab.3Gradingrangecalculatedbyvaryingimethod
筛孔尺寸/mm9.54.752.361.180.60.30.150.075计算上限/%
10087766639312419计算下限/%
80
64
51
26
18
13
9
将变i法计算的级配范围与我国规范AC-5、美国规范以及科氏公司推荐的级配范围进行比较研究,见图1所示
.
图14种级配范围
Fig.1Fourgradingrange
可以看出,除了0.15mm、0.075mm上限通
过率略偏高外,变i法设计的级配范围都在科氏
的级配范围内.与科氏级配相比,变i法设计的级配下限靠近科氏级配下限,只是在1.18mm、0.15mm、0.075mm处通过率略高于科氏级配;
而在4.75mm与0.6mm筛孔上,设计的级配上限通过率比科氏级配上限偏低,从而使得变i法设计的级配上限呈S形曲线.与AC-5相比,设计的级配下限与AC-5型级配下限略微有些差别,主要体现在:
级配下限的4.75~9.5mm、0.6~1.18mm集料含量比AC-5级配多,但是从粗细集料分界点1.18mm处来看,粗集料总体含量比
AC-5级配少.因此,需对0.075~0.15mm和2.36~4.75mm进行局部调整,将0.075mm上下限调整为8~12,0.15mm调整为10~20,2.36mm上限调整为80,4.75mm调整为90~
32
郑州大学学报（工学版2010年
100,其他筛孔通过率不变,使之满足设计要求.调整后级配如图2所示
:
图2调整后级配范围比较图
Fig.2Adjustedgradingofvaryingimethod
可以看出,变i法设计的级配范围较窄,粗集料含量最少,细集料中0.6~1.18mm集料较多,级配比较均匀.为了验证其合理性,在级配范围内设计工程级配,并分别对级配上限、下限、工程级配进行试验,确定最佳沥青用量.2.3最佳沥青用量
应力吸收层混合料主要以抗疲劳、抗变形、抗渗性能为主,应尽可能使用较高的沥青用量,矿料间隙率不宜过大,空隙率按（0.5~2.5%设计.结合工程实际经验,沥青加热温度为170∀,拌和温度175∀,压实温度160∀.试验采用TROXLER4140GyratoryCompactor进行压实,压实次数为50次.各级配与沥青用量下体积参数如表4所示.
表4各级配与沥青用量下SGC试验结果Tab.4
SGCtestresultsatdifferentgradingrangesandasphaltamount
级配
Pb/%fVV/%VMA/%VFA/%级配上限
8.0
2.3152.0320.0489.878.5
2.306
1.7120.7991.779.0
2.2931.5521.6692.849.52.2851.2122.3794.59工程级配
8.02.2563.3520.1883.408.52.2652.2420.2888.959.02.2671.4920.6792.799.52.2740.4520.8597.84级配下限
8.02.2881.8420.9491.218.52.2751.6921.8292.259.02.2691.2622.4594.399.5
2.261
0.92
23.15
96.03
在确保混合料体积指标满足要求的前提下,寻找最佳空隙率1.5%对应的沥青用量作为最佳
沥青用量.由此确定级配上限混合料最佳沥青用量为9.1%,工程级配为9.0%,级配下限为
8.7%.级配上限、下限确定的沥青用量在工程级配沥青用量的0.3%范围内,说明确定的级配范围较合理.
2.4性能验证
SAMPAVE沥青混合料低温弯曲试验及其他性能试验见表5和表6所示.
表5SAMPAVE沥青混合料低温弯曲试验Tab.5Lowtemperaturebendingtestof
SAMPAVEasphaltmixture
级配类型弯拉强度/MPa
弯拉应变/
弯曲劲度模量/MPa
级配上限12.155038.612411.38工程级配13.128625.081521.15级配下限
12.84
4551.16
2821.26
普通沥青混合料在-10∀时的最大弯拉应变一般在3000以内,而设计级配下的SAMPAVE沥青混合料最大弯拉应变为4500~8600,是前者的1.5~3.0倍.由此可知,SAMPAVE沥青混合料具有远高于普通混合料的抗变形能力.
表6变i法设计混合料性能试验Tab.6Performancetestsofvarying
imethodmixture
级配Pb/%残留稳定度/%
劈裂强度/%贯入/mm疲劳/万次工程级配9.095880.812.65级配上限
9.192851.110.11级配下限
8.7
92
87
0.6
11.32
由表5、6可以看出,变i法设计的SAMPAVE混合料无论在级配上限、级配下限还是在工程级配条件下,均具有良好的耐高温、低温、抗变形、耐疲劳、耐水损害等能力,满足应力吸收层混合料设计的要求.
3结论
（1根据应力吸收层混合料目标配合比和生产配合比变动很小的要求,采用变i法并结合中国规范、美国规范和科氏推荐级配对SAMPAVE混合料级配进行设计,确定了应力吸收层混合料较窄的矿料级配范围.
（2采用变i法设计的SAMPAVE混合料,级配上限确定的最佳沥青用量为9.1%,工程级配为9.0%,级配下限为8.7%.级配上限、级配下限确定的沥青用量在工程级配沥青用量的0.3%
SAMPAVE沥青混合料级配设计研究33
范围内,满足生产控制的要求.
（3由变i法设计的SAMPAVE沥青混合料低温弯曲实验破坏应变为4500~8600,远高于普通沥青混合料的抗变形能力.SAMPAVE混合料具有良好的耐高温、低温、抗变形、耐疲劳、耐水损害等路用性能,满足应力吸收层混合料设计的要求.
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ResearchonGradingDesignofSAMPAVEAsphaltMixture
ZHOUYan1,CHENShuan-fa1,2,LIUDan3,ZHANGKai4
（1.KeyLaboratoryforSpecialAreaHighwayEngineeringofMinistryofEducation,Chang+anUniversity,Xi+an710064,China;
2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Chang+anUniversity,Xi+an710061,China;
3.GuangdongCACEngineeringConsultantsCo.Ltd.,Guangzhou510627,China;
4.SchoolofCivilEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China
Abstract:
SAMPAVE（StressAbsorbingMixturesPavementasphaltmixtureisanewstressabsorbingmixturefordelayingorrestrainingreflectivecracking.Ithasthecharacteristicsofanticracking,antileakageandbeingadhesive.Basedonthevaryingimethod,thepaperdesignsmineralaggregatecompositionofSAMPAVEasphaltmixtureandcomparesitwithChinaAC5,theUnitedStatesstandard,KOCHcorporationrecommendgradingrangesrecommendedbyKOCHcorporation.Theresultshowsthatunderthevaryingimethodgrading,theoptimumasphaltcontentatupperandlowerlimitisintherangeof0.3%projectgrading,whichcanmeettheproductioncontroldemandofstressabsorbinglayermixture.AndSAMPAVEmixturehasexcellenthighorlowtemperatureresistance,antideformation,antifatigueandantiwaterdamageroadperformance.
Keywords:
SAMPAVEasphaltmixture;
stressabsorbinglayer;
varyingimethod;
gradingrange;
reflectivecracking
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