鹽分對(duì)瀝青混凝土粗細(xì)離析狀態(tài)下路用性能的影響

趙軍，趙青(安陽(yáng)工學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，河南安陽(yáng)455000)*

鹽分對(duì)瀝青混凝土粗細(xì)離析狀態(tài)下路用性能的影響

趙軍，趙青
(安陽(yáng)工學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，河南安陽(yáng)455000)*

通過室內(nèi)模擬沿海地區(qū)在含鹽氣候條件下瀝青混凝土級(jí)配離析時(shí)對(duì)其路用性能產(chǎn)生的影響，制備馬歇爾試件，對(duì)鹽水浸泡后的試件進(jìn)行了高溫抗車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均有較大程度的下降，而細(xì)集料離析部位的抗車轍性能較差;細(xì)集料離析狀態(tài)下的混凝土其抵抗鹽分侵蝕的能力較強(qiáng)，但鑒于其車轍動(dòng)穩(wěn)定度太差，在施工中仍然要注意避免細(xì)集料離析狀態(tài)的發(fā)生;粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均較差，其抵抗鹽分侵蝕的能力也較差，在混凝土施工中尤其要注意避免粗集料離析現(xiàn)象的發(fā)生.

鹽分;瀝青混凝土;級(jí)配離析;路用性能

0 引言

混凝土的離析是在施工過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生的一種影響路面使用性能的主要原因之一.其中最主要的離析包括級(jí)配離析以及溫度離析兩種，溫度離析本質(zhì)上也是影響了路面壓實(shí)完后的空隙率，對(duì)此暫不研究［1］.沿海地區(qū)的瀝青混凝土路面經(jīng)常遭受含鹽高濕氣候的影響，尤其是對(duì)于路面離析部分，海水中的鹽分更容易侵入，進(jìn)而會(huì)影響到瀝青混凝土路面的耐久性［2］.為了研究鹽分對(duì)離析混凝土路面的影響，室內(nèi)分別模擬了SBS改性瀝青AC－13混凝土的兩種粗、細(xì)離析狀態(tài)，并對(duì)粗細(xì)離析下的混凝土施加了室內(nèi)鹽分的模擬，以研究離析狀態(tài)下的混凝土對(duì)鹽分影響下的反應(yīng)，為以后沿海地區(qū)鋪筑瀝青混凝土路面因鹽分加速離析破壞提供理論依據(jù)，并在建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過程中采取針對(duì)性的對(duì)策具有現(xiàn)實(shí)的意義.

1 室內(nèi)混凝土粗細(xì)級(jí)配狀態(tài)的模擬

AC-13型瀝青混凝土所采用四檔玄武巖原材料均產(chǎn)自鎮(zhèn)江茅迪礦，礦粉產(chǎn)自浙江湖州，級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果如表1所示［3］，各種材料的比例如下:1#∶2# ∶3#∶4#:礦粉為26∶31∶5∶36∶2.設(shè)計(jì)兩種粗細(xì)離析狀態(tài)下的合成級(jí)配，其用料比例以及級(jí)配合成情況見表2、3所示，三種級(jí)配曲線圖如圖1所示.

表1 AC-13混凝土設(shè)計(jì)級(jí)配

表2 三種級(jí)配的礦料比例 %

表3 三種礦料的合成級(jí)配通過率

圖1 粗細(xì)離析狀態(tài)下三種級(jí)配對(duì)比曲線

為增強(qiáng)對(duì)三種級(jí)配混凝土條件下的感官認(rèn)識(shí)，按照上述三種級(jí)配類型來配制混凝土，不摻加瀝青膠結(jié)料，將礦質(zhì)混凝土均勻地平鋪在地面上，攤成圓餅狀，厚度約4 cm以模擬瀝青路面上面層.三種級(jí)配的路表面特性如圖2所示.

