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一表面层
一中下面层
粗集料角砾性
28
30
2.50
2.00
4级
12
15
1
5
42
90
50
细集料
粘土含量,砂当量
坚固性(>0.3mm部分) 不大于(%)
细集料未压实空隙率 (%)
60
无
注:
①坚固性实验根据需要进行;
②用于高速公路、一级公路时,多孔玄武岩地视密度限度可放宽至2.45t/m3,吸水率可放宽至3%,但必须得到主管部门地批准;
③石料磨光值是为高速公路、一级公路地抗滑表层需要而实验地指标,石料冲击值根据需要进行,其他等级公路如需要时,可提出相应地指标值;
④钢渣地游离氧化钙地含量应不大于3%,浸水后地膨胀率应不大于2%.
表2为美国Superpave集料规范.
Superpave集料标准有两种,一种为共同标准,也可以说是指令性标准,必须统一执行,如粗集料和细集料地角砾性、细长扁平颗粒含量、粘土含量共四项;
另一些称为料源特性,大都由各州公路部门自己确定,如洛杉矶磨耗损失、粗集料和细集料坚固性共三项,全部集料技术标准共为七项.我国粗集料和集料细集料技术标准多达15项,而美国认为至关重要地实验工程,如粗集料和细集料地角砾性,我国却没有.
Superpave集料规范 表2
交通量
(百万ESAL'
S)
粗集料棱角
细集料棱角
细长与扁平
颗粒含量
粘土含量
表面以下<100
>100
<100
<0.3
55/-
-/-
-
40
<1
65/-
<3
75/-
50/-
10
<10
85/80
60/-
45
<30
95/90
85/75
100/100
≥100
表中"
85/80"
表示85%地粗集料有一个或一个以上地破碎面,80%地粗集料有两个或两个以上地破碎面.
下面谈谈对我国集料标准中某些指标地一些看法.
(1)关于集料压碎值
集料压碎值用于相对衡量集料在逐渐增加地荷载下抵抗压碎地能力,是路面基层和沥青面层地重要指标,这个指标简单方便,是我国公路部门最常用地指标之一,应予以足够重视.
(2)关于洛杉矶磨耗值
洛杉矶磨耗实验在我国和北美是广泛使用地方法,美国有94%地州均有此指标以确定粗细集料抵抗磨耗地阻力和韧性,大多数州沥青路面底面层联结层和表面层最大允许值为40%~50%,我国洛杉矶磨耗值标准为30%,比美国高得多,这是由于美国好地集料已用得差不多了,定高就会增加路面成本.
北美洛杉矶磨耗损失地标准见表3.
北美洛杉矶磨耗值标准 表3
技术标准(%)
35
48
55
65
表面层
使用州百分比(%)
9
56
36
2
18
联结层
11
38
26
底面层
47
23
从上述北美标准来看,其要求比我国低很多,以表面层来说,一半以上地采用40%作为标准,36%地州采用45%地损失值作为标准,而我国一律为30%.
(3)关于粗集料视密度
粗集料视密度在热拌沥青混合料体积计算时是一个非常重要地参数,但是否作为集料地一个指标值得讨论.
(4)关于集料吸水性
为了就地取材使用高吸水率地集料,规定一个最大吸水率地要求也是可以地,但是我国集料吸水性地标准明显高于国外标准,尽管Superpave集料并无此标准,但根据过去北美调查,为了避免使用高吸水率地集料,许多州也规定了最大吸水率要求(见表4).
北美允许最大吸水率标准 表4
最大吸水率标准
1.75
2.0
3.0
3.5
4.0
5.0
6.0
使用州百分比(%)
16
22
8
29
7
根据上述调查情况,36%地州最大允许吸水率为5.0%以上,65%地州为4.0%以上,也就是说美国、加拿大大部分州最大允许吸水率为4.0%,我国规定为2%似乎太严了一点.筑路应该使用当地材料,不应强制以2%吸水率作为集料接受或拒绝地标准.沪宁路苏州B标段古桑打石山,多孔玄武岩地吸水率为3.24%~4.32%.在美国大部分州都认为可以用,但超过了交通部标准,问题不在于能不能用,而在于如何用.指挥部召开专家会议,众说纷纭,莫衷一是,最后由于工期等原因,指挥部最后决定使用了多孔玄武岩,采用提高集料加热温度、延长集料烘干时间、混合料摊铺后立即碾压以及掺加抗离剂等措施,至今路面使用品质很好.
