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沥青混合料性能提升方法
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沥青混合料性能提升方法
2022年06月24日    阅读量:43302    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

如何让沥青混合料具有更优异的性能?我们可以从以下三个方面入手提高沥青混合料的耐久性、抗车辙与抗裂性能:


1.调整级配确保具有足够的矿料间隙率(VMA),以保证沥青混合料具有足够的沥青;

2. 选择合适的空隙率;

3. 把控回收沥青混合料(RAP)及回收沥青瓦(RAS)对沥青混合料的影响‍。

沥青混合料性能提升方法 沥青网,sinoasphalt.com

图1 SMA混合料中的矿料及矿料间隙


其中,VMA是“Voids in Mineral Aggregate”的缩写,其含义是集料之间可以被沥青填充的空间。沥青填充的空间称为VFA(Voids Filled with Asphalt),余下的空间则为空隙率(air voids)沥青网sinoasphalt.com


VMA指标对混合料的耐久性及抗裂性能至关重要,当固定空隙率(Superpave混合料设计方法中设计空隙率为4%)时,降低VMA就会使沥青用量减少。这虽降低了造价,但会使沥青混合料的耐久性变差。


关于VMA合理取值的研究,我们可以追溯到20世纪90年代发展起来Superpave设计方法。在Superpave混合料设计方法中非常关键的一点进步是,对不同粒径混合料的最小VMA作了具体要求,比如,粒径分别为9.5 mm、12.5mm及19mm的混合料的最小VMA分别为15.0%、14.0%及13.0 %。沥青混合料粒径越小,比表面积会相对增加,因此需要更多的沥青与更大的VMA。


用于保证足够沥青用量的VMA

当空隙率固定,降低VMA就会使沥青用量降低。沥青混合料设计人员与承包商为降低成本,通常会通过级配设计使VMA刚好等于或略微超过规范的最小值的要求并最终降低沥青用量,这样做会使沥青混合料更经济但是会影响其耐久性。Superpave及其他规范对最小VMA作出规定正是基于此。


生产过程中VMA的降低

当沥青混合料从目标配合比设计阶段转向生产配合比设计阶段时,其VMA会有所降低,这是因为相对设计阶段沥青混合料在拌和锅中所经受拌叶的搅拌作用,生产过程中拌合楼搅拌筒内集料发生的剧烈翻滚会致使更多集料颗粒发生破碎。VMA的降低值取决于集料的硬度,但大都在0.2 – 0.5 %之间,为避免VMA在生产过程的降低,混合料设计人员应在生产配合比设计阶段将VMA设计得比规范规定的最小VMA稍大一些或减少矿粉的用量以考虑集料碎裂带来的影响。


沥青混合料具体生产时VMA会有所降低,但目前一些州允许混合料生产过程中最小VMA值的降低。规范制定者需要认识到的是,这会使生产阶段的沥青用量小于设计阶段。比如说:业主允许VMA下降0.5 %,这会导致沥青含量下降约0.1-0.2 %;此外,一些技术规范允许将最佳沥青用量下调0.3-0.5 %以适应生产。


沥青起着胶结料的作用,生产时降低沥青用量通常意味着沥青混合料偏干,并可能导致路面过早的出现松散与开裂病害。此外,沥青用量越少,混合料压实也愈加困难。


空隙率   

Superpave设计方法中规定设计空隙率为4.0 %. 一些州为了使混合料中有更多的结合料,将设计空隙率规定为略小于4.0 %(比如3.5 %)。也有一些州将设计空隙率规定为一个范围,比如在3.8-4.2 %. 设计者为降低造价,在设计沥青混合料时通常会选择VMA的最小值或最大的空隙率,同样的,这会使得混合料相对较干,导致沥青混合料耐久性变差。


RAP/RAS(回收沥青混合料/回收沥青瓦)

我们需要关注的第三点是回收沥青混合料以及回收沥青瓦在沥青混合料中的使用。将回收沥青瓦应用在沥青混合料中的观念相对来说比较新,但旧沥青混合料的回收利用已经有很长的年头了,虽然目前不同单位就RAP料的使用和混合料设计的工程实践还有较大差异。 


RAP料尽管有很多优点,例如由于减少了原材料的使用,可以降低沥青混合料的造价,而RAP料的相对丰富的棱角性会提高路面的强度。然而,我个人并不认为我们完全摸清了RAP或RAS对路面长期性能的影响,尤其是对路面抗裂性能。


州交通运输部门及很多当地的道路与街道管理机构推荐了各种RAP及RAS的应用指南,每增加一个RAP或RAS的百分比,新的结合料用量就会降低。如果不降低PG分级,使用RAP或RAS会导致混合料变脆。


在沥青混合料设计过程中使用RAP料有很多假设。其中之一就是:RAP中的结合料会百分百的剥离并与新添加的结合料充分混合。如果这一假设是错误的,即RAP中的结合料并不会完全剥离,那么沥青用量就偏低。 


对于RAS,通常认为其中有70-80 %的结合料会与原材料混合,然而我个人认为真实的比例要比这低,因为大多数RAS在400华氏度(204 ℃)下几乎不流动。沥青拌合楼中沥青混合料的平均拌合温度通常不会超过325-340度(163-171℃),当使用温拌添加剂时拌合温度会更低。由于拌和时RAS不呈流态,那么RAS中发挥胶结料作用的结合料含量就极可能比在混合料设计时假设的值更低。


总结

选择更低的VMAs、更高的设计空隙率,使用更多的RAP及RAS都会使沥青用量降低;这些因素组合起来可以使沥青混合料中沥青结合料的用量平均降低0.2-0.6 %(按混合料总重计)。


然而我们可以通过保证最小的VMA,选择合适的设计空隙率,充分考虑RAP和RAS在沥青混合料的影响可以设计出更好的沥青混合料。


标签:综合论文技术中心沥青混凝土
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