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高模量沥青混合料配合比设计及路用性能

0 引言

车辙一直是湿热重载地区沥青路面较为常见的早期病害,车辙病害不但会降低沥青路面的使用寿命,其产生的辙槽更会对行车安全造成较大影响。因此,提高湿热重载地区沥青天路面的高温稳定性,解决因高温稳定性不足而引起的车辙问题,便显得尤为重要。

程承[1]、贾平虎[2]分别对木质素改性沥青、纤维改性沥青的高温稳定性进行了研究,结果表明通过改善沥青的性能可以提高沥青混合料的高温性能;刘铎[3]开展了矿料级配及粉胶比对沥青混合料高温稳定性能影响的研究,表明通过级配优化、控制粉胶比可以提高混合料的高温性能,但是改善效果有限;韩丁丁[4]、吴传海[5]通过采用GTM设计方法优化沥青混合料的高温性能;马强[6]通过在普通沥青中添加0.3%Duroflex改性剂,研究发现SBS改性沥青综合性能更优。

综上所述,现有研究主要从改善沥青品质、级配优化、改进设计方法、添加改性剂等方面来提高沥青混合料的高温性能,然而,改善沥青品质、级配优化、改进设计方法提升效果有限,而从现有研究看,关于添加外掺剂的研究不多,且对于高温性能的提升效果研究也不够深入。因此,本文提出了一种采用高模量外掺剂改性的方法,加之级配优化设计,两者共同作用,以提升沥青混合料的高温性能。

1 改性机理

采用DSR测试沥青胶结料的流变参数,通过复数剪切模量(G*)、相位角(δ)、车辙因子(G*/sinδ)评价沥青胶结料的改性机理。

高模量改性剂含量定义为改性剂质量与沥青混合料的质量比,取0.2%、0.3%、0.4%、0.5%五个含量。DSR试验温度选择64℃、70℃、76℃、82℃、88℃,评价指标选择为G*δG*/sinδ,以分析高模量改性剂掺量、温度对沥青胶结料高温流变性能的影响。测试荷载为100Pa,频率为1.59Hz(对应角速度为10rad/s);试样直径为25mm,厚度为1mm;试验采用应变控制模式,应变值为12%。

1.1 复数剪切模量和相位角分析

复数剪切模量G*是最大剪应力(

max)和最大剪应变(γmax)的比率,表征材料受重复应力作用时抵抗变形的能力。相位角δ是峰值剪应力与峰值剪应变的时间滞后,表征材料弹性与粘性成分比例的指标。G*δ试验结果如图1所示。

本例患者有轻微的腹痛,伴血淀粉酶升高正常上限3倍以上,因此误诊为急性胰腺炎。但按照胰腺炎治疗后患者血淀粉酶未下降。后经手术切除并化疗后,血淀粉酶下降至67.1 U/L,支持血淀粉酶升高是卵巢恶性肿瘤分泌淀粉酶所致。由于大多数医院未开展唾液型及胰腺型淀粉酶同工酶检验,因此给诊断带来了一定的干扰。

图1 复数剪切模量G*和相位角δ变化

由图1可见,随着高模量改性剂含量的增加,复数剪切模量G*不断上升,含量超过0.3%后,G*迅速增加,表明随着高模量改性剂含量的增加,沥青的抗变形能力增强,在同等温度条件下,抵抗变形的能力提高;而相位角δ随着含量的增加不断降低,含量超过0.3%后,δ迅速下降,表明随着含量的增加,沥青的弹性性质越来越突出,粘性性质越来越弱。