分析圖2可知，粗集料離析(級(jí)配1)時(shí)混凝土表面粗集料過多，幾乎看不到細(xì)集料，此時(shí)礦質(zhì)混凝土的空隙率就會(huì)很大.而正常級(jí)配的混凝土(級(jí)配2)結(jié)構(gòu)外觀看上去即非常密實(shí)，未離析時(shí)的礦質(zhì)混凝土基本上達(dá)到了最好的表面狀態(tài)，即粗細(xì)集料比例適中.而當(dāng)發(fā)生細(xì)集料離析(級(jí)配3)時(shí)，表現(xiàn)為表面細(xì)集料過多，表明幾乎看不到粗骨料顆粒，此時(shí)粗集料無法形成骨架，集料之間的摩阻力下降［4］，混凝土的強(qiáng)度自然就會(huì)降低.

采用上述三種級(jí)配類型，在瀝青油石比為5. 0%的情況下進(jìn)行的馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)［5］，得到各混凝土馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表4所示.

圖2 三種級(jí)配混凝土表面特性

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2 鹽分對(duì)粗細(xì)離析狀態(tài)下路用性能影響的試驗(yàn)方案

對(duì)沿海地區(qū)的道路進(jìn)行取芯調(diào)研可知，道路石油瀝青AC-13混凝土在距海3 km使用3年的情況下，通過水溶法計(jì)算混凝土中鹽分含量為0. 36%.室內(nèi)制作的AC-13型混凝土試件在3%鹽分濃度中浸泡15 d的情況下試件中含鹽量達(dá)到了0.41%，與路面實(shí)際情況相差不大.因此以3%的鹽分濃度浸泡15 d為基準(zhǔn)，確定瀝青混凝土試件室內(nèi)鹽水浸泡方案，高溫性能下進(jìn)行高溫抗車轍試驗(yàn)，低溫性能下進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)，水穩(wěn)定性能下進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn).

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1高溫性能

對(duì)三種狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行鹽水浸泡前后的高溫車轍試驗(yàn)［6］，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示.由表中數(shù)據(jù)可以看出，混凝土粗細(xì)離析狀態(tài)下的高溫動(dòng)穩(wěn)定度值較常規(guī)相比均有不同程度的下降.尤其是在細(xì)級(jí)配離析的狀態(tài)下，鹽水浸泡前混凝土的抗車轍性能即嚴(yán)重下降，只有正常狀態(tài)下的46. 7%，相比較而言，由于其空隙率較低，其受到鹽水浸泡的影響也較低.而粗級(jí)配離析的狀態(tài)下，由于其粗骨料之間仍然可以一定的骨架起到支撐作用，因而其高溫動(dòng)穩(wěn)定值較細(xì)級(jí)配離析相比有很大程度的提高，但較正常狀態(tài)相比也有一定程度的下降，且其由于空隙率較大，受到鹽水浸泡后的動(dòng)穩(wěn)定度值下降幅度也較大.綜上可知，在沿海地區(qū)施工過程中細(xì)集料離析部位極易產(chǎn)生車轍病害，而粗集料離析部位極易受到鹽水侵蝕的影響.

表5 浸泡前后混凝土動(dòng)穩(wěn)定度比較

3.2低溫性能

對(duì)三種狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行的低溫小梁彎曲［7］試驗(yàn)結(jié)果如表6所示.由表中數(shù)據(jù)可以看出，首先，粗集料離析下的混凝土低溫抗裂性能大幅度下降，僅有正常狀態(tài)下的65.8%，而細(xì)集料離析狀態(tài)下的混凝土低溫性能有一定程度的提高.在受到鹽水浸泡影響后，粗集料離析混凝土的低溫破壞應(yīng)變值再度呈現(xiàn)大幅度下降趨勢(shì).其原因主要為粗級(jí)配離析時(shí)，混凝土內(nèi)部瀝青含量變少，整體上使得混凝土的脆性增加.再者由于其空隙率較大，鹽分易于進(jìn)入到混凝土內(nèi)部中從而影響膠結(jié)料的低溫流變性能.因此，在粗集料離析的狀態(tài)下，經(jīng)過鹽水浸泡后混凝土的低溫破壞應(yīng)變值只有1 121 με，遠(yuǎn)低于規(guī)范≥2 500 με的要求.因此，對(duì)于沿海地區(qū)在施工過程中粗集料離析位置極易出現(xiàn)開裂破壞.

