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浅谈彩色沥青混凝土在路面工程中的使用
2023-05-09 09:40:08 ℃赵周文
(甘肃省陇南公路事业发展中心,甘肃 陇南 746000)
随着公路交通对公路路面各项指标要求越来越高,沥青混凝土在路面施工中得到广泛应用,其中彩色沥青混凝土的应用也较普遍。
因为沥青具有颜色,所以先要脱色得到脱色沥青,然后在特定温度下将脱色沥青和石料、添加剂和颜料等材料混合搅拌,制成彩色沥青混凝土,再通过专用设备进行摊铺、碾压成为彩色沥青混凝土路面(简称彩色沥青路面)。该路面不仅具有高强度,还符合道路行车安全的各项要求,例如各种交通路面指示标志(见图1),高速公路弯道减速震动提醒(见图2),美化环境、装点城市(见图3)。彩色沥青混凝土的普遍使用,给道路使用者带来一目了然的提醒,有利于疏导交通、引导车辆规范行驶,提升了路域环境的美化。彩色沥青混凝土的研究和应用可追溯到20世纪中叶,经过技术不断进步,彩色沥青混凝土在很多国家得到了应用推广,应用范围有公园道路、自行车骑行路、人行道路和公共交通专用道路等。
图1 醒目的彩色标线
图2 高速公路弯道减速震动提醒路段
图3 美化环境强化功能
为了获得彩色和纹理凸起结构,普遍使用粘度高(60℃时粘度可达50000Pa·s)、浅色结合料铺筑路面,尤其是交通繁忙的路面。彩色沥青混凝土普遍采用SMA-13。SMA-13是细粒式沥青混凝土,能很好满足应用要求,结构见图4。
图4 彩色混凝土路面结构图
彩色沥青混凝土混合料包括彩色结合料、矿物质集料、填料、颜料、外加剂等。混合料的配合比设计对质量至关重要,选材是关键[1]。
2.1 沥青结合料
彩色沥青结合料是浅色,各项指标应符合JT/T 1128-2017《彩色沥青结合料》。普通彩色沥青结合料技术指标见表1。
表1 普通彩色沥青结合料的技术要求
2.2 集料及填料
集料分粗集料和细集料,以2.36mm为评判,以上为粗集料,以下为细集料,小于0.075mm称为填料。集料及填料的质量关乎沥青混凝土质量,对于集料的技术要求应符合DB12/T 918-2019《公路沥青路面集料技术规范》,表面应清洁,粗糙且有棱角、坚硬,应具有较高强度和抗表面磨损能力。
2.3 颜料
彩色沥青混凝土颜色主要取决于颜料,因此颜料要经久耐用,不怕日光照射,不脱色,有耐热性。由于加入了颜料,可减少矿粉用量。颜料主要分无机和有机两类,无机颜料有金属氧化物、金属硫化物、铬酸盐类和硅酸盐类,有机颜料有偶氮颜料、酞箐颜料和杂环颜料。
配合比设计要按照规范及具体道路要求进行,目前普遍采用SMA-13,其与AC-13 的区别有:1)SMA采用改性沥青,AC采用基质沥青或改性沥青;
2)SMA掺加木质纤维,而AC不掺加;
3)SMA与AC的级配要求不一样,其他指标如孔隙率、密度也不同。
按照规范要求进行马歇尔试验,相关指标必须满足,见表2。
表2 混合料马歇尔试验技术指标
4.1 车辙试验
在性能方面,彩色沥青与普通沥青混合料是一致的,即承载能力、安全性、舒适性、耐久性等指标要达到同样要求。在此基础上,彩色沥青混凝土还有新的要求,即具有耐摩擦性能,并在风吹日晒等反复作用下具有保持颜色不变的能力,因此要对耐久性进行研究。在高温、低速重载和抗剪切能力不足时,公路的破坏形式有拥包、搓板、车辙、泛油等,车辙现象是所有破坏形式的集中表现。因此,国家规范对各等级公路提出了具体要求,车辙试验在进行配合比设计时是必不可少的环节(见表3)。
表3 车辙试验要求
4.2 水稳定性
