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基于加速加载试验不同级配的路面抗滑性能研究
2019年04月04日    阅读量:2397    新闻来源:中国沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

随着基础建设的大力发展,目前中国高速公路建设基本趋于尾声。但是无论是高速公路还是低等级公路,都受到各种道路病害的困扰。大部分道路还没有到达使用年限,却出现了部分使用功能的下降甚至丧失中国沥青网sinoasphalt.com。其中路面抗滑性能是较为关键的一个因素,因为其好坏影响着路面行车的安全性能。中国许多学者意识到这一问题的严重性,从而对路面抗滑性能衰减规律做了大量的研究。但是由于许多仪器设备并不能完全模拟实际路面车辆荷载作用,从而还没有将路面抗滑性能衰减规律研究总结出一套完整的体系。目前能够较好地模拟路面车辆作用的仪器有MLS10MMLS3、大型环道等,该文利用重庆交通大学MMLS3加速加载仪着重研究不同级配的抗滑性能衰减规律,从而为以后研究提供参考。


级配对路面抗滑性能的影响分析


级配种类


目前有3种常见的级配类型,分别是连续级配、间断级配以及折断级配。连续级配是指级配中矿料粒径从大到小按一定比例组成,上一级的空隙由下一级依次填充形成密实的级配,但是这种级配的抗滑、高温稳定等性能较差,常见的有AC。间断级配是去掉级配中一档或几档集料,从而形成一种不连续即间断的级配。这种级配粗集料较多,而且有足够的细集料进行填充,所以各项性能指标较好,常见的有SMA等,但是这种级配的施工较复杂需要较高的施工水平。折断级配类似于间断级配,而这类级配离析较严重。为了控制这一现象采用“变K法”进行控制,一般K=0.75。这种级配变异性较大从而限制了其使用推广。


级配与抗滑性能


道路的抗滑性能主要由宏观构造与微观构造决定,宏观构造主要决定高速行驶时的抗滑性能,而无论是高速还是低速微观构造都会有一定的影响。路面微观构造主要由集料表面构造所决定,宏观构造主要是由级配、压实度等决定。对于密级配而言,空隙率一般在2%~6%之间,对于开级配来说空隙率一般为18%~25%。所以开级配的抗滑性能优于密级配,但是不能单考虑抗滑性能而忽略了其他性能,要兼顾。


级配性能研究


级配选取


为了研究抗滑性能,分别选取AC-13CSMA-13GAC-13C3种级配进行分析对比3种级配分别选取规范要求中值,并且以±3%变化选出中值偏上以及偏下的两条级配曲线。可以明显看出:AC-13C是连续型级配,而SMA-13GAC-13C为间断级配,其中GAC-13C在广东地区已经被广泛应用并且取得了一定的成果。这样就可以通过对比分析不同级配,以及同种级配不同粗细程度对路面抗滑性能的影响,最终通过各项性能对3种级配进行综合评价。


沥青混合料性能


沥青选用SBS改性沥青,粗集料选用玄武岩,细集料选用石灰岩。将上述材料按照马歇尔试验方法确定其最佳油石比并测试各项性能指标。


通过试验确定出9个级配最佳油石比,然后分别测试其高低温以及水稳性能。可以看出:AC-13C总体偏细,其高温性能与抗滑性能较差,但是低温性能较好。SMA-13GAC-13C两种级配相似,具有较高的高温稳定性以及水稳抗滑性能。鉴于综合性能的考虑,选取AC-13C-2SMA-13-2GAC-13C-2作为下一步研究级配。


MMLS3加速加载试验


工作原理


MMLS3是由南非MLS公司研发,其中1/3比例尺加速加载试验机是一有效的小型公路路面和机场跑道材料试验机。它体积较小,重量较轻,运输方便。既可用于室内试验,也可用于现场试验。试验机主要由以下几部分组成:荷载模拟器、剖面仪、环境控制仓、制热、制冷系统、湿润路面烘干系统、室内振动碾压成型机及路面成型试模、试槽。仪器采用四点循环加载,设备可提高7200次每小时轮加载,最大轮载为2.9kN,作用于300mm直径气轮胎,最大轮压值为850kPa。该设备具有横向摆动功能系统,每侧最大摆动长度为75mm。为了模拟荷载的实际分布状态(正态分布),该机在运行中中间加载频率多于两侧加载。


