本發(fā)明屬于瀝青路面試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及雙層瀝青混合料試件的制備方法。
背景技術(shù):
現(xiàn)有試驗(yàn)規(guī)范中規(guī)定的瀝青混合料的成型方法主要有擊實(shí)法、輪碾法、靜壓法和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法。擊實(shí)法等常規(guī)的試件成型方法不能模擬實(shí)際施工過程中路面的攤鋪壓實(shí)過程,而旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀則能較好的模擬路面實(shí)際施工過程中的壓實(shí)狀態(tài)。
規(guī)范中涉及的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的是單一面層的瀝青混合料試件,而高等級路面面層結(jié)構(gòu)并不是單一種類的瀝青混合料,而是由性能差異較大的雙層或三層瀝青混合料鋪筑而成,車轍也是各面層均發(fā)生剪切流動變形而形成的,研究組合面層結(jié)構(gòu)的變形有助于更加科學(xué)地研究車轍病害的形成機(jī)理。
綜上所述,目前對于雙層或多層瀝青混合混合料試件的壓實(shí)并未有統(tǒng)一的方法,單一層厚的瀝青混合料試件不能很好地模擬實(shí)際路面面層結(jié)構(gòu)的壓實(shí)狀態(tài)和受力特性,不利于探究車轍病害的形成機(jī)理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種不同空隙率的雙層瀝青混合料試件的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法,成型出的不同空隙率的雙層試件對應(yīng)于實(shí)際路面不同的車轍深度,試件可用于單軸貫入、單軸壓縮、直接剪切等力學(xué)試驗(yàn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
1)將試樣模具、上壓盤和下壓盤置于烘箱中加熱至壓實(shí)溫度并恒溫至少45min;根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)中關(guān)于瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件制作方法(sgc方法)的規(guī)定,為了使模具、上壓盤和下壓盤達(dá)到接近于壓實(shí)溫度,是預(yù)熱的作用。
2)將下壓盤置于試樣模具內(nèi),再將預(yù)熱至壓實(shí)溫度的下面層瀝青混合料投放于試樣模具內(nèi)的下壓盤上,將下面層瀝青混合料插搗平整后,再在下面層瀝青混合料上表面蓋上上壓盤,然后置于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中,進(jìn)行下面層壓實(shí)。
3)從旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中取出試樣模具,取出上壓盤,待下面層瀝青混合料表面溫度降至90℃~110℃后,在壓實(shí)的下面層瀝青混合料表面投放預(yù)熱至壓實(shí)溫度的上面層瀝青混合料,將上面層瀝青混合料插搗平整后,再在上面層瀝青混合料上表面蓋上上壓盤,然后置于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中,進(jìn)行上面層壓實(shí)。
以上待下面層瀝青混合料表面溫度降至90℃~110℃后再投入上面層瀝青混合料的目的是防止下面層瀝青混合料在溫度較高時(shí),受到二次壓實(shí)的作用,可能導(dǎo)致下面層空隙率減小,影響后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
4)降溫后脫模,取得不同空隙率的雙層瀝青混合料試件。
根據(jù)需要可按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)中相關(guān)方法測定試件毛體積相對密度,空隙率等參數(shù);還可以在取得的試件中取芯得到直徑100mm的小試件,用于單軸貫入、單軸壓縮、直接剪切等力學(xué)試驗(yàn)。
本發(fā)明工藝簡單,操作安全,能較好地模擬重載條件下不同車轍形變量下瀝青混合料的空隙率,其有益效果是:
(1)采用雙層試件模擬真實(shí)的路面面層結(jié)構(gòu),成型出的不同空隙率的試件能夠模擬真實(shí)路面上不同的車轍深度,可以模擬出接近路面實(shí)際的壓實(shí)狀態(tài)和受力狀態(tài);
(2)通過對成型試件的取芯可以得到試驗(yàn)所需的相應(yīng)尺寸的試件,相同的成型方式可以減小多種試驗(yàn)的差異性;
(3)所需制作設(shè)備簡單,成型出的試件可用于多種試驗(yàn),易于推廣。
進(jìn)一步地,本發(fā)明所述壓實(shí)溫度為130~170℃,更優(yōu)選的壓實(shí)溫度為160℃。參考實(shí)際施工規(guī)范,70號石油瀝青的熱拌瀝青混合料的碾壓溫度正常施工為130℃,sma瀝青混合料攤鋪溫度不低于160℃。本發(fā)明的壓實(shí)對象是雙層瀝青混合料試件,下面層瀝青采用70號石油瀝青,上面層瀝青采用sbs改性瀝青,所以溫度定在130~170℃的區(qū)間內(nèi),然在固定的溫度下,改變壓實(shí)次數(shù),旨在尋找合適的壓實(shí)溫度與壓實(shí)次數(shù),以達(dá)到目標(biāo)空隙率。
附圖說明