1.2 车辙因子分析

车辙因子G*/sinδ用于评价沥青胶结料的高温抗车辙性能。G*/sinδ值越大,沥青胶结料的高温抗车辙能力越强。G*/sinδ随高模量改性剂含量变化如图2所示。

1.2.4 康复训练 患者的病情稳定后,可以开展康复锻炼,让患者的神经系统功能得到提升,为患者进行指导,出院后要继续的加强锻炼,让患者的恢复效果获得提升[3]。

图2 G*/sinδ随掺量变化

由图2可见,随着改性剂含量的增加,G*/sinδ表现的规律与G*基本一致,也是在含量超过0.3%后,迅速增加。

假设在用户用电量确定基础上,审视各种能源情况,目前核聚变发电还在试验阶段,产业化还未排出时间表;核裂变发电由于安全性及基于核废料的环保处理难题的考虑,目前主要在沿海建设,规模也不会像原来燃煤电厂那样大规模发展;电能大规模经济储存还有困难;风电、光伏发电受天气影响,不太稳定,同时对电网稳定性有一定影响;水电在枯水期或干旱天气会影响发电能力。目前上述问题主要由煤电作为调剂,但煤电被替代为清洁能源后,需要一种不受季节、天气影响、能随时调峰、具备清洁能源特征的能源作为支撑,以确保全国电网安全稳定运行,而天然气分布式能源能满足上述要求。

综合复数剪切模量(G*)、相位角(δ)、车辙因子(G*/sinδ)的变化规律,可以得到高模量改性剂对沥青胶结料的改性机理:高模量改性剂通过增强沥青胶结料的抗变形能力和弹性性质,以提升沥青胶结料的高温抗车辙性能。

中国举办2020年ICME-14,既是中国数学教育界的一件大事,也是中国数学教育界的一件喜事.这是几代中国数学家和数学教育工作者的梦想,也是几代中国数学家和数学教育工作者共同努力的结果,为此,中国数学教育界以此为契机,中国特色数学教育理论与实践的挖掘,理性地借鉴国外的经验与教育理论,深入研究中国与西方发达国家在数学教育研究方面的差别与距离,提高中国数学教育及其研究的国际水平,尤其是提高实证研究的水平,提高中国在国际数学教育界的话语权,培养更多优秀的年轻数学教育学者,促进各类数学课堂教学实践的科学性,都是实现中国数学教育崛起的必由之路.

2 原材料

2.1 沥青

沥青采用70号普通沥青,其相关指标的试验参照试验规程进行。试验结果如表1所示。

1 70号普通沥青技术要求及试验结果

序号试验项目技术要求试验结果1针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm60~80622针入度指数PI-1.5~+1.0-1.453软化点(R&B)/℃4648.5460℃动力黏度/(Pa·s)180218510℃延度/cm1542.8615℃延度/cm100>1007密度(15℃)/(g/cm3)-1.0428相对密度(25℃)-1.035

2.2 粗、细集料

粗集料规格为10~20mm、5~10mm、3~5mm三档;细集料为0~3mm石屑。其相关指标的试验参照试验规程进行,试验结果见表2及表3。

2 集料密度检测结果

集料规格/mm表观相对密度表干相对密度毛体积相对密度吸水率/(%)10~202.7682.7572.7510.225~102.7722.7532.7420.393~52.7842.7572.7420.550~32.7822.7302.7001.09

3 集料筛分检测结果

集料规格/mm集料通过下列筛孔(mm)的质量百分率/(%)26.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.07510~20100.091.966.339.16.20.60.60.60.60.60.60.25~10100.0100.0100.0100.093.02.11.21.21.21.21.20.53~5100.0100.0100.0100.0100.090.16.31.30.80.40.40.40~3100.0100.0100.0100.0100.0100.086.861.041.526.517.310.5

2.3 填料及抗剥落剂

填料采用矿粉,抗剥落剂采用P·C 32.5R水泥。

2.4 高模量外掺剂

高模量外掺剂掺量为沥青混合料质量的0.4%。外掺剂室内试验工艺如表4所示。

3 GAC-20C型沥青混合料配合比设计

3.1 合成级配

根据表3的筛分结果进行GAC-20C型沥青混凝土合成矿料级配组成设计,设计结果如表5所示。

4 室内试验工艺

步骤时间及温度1.将高模量改性剂加入石料干拌时间/s120温度/℃1902.加入150℃沥青湿拌时间/s120温度/℃1503.加入矿粉湿拌时间/s90

5 GAC-20C型沥青混凝土合成矿料级配组成

筛孔尺寸/mm原材料级配通过百分率/(%)10~20mm碎石5~10mm碎石3~5mm碎石0~3mm机制砂矿粉水泥合成级配/(%)设计级配范围/(%)26.5100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100~1001991.9100.0100.0100.0100.0100.096.495~1001666.3100.0100.0100.0100.0100.085.278~9213.239.1100.0100.0100.0100.0100.073.265~859.56.293.0100.0100.0100.0100.057.148~724.750.62.190.1100.0100.0100.033.223~532.360.61.26.386.8100.0100.025.216~441.180.61.21.361.0100.0100.018.812~320.60.61.20.841.5100.0100.014.010~240.30.61.20.426.5100.0100.010.47~180.150.61.20.417.398.299.38.24~120.0750.20.50.410.590.797.06.03~7掺配比例/(%)44.023.05.524.02.51.0--