公路要经受各种自然灾害的冲击,其中雨水及冰雪融化最常见。公路承受的是动态压力,即移动的车轮和雨水在轮胎空隙处形成真空所带来的动态压力,周而复始反复作用。同时,水分在压力作用下渗入沥青与集料界面间,降低了沥青粘附性,可能使沥青与集料发生剥离,出现沥青混合料不能抱团,从而导致混合料中的骨料掉粒,沥青混凝土失效。公路由此出现路面病害,如坑槽、凸起变形。为避免此类现象,要检验路面材料的水稳定性,该检验的系列试验方法有浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验、浸水劈裂试验、真空饱水劈裂试验、冻融劈裂试验、浸水抗压试验、浸水车辙试验等。
按照T0709-2000《沥青混合料马歇尔稳定度试验》和T0729-2000《沥青混合料冻融劈裂试验夹具》进行沥青混合料浸水马歇尔稳定度试验和沥青混合料冻融劈裂试验,试验结果要满足要求(见表4)。
表4 两项试验技术要求
大型马歇尔试验的压头尺寸见图5所示。最大载荷不小于25kN,精确度100N;
恒温水槽控温准确度为1℃,深度≮150mm;
其他还需真空饱水容器、烘箱、天平、温度计、卡尺和面纱、黄油等。
图5 大型马歇尔试验的压头(单位:mm)
试验按照操作规程进行。试验数据处理如下:
1)稳定度及流值
各种数据通过计算机采集,并生成压力与试件变形曲线,见图6。O1由切线延长线与X轴交点获得,测量O1到载荷最大值的数值可得到FL(流值),单位mm,精确到0.1mm,而最大载荷就是MS(稳定度),单位kN,精确到0.01kN。
图6 马歇尔试验修正法
2)公式
试件马歇尔模数可通过公式(1)计算得到:
式中,T-试件马歇尔模数,kN/mm;
MS-时间的稳定度,kN;
FL-时间的流值,mm。
马歇尔模数越大,说明变形小,意味着有能力抵抗更大的外力,同时也说明沥青混合料强度高,高温抗变形能力好,也反映出抗车辙能力强。
3)残留稳定度
试件浸水残留稳定度按公式(2)计算:
式中,MS0-试件浸水残留稳定度,%;
MS1-试件浸水48h后的稳定度,kN。
4)真空饱水残留稳定度
试件真空饱水残留稳定度按照公式(3)计算:
式中,MS’0-试件真空饱水残留稳定度,%;
MS1-试件真空饱水后浸水48h后的稳定度,kN。
4.3 抗老化性能
导致沥青混凝土老化的原因有氧气、加热高温、水和紫外线。抗老化性能是沥青混凝土耐久性的重要指标,可通过短期老化和长期老化来模拟。烘箱加热法、延时拌合法、微波加热法属于短期老化试验方法,加压氧化老化、岩石烘箱加热、红(紫)外线处理属于长期老化试验方法。沥青混合料老化评价试验常采用低温劈裂试验和弯曲试验,测量指标有劈裂强度、劲度模量值、弯拉强度、弯拉应变。以彩色沥青混凝土和普通沥青混凝土混合料劈裂试验为例进行分析(见图7)。
沥青混凝土老化评级分为3个级别:1)未老化(为加热老化);
2)短期老化(拌合均匀后,在恒温烘箱内135±1℃放置4h);
3)长期老化(经短期老化后,在恒温烘箱内85±1℃放置5d)。从图7可见,劈裂强度随时间推移而增加,同时,不管在哪个级别(未老化、短期老化、长期老化),曲线1(彩色沥青混合料)都在曲线2(普通沥青混合料)上方,彩色沥青混合料比普通沥青混合料的劈裂强度高,抗老化能力强。
图7 不同老化条件下的低温劈裂强度
彩色沥青混凝土应具备普通沥青混凝土的所有要素,要满足沥青混凝土的三项指标,即高温、低温、水稳定性,提高彩色沥青混凝土性能要围绕以上三个方面开展,技术要求须执行CJJ/T 218-2014《城市道路彩色沥青混凝土路面技术规程》。彩色沥青混凝土的组成与沥青混凝土相比多了颜料,颜料的加入可适当减少矿粉掺量。各种原料的选材、配合比设计很重要,直接影响彩色沥青混凝土质量。设计好的彩色沥青混凝土要进行试验验证,如车辙试验、水稳性试验、和抗老化试验等。
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