圖1為不同工況組合下不同車轍形變程度的空隙率。
圖2為不同車轍形變和不同壓實(shí)溫度下的兩種試件的相關(guān)系數(shù)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型不同空隙率的雙層瀝青混合料試件的方法做進(jìn)一步說明。
本例中上面層為sma—13瀝青混合料,厚度為40mm;下面層為ac—20瀝青混合料,厚度為60mm。試件目標(biāo)高度100mm。
首先參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(jtge20-2011)拌制瀝青混合料,分別測試兩種瀝青混合料的理論最大密度,根據(jù)試件中上、下面層的體積和理論最大密度計(jì)算上、下面層分別所需的瀝青混合料質(zhì)量。
壓實(shí)步驟:
(1)用蘸有少許黃油的棉紗擦凈試樣模具、上壓盤和下壓盤,然后將試樣模具、上壓盤和下壓盤置于烘箱中加熱并保持到壓實(shí)溫度,并恒溫至少45min。
(2)下面層的ac—20瀝青混合料預(yù)熱達(dá)到壓實(shí)溫度,稱取一個(gè)試件所需的混合料質(zhì)量。
(3)從烘箱中取出預(yù)熱的試樣模具、上壓盤、下壓盤,在下壓盤上墊一張圓形紙片,防止瀝青粘到下壓盤上,將稱好的下面層瀝青混合料迅速倒入試樣模具內(nèi),用鐵棒插搗平整后,在下面層瀝青頂面蓋上一張圓形紙片,再蓋上上壓盤。
(4)達(dá)到壓實(shí)轉(zhuǎn)數(shù)后,壓實(shí)結(jié)束,從旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中取出試樣模具,取出上壓盤,揭去下面層瀝青頂面的圓形紙片,將裝有瀝青混合料的試樣模具置于通風(fēng)處冷卻,可用測溫儀測量混合料表面溫度,待表面溫度在90℃~110℃范圍內(nèi)時(shí),可繼續(xù)下步的上面層的壓實(shí)。
(5)將稱好的預(yù)熱至160±5℃的上面層sma—13瀝青混合料迅速倒入試樣模具內(nèi),用鐵棒插搗平整后,在上面層瀝青頂面蓋上一張圓形紙片,再蓋上上壓盤,將盛有瀝青混合料的試樣模具放入旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中,啟動控制面板,設(shè)定各試驗(yàn)參數(shù),除了瀝青混合料重量改變外,其他參數(shù)與上面層壓實(shí)參數(shù)相同。
(6)達(dá)到壓實(shí)轉(zhuǎn)數(shù)后,壓實(shí)結(jié)束,從旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中取出試樣模具,取出上壓盤,揭去上面層瀝青頂面的圓形紙片,將裝有瀝青混合料的試樣模具置于通風(fēng)處冷卻,可用測溫儀測量混合料表面溫度。
(7)待表面溫度在80℃~100℃范圍內(nèi)時(shí),脫模,取出雙層試件,倒扣于平整桌面,揭下底面的圓形紙片,用測溫儀測量試件溫度,在30℃左右時(shí),可將試件正扣于桌面,貼上試件標(biāo)簽。
采用與以上步驟相同的方法,分別以不同的壓實(shí)溫度:130℃、145℃、160℃、和170℃制得16個(gè)試件。
將盛有瀝青混合料的試樣模具放入旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中,啟動控制面板,設(shè)定各試驗(yàn)參數(shù)。轉(zhuǎn)數(shù)和荷載的選取按照表1中的16種正交試驗(yàn)工況組合,開動旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀,旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀將按照設(shè)置的旋轉(zhuǎn)次數(shù)開始自動成型試件。
表1正交試驗(yàn)工況組合
在這16種工況下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型雙層瀝青混合料試件,對其進(jìn)行體積指標(biāo)和空隙率的測試,結(jié)合前期關(guān)于不同車轍形變程度對應(yīng)空隙率的研究成果(見圖1),最終選取出工藝編號③中的四種工況,可得到不同車轍深度對應(yīng)的不同空隙率的雙層旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件。
圖1是前期研究的成果,首先制備雙層試件,在4種不同工況下進(jìn)行車轍試驗(yàn),得到不同深度的車轍板,取轍槽處的切割試件,采用表干法測得其空隙率。
將各個(gè)車轍轍槽處的試件所得的空隙率繪制成圖1。
圖1說明隨著車轍深度的加深,瀝青混合料的空隙率逐漸減小。
采用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法,分別測量不同的壓實(shí)溫度(130℃、145℃、160℃、和170℃)制得的16個(gè)試件的空隙率。在每種工藝編號下,都會得到4個(gè)試件,計(jì)算這4個(gè)試件的空隙率與圖1中每種車轍形變量下得到的4個(gè)空隙率的相關(guān)系數(shù),得到圖2。相關(guān)系數(shù)的計(jì)算是為了確定哪種工藝能較好地模擬不同車轍深度處瀝青混合料的空隙率。
圖2說明了工藝編號③下的相關(guān)系數(shù)明顯高于其它三種工藝,因此工藝編號③能較好地模擬重載條件下不同車轍形變量下瀝青混合料的空隙率。
所以本發(fā)明推薦工藝編號③的壓實(shí)溫度和壓實(shí)次數(shù),得到不同車轍深度處對應(yīng)的瀝青混合料的空隙率。