3.2 马歇尔试验结果及最佳沥青含量

采用马歇尔设计方法进行了五个不同油石比下的马歇尔试验对比,其试验结果如表6所示。

6 GAC-20C马歇尔试验结果

试件组号沥青含量/(%)试件密度理论实测空隙率/(%)矿料间隙率/(%)沥青饱和度/(%)稳定度/kN流值/0.1mm13.382.6032.4386.414.054.713.9728.823.852.5842.4634.713.565.414.7633.234.312.5662.4813.313.375.214.2335.344.762.5482.4842.513.681.713.7637.355.212.5312.4881.713.987.813.2938.5

图3 GAC-20C目标配合比确定沥青用量

根据表6的试验结果绘制沥青含量同密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值的曲线图,并确定不同沥青含量下上述五个指标的共同范围,如图1所示。共同范围为3.83%~4.03%。

由表6可知密度没有出现峰值,以目标空隙率4.0%对应的沥青用量a3=4.03%作为OAC1

OAC1=a3=4.03%;OAC2=(3.83%+4.03%)/2=3.93%;OAC=(OAC1+ OAC2)/2=(4.03%+3.93%)/2=3.98%。

以4.0%为目标空隙率。确定GAC-20C目标配合比的最佳沥青含量OAC为3.98%,油石比为4.14%。

通过一次三年级成绩单的誊写无意中发现学生的内心倾向。成绩单的第二封面里有三个格子,可以填写三个最喜欢的老师,并写出原因,大部分学生都写了体育老师,刚开始还以为是学生为了填写而填写的,不!原因在这一栏里面告诉我,因为体育老师帮助我们锻炼身体、他的大拇指经常在课上表扬我们、在体育课上我能够更加充分地展示自己、体育课上老师总是能够给我信心等各种原因,我不禁又点头了。感受到肢体语言的力量了、感觉到了小学生的价值取向了、感受到他们知道体育的重要性了。

按照以上分析得到的最佳油石比4.14%,开展体积指标验证,结果如表7所示。由表7可见,试验结果均满足现行规范要求。

7 GAC-20C最佳油石比马歇尔试验结果

试件密度理论实测空隙率/(%)矿料间隙率/(%)沥青饱和度/(%)稳定度/kN流值/0.1mm2.5752.4704.213.468.514.3934.3

4 路用性能验证

在配合比设计的基础上,进行高模量沥青混合料GAC-20C水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性的性能试验,以检验其路用性能。

4.1 水稳定性能

高模量沥青混合料水稳定性能试验结果如表8及表9所示。

8 浸水马歇尔试验结果

序号浸水0.5h稳定度/kN试验结果平均值浸水48h稳定度/kN试验结果平均值残留稳定度/(%)114.51215.01313.91414.34514.1714.3913.6412.9213.2113.1614.3713.4693.5

9 冻融劈裂试验结果

序号劈裂抗拉强度/MPa冻融组平均值未冻融组平均值劈裂抗拉强度比/(%)11.1821.1231.1441.161.151.311.261.311.191.2790.6

由表8和表9可见,高模量沥青混合料浸水马歇尔试验结果和冻融劈裂试验结果均满足现行规范要求,表明高模量沥青混合料水稳定性良好。

4.2 低温抗裂性能

高模量沥青混合料低温抗裂性能试验结果如表10所示。

10 GAC-20C小梁弯曲试验结果

试验编号破坏时最大弯拉应变/με单值均值1271822701325064250252536627742623

由表10可见,高模量沥青混合料破坏时最大弯拉应变均值为2 623με,满足现行规范要求,表明高模量沥青混合料低温抗裂性能良好。

4.3 高温稳定性能

4.3.1 车辙试验

为了进一步评价高模量沥青混合料的高温性能,车辙试验温度进行了60℃及70℃的对比试验,试验结果如表11所示。

11 车辙试验结果

序号试验温度/℃动稳定度/(次/mm)平均值/(次/mm)1236010161103281000010163123704468492242284539

由表11可见,高模量沥青混合料60℃的动稳定度为10 163次/mm,远远大于规范要求的2 800次/mm;70℃的动稳定度为4 539次/mm,表明高模量沥青混合料高温稳定性能良好。