所以对于多孔性集料,关键是实验方法要跟上.我国T07112路面沥青混合料最大相对密度实验(真空法)明确规定不适用于吸水率大于3%地多孔性集料地沥青混合料,而ASTMD2041沥青混合料最大理论密度标准实验方法中,就有一节关于使用多孔性集料地沥青混合料地补充实验方法.这个方法对于正确计算压实沥青混合料孔隙率、路面压实度以及计算被集料吸收进孔隙地沥青数量十分重要.
对于多孔性集料,另一个重要因素是计算被孔隙吸收沥青地数量,然后在计算沥青总用量时,加上这一部分数量.计算地沥青用量是有效沥青用量,加上被吸收地沥青用量,才是我们真正地沥青用量.
(5)对沥青地粘附性
我们认为粘附性实验主观性太强,不应作为集料规范实验标准,详见本文第5节关于水敏感性评价.
(6)关于粗集料坚固性
过去较少对集料坚固性进行实验,今后应按照规范要求进行实验,避免不合格材料影沥青混合料及路面整体质量.
(7)关于细长与扁平颗粒含量
细长与扁平颗粒含量不应大于15%.根据北美调查仅有17%地州使用3∶1地标准,使用4∶1标准地也有17%,而7.5%地州为5∶1,最大允许百分比3∶1标准地范围为20%~30%;
4∶1标准地为7%~20%;
5∶1标准地为5%~20%.我国地标准还比较严格,应继续执行.
但应该指出,目前市场上地测量细长与扁平颗粒含量地规准仪是用于水泥混凝土地,对于沥青混合料,应使用游标卡尺法.
(8)水洗法<0.075mm颗粒含量
(9)关于软石含量
关于软石含量在集料实验规程(JTJ058-94)中只有一项卵石地软弱颗粒实验(T0320),显然不是指地这一实验,再也找不到另外地实验方法.在AASHTO地实验方法中也没有找到相应地实验方法.我国称为坚固性实验(T0314),事实上该法不仅适用于水泥混凝土集料,也适用于沥青混凝土用集料,不仅可以用硫酸纳作为溶剂,也可用硫酸锰作为溶剂,这在北美是普遍使用地集料实验方法,我国集料标准却规定坚固性实验根据需要进行.我们认为坚固性实验是一项很重要地实验,特别是当软石含量不能测定地情况下.
(10)关于石料磨光值和石料冲击值
根据表1注③地说明,磨光值是高速公路地抗滑表层需要而实验地指标,石料冲击值根据需要进行,这段话地意思似乎有二个:
①石料磨光值和石料冲击值均属抗滑表层(AK类沥青混合料)地指标.②石料磨光值必须进行,而石料冲击值根据需要进行.
那么就存在以下二个问题:
①如果是普通密级配沥青混凝土,是否可以不作磨光值实验.②石料冲击值在什么情况下才需要进行实验.
这些均是规范模糊不清地问题,我们认为:
①表面层沥青混合料都要有石料磨光值要求,不管是抗滑表层还是普通密级配沥青混合料磨耗层.②关于石料冲击值规范应具体说明什么情况才需要,什么情况不需要.③规范应具有唯一性.
(11)关于破碎砾石地破碎面积
关于破碎砾石地破碎面积要求,我国规范表1中要求破碎砾石地破碎面积,高速公路、一级公路表面层不小于90%,中下面层不小于50%.然而没有任何确定破碎面积相应地实验方法,在条文说明4.6.6节中称"
破碎砾石地破碎面积至关重要,应满足附录表C.8地规定.规定将原来一个破碎面积地集料质量改成破碎面积,这是参照了美国办法修改地"
.
我国关于破碎集料要求表面层为90%,不知是指什么.如果说是指90%地集料应为具有一个或两个破碎面地破碎集料,似乎标准很高.目前,我国有丰富地优质集料,但由于我国用于沥青面层地集料均为破碎集料,可以说100%为破碎集料,这个指标不成问题.但有些地方使用破碎河卵石作为粗集料,就需要破碎面地实验数据与接受标准.
实际情况是北美并没有用破碎面积来代替破碎集料质量.美国ASTMD5821关于确定破碎集料百分比地实验方法中规定,破碎集料地定义为集料破碎面地投影面积应大于集料最大横截面积地四分之一,计算破碎集料百分比地方法是:
P=(F+Q/2)/(F+Q+N)×
100
式中:
P——规定数量地破碎面地颗粒百分比;
F——具有规定破碎数量地破碎集料地颗粒数或质量;
Q——不明确是否属于破碎集料地颗粒数或质量;
N——非破碎集料中不满足破碎集料要求地集料颗粒数或质量.
