外文翻译用于长寿命沥青路面的高模量沥青混合料的性能评价Word格式.docx
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高模量沥青粘结剂;
高模量沥青混合料;
长寿命沥青路面;
动态模量
1.引言
在韩国沥青路面预期寿命通常被设计为20年。
也就是说一个沥青路面过了20年的服务期间如果出现严重的结构性失效,路面应该重建来获得初始其结构能力。
然而,由于交通量的显著增加和预算不足,在韩国大部分旧路面已采用加铺5厘米厚结构层部分修复代替重建。
一般来说,在洗铇加铺恢复路面性能之前,新建路面的使用期超过十年。
然而,经过第一次修复之后,路面的使用寿命越来越短因为路面持续失去结构承载力的主要原因是发生在沥青层的累积损伤。
因此,如果现有路面有严重的疲劳开裂和变形,从结构和经济的角度看加铺覆盖来延长使用年限可能是无效的。
为了克服上述问题,在本研究中考虑了由Nunn等提出的长寿命路面理论。
长寿命路面是一种至少持续40年不会出现重大结构加固设计的路面。
延长路面使用年限的基本方法是增大沥青层模量或沥青基层厚度,并极大限度的降低沥青混凝土层底的拉应变和路基顶部的压应变来减少可能出现的结构问题。
这样我们可以防止表层内的主要路面病害。
在整个设计年限唯有定期修复表面层是可能需要的。
图一显示了一个典型的长寿命沥青路面断面,正如数据显示,该路面的沥青层由抗车辙、抗渗、耐磨损的表层和有抗车辙性能和耐久的基层组成。
对长寿命路面,它倾向于使用高模量沥青混合料的基础层而不是增加基础厚度减少对自然资源的浪费并避免路面和上层建筑之间的清洁问题。
一个增沥青混合料结构刚度的典型方法是使用高模量沥青粘结剂,如法国研发的硬沥青粘结剂。
因此,发展高模量沥青粘合剂将是成功实现长寿命沥青路面设计理念的关键因素。
本研究的主要目的是发展高模量沥青粘结剂(HMAB)和混合料(HMAM)适用于沥青基层做为长寿命沥青路面。
为了评价高模量沥青粘结剂(HMAB)和混合料(HMAM)的性能特点如疲劳开裂和永久变形进行了各种实验。
实验室试验中,一个全面性能测试来评估长寿命沥青路面结构能力和路面使用性能。
图一、一个典型的长寿命沥青路面断面
2、高模量沥青粘结剂的发展
如上所述,长寿命路面的基本设计理念是减少潜在的病害(例如疲劳裂缝和永久变形)并圈定了路面结构表面层的路面病害。
它可以通过增加沥青基层厚度或刚度实现,与增强沥青层厚度相比,增加基底层刚度可能会更符合成本效益。
保持沥青混合料的抗裂性也是很重要的。
在本文中,长寿命沥青路面中应用基本材料提到HMAB的研究过程。
对于目前首次先进的HMAB技术的研究进展进行了综述,然后进行各种粘结剂试验来证明HMAB是最适合的。
法国是一个生产商业硬沥青粘结剂(在25℃时渗透价值低于30)的领先国家之一。
从1980年开始开发和生产硬等级沥青粘结剂,1990年的生产量是39000吨2000的生产量是1000000吨。
硬等级沥青粘结剂早起生产采用发泡工艺。
然而,这些沥青粘结剂往往更脆,还很有可能发生疲劳开裂。
因此,真空蒸馏和propane-precipitated-沥青等新技术已经应用于生产硬等级沥青来改善已铺好沥青的抗疲劳开裂性能。
在这项研究中,使用高沸点石油和聚合物来生产HMAB。
高沸点石油是第一个被添加到传统的沥青中来提高粘结剂粘结刚度的。
结果高沸点石油成功的提高了粘结剂的刚度但使其变得更脆。
为了降低脆性开裂的可能性,在混合粘结剂中加入4%的苯乙烯丁二烯苯乙烯聚合物(SBS)。
利用聚合物可能会提高粘结剂的抗开裂和抗车辙性能。
一种能够在沥青和聚合物之间产生化学键的添加剂也被用来防止它们的分离。
由于长寿命沥青路面的设计年限至少是40年,常常存在高模量基础结构暴露在潮湿的空气中。
因此,粘结剂中添加一种液态的抗剥离剂来减轻水分引起的损害。
3.实验室测试
进行了各种实验室实验来评估HMAM的性能。
在进行性能测试前,首先进行粘结剂实验比较常规粘结剂和改性粘结剂的特性。
实验室测试包括动态模量,水稳定性,抗车辙和间接拉伸疲劳测试。
3.1沥青粘结剂测试
为了评价粘合剂的物理和力学性能对常规粘合剂,SBS改性粘合剂和HMAM分别进行实验测试。
主要实验结果列于表一,为了比较,法国硬等级沥青的典型性能也列于此表。
如表所示,在20℃时HMAB的渗透纸低于30。
其动态模量比传统的沥青粘结剂和聚合物改性沥青粘合剂大三倍,但是比法国硬等级沥青稍小一些。
HMAM的破裂温度是-8℃,而常规粘结剂的破裂温度是-11℃,这表明粘结剂的耐低温抗裂性随刚度的增加而降低。
总的来说,和法国硬等级沥青相比HMAM的渗透性、软化点温度、破裂点温度还是令人满意的。
3.2材料和样品制备
制作两种沥青混凝土样品,分别用普通沥青和高模量沥青。
普通沥青的渗透等级为60-70,高模量沥青为20-30。
表一列出了两种粘结剂的物理力学性质。
如图2所示,只有一种矿料级配被选中。
从图中可以看出选用的是一种集料最大公称粒径为25mm的标准密集配。
这一级配范围在韩国许多地方被广泛应用。
表1
沥青粘结剂性能比较
性能 PG64-22 PMA HMAB 法国硬等级沥青