系统基于激光测径仪的扫描测径技术,可以直接测得小直径( 处于激光测径仪量程内)塞规的尺寸。通过一套专用夹具控制塞规的移动和旋转,可实现其直线度和圆度的快速综合测量。对于大直径(超出激光测径仪量程)的塞规,辅以激光二维扫描传感器获取标准件和待测件的轮廓信息,通过比较测量获取塞规直径。本系统以嵌入式控制单元为核心实现对各个测量模块控制,并对测量数据进行处理、分析和评定。系统的组成框图如图1所示。

在三国时期,筝作为一个非常优雅的乐器,在当时引起了学者、隐士和文人普遍的高度关注。直到东汉末年,古筝才逐渐登上高雅殿堂,社会开始广泛认可。

4.3.2 汉堡车辙试验

为了综合评价高模量沥青混合料在高温、水耦合作用下的高温稳定性能,采用汉堡车辙试验对0.4%掺量下的高模量沥青混合料和普通70号沥青混合料进行对比评价,试验条件为水浴温度60℃,轮碾次数为10 000次。图4为不同轮碾次数下的车辙深度对比。

图4 60℃下浸水汉堡车辙试验结果

由图4可见,对比两者于高温、水耦合作用下高温性能试验结果,高模量沥青混合料表现出了更为优异的性能,作用10 000个往返后,普通沥青混合料车辙深度为17.2mm,而高模量沥青混合料车辙深度为2.4mm,车辙深度远远小于普通沥青混合料。

1、优化财政支农结构,明确支农资金重点投入领域。在确保粮食安全的基础上,财政支农资金重点向科技创新、产业融合、品牌营销、农业转型升级和绿色发展、农村电商等农商文旅融合的新产业新业态领域投入,以着力补齐农村农业发展短板,加快促进广西农业供给侧结构性改革,激发农业农村发展内生动力。

5 结论

针对湿热地区高温稳定性不足、易出现车辙病害及改善沥青品质、级配优化、改进设计方法对提高沥青混合料的高温性能提升效果有限的现状,本文提出了一种通过添加外掺剂改性的方法以提高沥青混合料的高温性能。在改性机理分析、级配优化的基础上,通过调整传统的室内拌合工艺,开展了路用性能验证研究。

高模量改性剂对沥青胶结料的改性机理在于高模量改性剂通过增强沥青胶结料的抗变形能力和弹性性质,以提升沥青胶结料的高温抗车辙性能。

在实证分析之前,笔者进行了稳健性检验,经过单位根检验,数据集内的各类指标观察值都为平稳数据。利用样本数据库,上文构建模型式(9)和式(10)的回归结果基本一致,两式存在重复解释,因此下面仅对式(10)回归结果进行讨论,结果如表2所示。

采用高模量外掺剂改性后,相比于70号普通沥青混合料,其高温性能较大提升,且水稳定性能及低温性能也在较优水平。浸水汉堡车辙试验也表明在高温、水耦合作用下性能也显著优于70号普通沥青混合料。

参考文献:

[1]程承,陶桂祥,王琦,等.木质素改性沥青高温性能试验[J].林业工程学报,2019(1):141-147.

[2]贾平虎.纤维改性沥青与沥青混合料性能研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2018(6):997-1000.

[3]刘铎.矿料级配及粉胶比对沥青混合料性能的影响[J].科技创新与应用,2018(17):111-112.

[4]韩丁丁,张金喜,魏连雨.沥青混合料不同配合比设计方法设计效果的试验研究[J].公路,2015,60(10):204-208.

[5]吴传海,刘仰韶.基于GTM的抗车辙沥青混合料配合比设计方法[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2012,36(1):51-55.

[6]马强,崔树华,王利锋,等.Duroflex改性剂对沥青混合料性能影响研究[J].建材世界,2012,33(1):24-27.

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