通常称为具有一个或两个破碎面地破碎集料即为质量百分比,除非特指颗粒数量百分比.表5、表6为北美关于基层材料破碎集料地标准.
北美不同沥青层平均破碎面要求 表5
混合料类型
一或两个破碎面最小平均百分比
两个或多个破碎面最小平均百分比
59
62
北美粗集料破碎集料地标准 表6
20
70
80
一个或两个破碎面
州和省地百分比
13
两个或多个破碎面
(12)关于粗细集料地筛分
在进行配合比设计时,首先要精确地知道各档集料尺寸地比例,也就是平时所说地筛分,然而对于集料中小于0.075mm地颗粒部分,用常规地干筛是不可能筛干净地,必须用水冲洗地方法才能获得准确地数据.由于我国集料规范(JTJ058-94)中没有这样一个实验方法,我们在最初筛分时也是用干筛,后来美国专家来我院指导工作时,我们一步一步地做给他们看,他们认为我们做地方法是正确地,唯一有区别地是筛分,他们告诉我们,小于0.075mm颗粒部分必须用水冲洗,他们当场做了一个示范实验,干筛和湿筛,小于0.075mm颗粒含量可相差1%,也就是说添加了5%地矿粉,实际上矿粉用量已达6%,由于矿粉偏多,沥青被矿粉吸走造成沥青用量不够,再加上不考虑有效沥青用量,因此成为造成我国沥青路面容易松散剥落地内在原因之一.
(13)关于细集料视密度
比较细集料标准,我国对视密度有一定要求,也许我国存在着某些有害轻质细集料必须加以限制,否则似乎不一定很必要.
(14)关于细集料坚固性
我国细集料坚固性要求,实际上是国外地安定性要求,这个技术指标是细集料在硫酸钠溶液中浸泡48h后,各档集料筛分损失加权平均值,指标范围与国外基本相同,均为12%左右,名称上我国叫坚固性,这个词英文名称为Soundness,也可译为坚固性,但似乎安定性更为确切.
(15)关于细集料砂当量
细集料砂当量是评定细集料中小于0.075mm颗粒地塑性部分地一个重要鉴别实验.砂当量实验在我国尚不普及,因此各单位均没有此项数据,省交科院业已购置此项设备,能够进行这项实验.
同济大学用水洗法测定小于0.075mm颗粒含量达10.2%~11.7%,这是一个不可忽视地数据,这些颗粒是粘土还是矿粉,用水洗法是不能确定地.
砂当量我国标准为60%,比Superpave最高地50%还要高.
(16)细集料棱角性
Superpave有一个细集料棱角性要求,这是一个很重要地技术指标,什么砂好,什么砂不好,什么砂能用,什么砂不能用,在我国沥青路面集料规范中没有一个技术指标,这是造成VMA不足和动稳定度达不到要求地一个潜在原因.不同地砂有不同地棱角,不是说天然砂就不能满足这个要求,即使是人工破碎砂,也不一定能满足这个要求,因此要规定棱角性技术指标.
Superpave对矿粉没有特殊要求,但应满足AASHTOM27对矿粉地一般要求,M27与我国要求基本相同.
2.2 沥青标准
不论在欧洲或北美,世界上大体上只有两种沥青规范,一种是针入度级规范,以沥青25℃或15℃时地针入度作为分级依据,另一种是粘度级规范,以原样沥青60℃粘度作为分级标准地称为AC级,以旋转薄膜烘箱残留物粘度作为分级依据地,称为AR级.人们根据以往地经验,不同地气候区选用不同地针入度或粘度等级沥青.
现行规范地主要缺点之一是没有低温指标.在针入度规范中,使用15℃或25℃温度,虽然这个温度是大多数路面地主要工作温度,但在负温度时,沥青地性质又会如何,没有测量,当然也谈不上指标.如果要将沥青性质与路面性能关联起来,就必须知道路面整个使用温度范围内地性质.
现行规范地主要缺点之二是没有考虑沥青在路面整个使用期间地老化,无论针入度规范,还是粘度规范,都使用薄膜烘箱或旋转薄膜烘箱,这个实验模拟沥青在拌和与摊铺过程中地老化,不能控制在路面整个使用过程中地老化.也就是说,如果原样沥青和RTFOT残留物性能还可以,并不能保证在路面整个使用期间地性能.表7则用文字总结了这种比较.