―――――――――
35/50a 10/20b
25℃渗透值,
(分米) 70 63 28 35/50 10/20
软化点(度) 48 100.389 62–70
破裂温度 -11 -18 -8 +3至-8
15度时动态模量 7.1 7 21 34.5 40–90
(MPa)a
a渗透值为30–50分米b 渗透值为10–20分米
通
过
百
分
比
筛孔尺寸(毫米)
图二:
骨料级配
结合以上描述的两种粘结剂和一种密集配,为实验室测试准备两种沥青混合料(普通混合料和HMAM)。
根据马歇尔试验确定最佳沥青含量。
在孔隙率为5%的情况下沥青最佳含量分别为4.5%和4.7%。
后来通过试验路段的全面性能测试对这一结论进行了修改。
试验路段所采用的材料和实验室测试所用的完全相同。
从试验段提取的沥青含量分别为4.5%和4.8%。
直接从试验段钻心取样进行动态模量试验。
样品为直径150mm高50mm的圆柱体。
用于水稳定性试验的样品采用马歇尔压实,用于拉伸疲劳试验的采用旋转式压实机压实。
水稳定性试验样品压实后的孔隙率为6-8%。
疲劳试验样品为直径150mm高50mm的圆柱,用于车辙试验的样品为300mm×
300mm×
50mm,采用平板压实机压实。
经过反复试验确定达到标准孔隙率的压实强度。
首先,分别用每一种混合物制备一至两个样品并测量其孔隙率以满足规定的孔隙率。
如果不满足应进行调整,使误差不超过±
0.5%。
3.3。
动态模量实验
从动态模量实验中测定沥青混合料的线性粘弹性能。
在三中不同的温度下进行(5、15和30℃)间接拉伸实验,每一种温度又对应四种不同的频率(20、10、0.5和0.1赫兹)。
图三显示的是试验温度为15℃时的动态模量主曲线。
基于时间-温度轴线重合原则将单个的动态模量数据在不同温度下沿频率轴水平移动建立主曲线。
从数据中可以看出HMAM的动态模量高于普通混合料,尤其在低频率的情况下。
根据时间-温度坐标轴重合原则,低频率对应较高温度。
在高温下HMAM的动态模量急剧增加可能是混合物中加入了高沸点石油和聚合物的原因。
高沸点石油增大了粘结剂的刚度,聚合物增加了粘结剂的弹性。
图三:
15℃下的动态模量曲线
3.4水稳性试验
根据ASTMD4867-92里介绍的实验方法评价沥青混合物的水稳定性。
分别对普通粘结剂和HMAM进行干、湿拉伸强度测试,实验结果列于表2,并用拉伸强度比(TSR)表示沥青对有害水分的抵抗性能.。
众所周知,拉伸强度比值大的沥青混合物能更好的抵抗水损害,大部分路面机构声称在他们的设计规范中比值应大于70-80%。
表2显示,两种混合物的拉伸强度比值均大于80%满足设计规范。
然而,HMAM的比值为(98.3%)大约比普通沥青(88.5%)高10%。
而HMAM对水损害有这么高的抗性可能是由于加入了抗剥离剂的原因。
表2
水稳定性试验结果
混合物干湿TSR(%)
----------------------------------------------------
空隙率(%)压强(kPa)空隙率(%)压强(kPa)
普通沥青6.191070.96.24948.388.54
HMAM6.361515.16.351489.698.32
3.5轮辙试验
日本Tanifuji机械工业科技有限公司研发的轮辙试验仪应用于KSF2374的测试程序。
一轮载1.37KN轮胎接触压力628kPa的车轮在60℃以每分钟42次的频率经过300mm×
50mm的板块试件。
轮辙试验是评价沥青混合料在高温条件下永久变形特性。
轮辙试验结果列于表3。
表3轮辙试验结果
普通沥青HMAM
车辙深度(mm)7.282.79
荷载次数(周期)20,00020,000
轮载(N)13721372
动态模量(N/mm)27477168
图4显示了两种粘结剂车辙深度随荷载作用次数的变化关系,经过20000个周期后普通沥青试样有一个最大车辙深度约8mm,而HMAM车辙深度仅有2.5mm而且荷载重复作用5000次后车辙不在加深。
从而得到结论:
HMAM有较高的高温稳定性。
由于试件的集料级配是完全一样的,因此主要是HMAM混合物中加入了HMAB提高了其抗车辙性能。
车
辙
深
度
mm
荷载周期
图4:
普通沥青和HMAM车辙深度和荷载作用次数关系曲线
3.6疲劳试验
采用由MTS生产的servo-hydraulic闭环检测设备做疲劳试验。
试验方法为间接拉伸试验,由LTPP提出的加载测量系统应用于次试验。
采用0.1S半正弦波重复加载,有和没有0.9S休息时间进行对比的疲劳试验都是用来评价其恢复能力。
把试件劲度值降到原来的一般是荷载的作用次数作为其疲劳寿命。
回归分析试验数据得到式
(1)中的疲劳系数,并列于表4
.式
(1)
Nf————试件破坏时加载次数
————最初的拉应变
a和b是疲劳系数
表4
疲劳系数
混合物平均空隙率(%)疲劳系数
------------------------------------------------
abR2
没有休息期
普通沥青
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