表6 浸泡前后混凝土低溫破壞應(yīng)變值比較

3.3水穩(wěn)定性

對(duì)粗細(xì)離析狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行鹽水浸泡前后的浸水馬歇爾試驗(yàn)［8］，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示.由表可見，粗級(jí)配離析時(shí)，混凝土的殘留穩(wěn)定值有大幅度下降，其抗水損害性能有明顯下降.一方面，這主要是由于試件的空隙率過大，水分極易進(jìn)入到混凝土中去從而引起集料表面的瀝青膜脫落.相比較而言，正常狀態(tài)以及細(xì)級(jí)配離析的狀態(tài)下經(jīng)鹽水浸泡過后，混凝土的殘留穩(wěn)定度值變化不大.由表中數(shù)據(jù)可知，沿海地區(qū)在施工過程中的粗集料離析部位是極易發(fā)生水損害的區(qū)域.

表7 浸泡前后混凝土浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果比較

4 結(jié)論

通過以上對(duì)正常狀態(tài)以及兩種粗、細(xì)級(jí)配離析狀態(tài)下進(jìn)行的路用性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可以得到如下結(jié)論:

( 1)粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均有較大程度的下降，而細(xì)集料離析部位的抗車轍性能較差;

( 2)粗集料離析時(shí)，混凝土的空隙率有較大程度的增加，因而其抵抗鹽分侵蝕的能力也有一定程度的下降;

( 3)細(xì)集料離析狀態(tài)下的混凝土其抵抗鹽分侵蝕的能力較強(qiáng)，但鑒于其車轍動(dòng)穩(wěn)定度太差，沿海地區(qū)在瀝青混凝土施工過程中仍然要注意避免細(xì)集料離析狀態(tài)的發(fā)生;

( 4)粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均較差，其抵抗鹽分侵蝕的能力也較差，沿海地區(qū)在瀝青混凝土施工過程中尤其要注意避免粗集料離析現(xiàn)象的發(fā)生.

［1］YU JIANYING，F(xiàn)ENG PENGCHENG，ZHANG HENGLONG，et al.Effect of organo-montmorillonite on aging properties of asphalt［J］.Construction and Building Materials，2009，23( 7) : 2636-2640.

［2］嚴(yán)伊莎.鹽分對(duì)瀝青及瀝青混合料路用性能影響的分析研究［D］.長(zhǎng)安:長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

［3］中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTGD 50-2004公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］交通部公路科學(xué)研究所.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［5］陳國(guó)明，譚憶秋.基于粗集料表面紋理特性的瀝青混合料性能研究［J］.公路交通科技，2007，24( 2) : 8-12.

［6］申愛琴，莊傳儀.山區(qū)高速公路瀝青路面車轍成因與防治措施［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2007，24( 6) : 1-4.

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［8］劉黎萍，孫立軍.瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)疲勞方程的環(huán)境影響系數(shù)［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，36( 2) : 178-181.

Study the Influence of Salt on High Road Performance of Asphalt Mixture by Gradation Segregation

ZHAO Jun，ZHAO Qing
( Department of Civil And Architectural Engineering，Anyang Institute of Technology，Anyang 455000，China)

Indoor simulation of coastal areas in salty condition and gradation segregation in road performances is conducted，and high temperature rutting test，trabecular bending test and Marshal immersion test are performed.The test results show that the low temperature crack resistance and resistance to water of coarse aggregate segregation are decreased，but and anti-rutting performance of the fine aggregate segregation is poorer.For the fine aggregate segregation concrete，its resistance to salt erosion ability is stronger，but the rut dynamic stability is bad.In the construction，attention should be paid to avoid the occurrence of fine aggregate segregation state.The low temperature crack resistance and water damage resistance are poorer for the coarse aggregate segregation with poor ability to resist salt erosion.

salt; asphalt mixture; gradation segregation; road performance

A

1673-9590( 2016) 01-0052-04

2015-06-17

趙軍( 1980－)，男，講師，碩士，主要從事路面結(jié)構(gòu)與材料的研究

E-mail: ycitdhb@163.com.