沥青混合料拌和及摊铺


试槽长2.5m,宽1.2m,为了模拟路面结构,将试模底部置于混凝土地面上,在其上面铺筑10cm厚的AC-20沥青混合料,之后将设计混合料铺筑4cm厚。这样就与重庆地区沥青路面上面层厚度一致。将集料与SBS改性沥青分别加热至190170℃,按照沥青施工技术规范将混合料在拌和锅拌和均匀后分批装入洁净的铁桶中放入180℃烘箱内保温。待全部混合料拌和完毕,将所有混合料倒入试槽内迅速摊铺均匀保持温度在165℃。开启压实机先静压4遍作为初压,待初压完毕后开启振动复压3遍最后再压3遍。压实过程中需要人工控制碾压速度,可以通过摇杆控制速度达到0.03~0.08m/s,在碾压过程中避免速度太快以及快慢不均匀,尽量匀速,以求达到较好的压实效果。因为碾压钢轮没有温控系统,出现粘料情况比较严重,试验时采取在钢轮上涂刷清水来改善这一情况,切不可用机油等油类。


加速加载试验及构造深度与摆值测定


加速加载试验


碾压完毕将试槽取出,待混合料冷却48h后,利用龙门吊将加载系统吊放在铺筑好的路面上。进行调平以及荷载的调整,当荷载调整到0.7MPa时可以停止调平。安装好线路并仔细检查有无接触不良的地方,待无误后插入电源,每次开机前,首先开启胎压显示器,保证轮胎内压在0.7MPa以上。设定各项参数,为了模拟实际路面情况将轮子左右摆幅调整到75mm,将加载速度调整到50km/h,此时加载次数为7200/h


摆值及构造深度测定


在一定间隔时间段内测定轮迹中心的构造深度与摆值,一直到摆值基本保持不变时停止测试及试验。


将所得数据利用SPSS软件进行对数与指数回归分析,其中3种级配的摆值衰减指数回归分析相关性要好于对数回归分析,可以看出:在轴载次数达80万次以后摆值基本趋于稳定,对数回归分析能较好地描述这一过程。可知:在约14万次时,摆值下降较为明显。通过观察铺筑的试验路,发现集料表面沥青膜有部分脱落并且集料表面较为光滑。此外3种级配在前期磨光值衰减都比较快,但是SMA-13GAC-13C较快,而AC-13C则相对较慢,这是因为经过荷载碾压作用级配进一步密实导致宏观构造减小,从而使摆值减小得较快。在轴载次数达到80万次后,摆值基本趋于稳定且摆值终值大小为:SMA-13>GAC-13C>AC-13C。可知:在20万次之前构造深度衰减较为严重,从而验证了抗滑性能前期衰减较快的主要原因是由于级配的进一步压实导致的。


结论


(1)研究发现在80~100万次轴载作用后,3种混合料路面开始出现车辙,构造深度趋于稳定,构造深度大小为:SMA-13>GAC-13C>AC-13C


(2)室内试验研究可知:3种级配抗滑性能衰减速率AC-13C最快,SMA-13最慢,GAC-13C居中。


(3)100~200万次之间,3种集料路面摆值基本趋于稳定,其中摆值的大小为:SMA-13>GAC-13C>AC-13C。摆值前期衰减较快主要是因为级配进一步压实,这点与其他学者研究结论一致。


(4)14万次轴载作用后集料表面沥青膜存在脱落情况,这也是一个影响因素。建议在以后道路应用中推广SMAGAC级配,其综合性能优于AC



标签:技术中心沥青混凝土
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