现行地沥青规范和Superpave胶结料规范比较 表7
序号
现行规范
Superpave规范
传统地经验指标
企图使用性能指标
静态、弹性或粘性指标
动态、粘弹性指标
3
只适用于未改性沥青
既适用于未改性沥青,也适用于改性沥青
4
只能模拟拌和与摊铺期老化
既能模拟拌和与摊铺期老化,也能模拟路面使用期老化
实验温度固定、变化指标
指标固定、变化实验温度
6
没有低温指标
具有低温指标
3 设计标准
3.1 级配
粗集料地级配对热拌沥青混合料地性能有巨大影响,这种可能地影响可用美国联邦公路局1962年研制地0.45次幂级配图来评价.我们将某高速公路所使用地AC16IB以及沥青路面规范中地AC16I和用Superpave设计方法地控制点与限制区及设计出来地地级配曲线,以及典型地SMA级配曲线一起放在0.45次幂级配图上进行分析(见图1).
Superpave和某高速公路沥青混合料级配设计标准比较 表8
19.0
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AC-16I
95~100
75~90
58~78
42~63
32~50
22~37
16~28
11~21
7~15
4~8
某高速公路
90~100
70~90
50~70
30~50
12~23
8~18
6~13
Superpave
90max
28~58
2~10
在这些图上,原点0和最大集料尺寸100%通过地点地连线称为最大密度线.级配曲线越靠近此线,混合料就越密实.过去利用马歇尔设计方法设计地沥青混合料均属密级配沥青混合料,因此过去地混合料通常比较靠近最大密度线,如AC-16I.然而,沥青混合料并不是越密实越好,在满足了沥青混合料地基本体积性质(如VMA,VFA,Va等)地基础上,尽可能密实一些.
图1
从图1中可以看出,AC-16I最靠近最大密度线,而且通过了Superpave设置地限制区.而AC-16IB则比AC-16I粗,但仍属于一种连续级配地混合料,而SMA级配线与上述曲线明显不同,Superpave混合料设计时,粗、中、细三种混合料,最细地混合料级配因矿粉地沥青用量比(下面简称粉胶比)不满足而放弃,我们选择了中等粗细地混合料,即便这样也比国内地混合料细得多,根据击实地试件来看,显然要密实得多,低温地间接抗拉强度也高得多.
根据图1级配比较图,AC-16IB远离最大密度线,空隙率必然大,SMA地级配本身空隙率也大,但是由于用了过量地矿粉、过量地沥青和纤维,形成马蹄脂,填充了空隙,使SMA既嵌挤又密实.关于限制区,目前还未得出最终地结论,我们观点是在可能地情况下能避则避.
Superpave技术标准和我国热拌沥青混合料技术标准比较 表9
指 标
MP-2
设计方法
马歇尔
击实次数 (次)
两面各75
见表
稳定度 (kN)
>7.5
流值 (0.1mm)
20~40
空隙率 (%)
3~6
沥青饱和度 (%)
70~85
残留稳定度 (%)
≥75
矿料间隙率
见表11
水敏感性,间接抗拉强度比,TSR
AASHTO T283
≥80
矿粉/沥青用量比
*1.0~1.2
0.6~1.2
水稳定性,简化洛特曼法
见表12
我国规范矿粉/沥青用量比没有指明到底是矿粉与总地沥青用量比,还是与有效沥青用量比,差别很大.
Superpave和某高速公路沥青混合料技术性质比较 表10
苏州A标
设计空隙率 (%)
4.3
设计用油量 (%)
4.93
4.6
矿料间隙率 (%)
14.1
沥青填隙率 (%)
73
72.03
混合料毛体积密度 (t/m3)
2.599
2.6105
松散混合料最大理论密度 (t/m3)
2.710
2.705
水稳性,AASHTO T283
集料A 集料B 集料C 集料D
集料B
间接抗拉强度比TSR
88.8 64.0 91.9 89.4
70.5
残留稳定度 (%)
81
1.57
0.65
3.2 体积
表10设计指标中地体积性质两种方法没有太大地差别,设计空隙率Superpave明确为4%,最佳沥青用量就用空隙率为4%时地沥青用量,而马歇尔法最佳沥青用量取满足空隙率范围、饱和度范围地沥青用量中值与最大密度及最大稳定度时地沥青用量地平均值.
沥青饱和度与交通量联系起来似乎更合理,关于集料间隙料标准,没有本质上地不同,但在定义上有很大地差别.
3.3 集料最大
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