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不同因素对石油沥青混合料抗滑能力的影响有哪些

来源:石油沥青厂家   发布时间:2018-08-02   点击量:899

石油沥青

随着经济与科学技术的迅猛发展,近年来中国交通运输业日益呈现出高车速、大流量、重轮载的特点,因此对路面安全性提出了更高的要求,而保证路面行车安全以及快速行驶的一个重要指标就是路面的抗滑能力。路面在长期使用过程中,抗滑水平会有不同程度的衰减,衰减的差异性主要与路面材料特性、级配类型与粗细、交通流大小与行车速度、潮湿状况、滑溜性、污染等相关。

禤炜安研究了不同岩性石料、不同粗细级配的沥青混合料抗滑性能变化规律,得出玄武岩沥青混合料抗滑性能优于石灰岩沥青混合料,且相同岩性石料的沥青混合料抗滑性能取决于石料本身的物理特性;AC-13型级配越粗,混合料的抗滑性能越优;张小瑞通过研究得出开级配沥青混合料的抗磨光性能较好,磨光衰减速率较小。硬度大、硅石含量高以及矿物组成复杂的集料的沥青混合料抗磨光性能好;储应松等根据现场累计当量轴次与横向力系数的数据,建立了AC-13型沥青路面的抗滑性能衰减模型,认为交通量增加是路面抗滑能力降低的主导因素;李长城等认为路面水膜及其厚度、温度、砂粒等路面状况均会影响路面的抗滑力。

该文基于自研仪器“集料/沥青混合料摩擦特性测试仪”,连续、自动地测试路面材料的动态摩擦系数,减少测摆值、构造深度等间隔试验的人为、机器等误差,以便于研究集料岩性、级配类型与粗细程度、荷载大小等因素影响下沥青混合料的抗滑能力衰变规律。

集料/沥青混合料摩擦特性测试仪简介

测试仪结构简介

自主研发的集料/沥青混合料摩擦特性测试仪由操作界面、驱动系统、加载系统、承样台、磨具系统、加热系统以及喷水系统组成。其中:①操作界面为测试仪的触控软件,控制着测试仪的运行、试验参数设定、动态数据记录与打印、故障预警等;②驱动系统为电缸,带动磨具作直线往返运动,实现加速的功能;③磨具系统包括磨具及其固定试槽。仪器运转时,为可动部分,在驱动系统带动下做直线往返运动;④加载系统为气缸,作用于试样中心点,可自动找平;⑤承样台为用于承装集料板或沥青混合料试件板的试槽,可以推拉,便于装卸试件。仪器运转时,为固定部分,承受着磨具的直线往返磨光磨耗运动;⑥加热系统用于模拟路面温度变化;⑦喷水系统为小型循环水泵,流量可调可控,用于模拟路面干湿状态。

道路沥青

测试仪运行原理

测试仪由电缸驱动运转,每个单次单向直线运动由3个运动阶段组成,即加速运行阶段、匀速运行阶段与减速运行阶段,试样的加速加载磨光磨耗运动与数据采集均发生在匀速行驶阶段。根据该阶段试件板运行的推拉力与摩擦力、摩擦力与加载力(正压力)的关系,自动化检测出路面材料的动态摩擦力,即动态摩擦力=推拉力/加载力。

测试仪测试方法

成型300mm×150mm×500mm的集料板试件,并将集料板试件安装于承样台上,固定;然后打开电源开关,进行试验荷载、温度、水流量的调节;最后在操作界面上输入运行速度、时间等试验参数,点击开始按钮,即进入试验状态。试验开始后,仪器实时自动化测试试验数据直至试验结束,数据打印等,中途无需停止试验、拆卸试件以测试摆值、构造深度等。

集料岩性对沥青混合料抗滑性能的影响

采用自主研发的“集料/沥青混合料摩擦特性测试仪”对不同岩性集料制备的混合料试件板进行加速加载磨光磨耗试验,并自动测试混合料试件板的动态摩擦力。试验时,试件被安装于仪器试样槽中,用于模拟实际路面所用沥青混合料,并承受仪器的匀速往复磨光磨耗运动,实现加速加载的功效。整个试验在喷水状态下进行,并始终保持试件板表面的水膜厚度为15mm,研究最不利状态下的沥青混合料试件板的抗滑性能。

可知:从磨前到1h内,试件经受小荷载、短时间、低速下的磨光磨耗,表层沥青膜被迁移至试件表面凹陷处,并伴随着沥青混合料的压密和迁移变形,试件表面构造减小,但另一方面裸露集料的表面纹理开始提供微观摩擦力,整体造成初期表面动态摩擦力的变化不定。从磨光磨耗的25h,裸露集料的表面微观纹理逐渐被磨光,偏向于试件板本身的宏观构造提供抗滑力,此时集料表面初始粗糙度、主要矿物组成、晶体结构等起到关键作用。因此,为了研究集料岩性本身对混合料抗滑性能的影响,特对磨光磨耗的25h数据每隔1h取值,并进行拟合,得出衰减速率。

石油沥青厂家

可知:

(1)集料岩性不同,混合料试件板的抗滑性能衰变规律相同,但抗滑能力的衰减速率与衰减终值各异;石灰岩混合料试件板的衰减速率大于玄武岩、辉绿岩以及花岗岩混合料,但其衰减终值最小。这是因为石灰岩主要矿物成分为方解石,部分石灰岩为白云石,方解石与白云石具有很好的解理性和较差的结晶度,一方面弱化岩石强度;另一方面具有较强的各向异性,在平行于面理方向上易以层状切削的方式被行车荷载磨损脱落。因此石灰岩混合料试件板的长期抗滑性能较弱。然而玄武岩、辉绿岩、花岗岩三者虽然均为岩浆岩,但其长期抗滑性能亦具有差异性,主要与其晶粒大小、结构构造有关。玄武岩一般呈隐晶质,细粒;辉绿岩显晶质,细-中粒;花岗岩晶体为粗粒至巨粒结构和块状结构。一般而言,细结构的岩石颗粒间接触面较大,联结力较强,强度高,抵抗磨耗的作用力也强,因此从三者的颗粒大小上,可知玄武岩抗磨耗能力强于辉绿岩,辉绿岩强于花岗岩。但是在相同级配、用油量以及潮湿状态下,混合料在磨光磨耗过程中,试件抗滑性能的衰减速率和衰减终值不仅与集料本身的磨光磨耗特性有关,还与混合料的施工工艺、压实度等有关。

(2)云南十五标石灰岩集料因取样时间不同,其所处的岩层层位略有差异,因此早期用于路基阶段的集料制备出的沥青混合料抗滑试件板的动态摩擦系数小于用于路面层位的抗滑试件板的动态摩擦系数;且前者的长期抗滑性能衰变速率大于后者,约为后者的1.06倍。说明同一种集料,因料源的差异,其混合料长期抗滑性能不同,主要取决于集料本身的技术性质。

(3)即便是同一岩性的集料,因其所处的地理区域不同、地质构造的不同、造岩矿物种类与含量的差异等,其混合料试件板的长期抗滑性能衰减速率和衰减终值亦有所差异。如云南玄武岩与江苏玄武岩、新疆花岗岩与重庆花岗岩、湖北辉绿岩与湖南辉绿岩的差异等。

级配对沥青混合料抗滑性能的影响

沥青路面微观构造与宏观构造取决于裸露矿料的表面特性和颗粒间形成的“微凸体”,而矿料的级配对其表层矿料裸露程度、构造深度起着决定性作用。因此,该文采用不同的混合料级配类型及粗细程度分别制备混合料抗滑试件板,研究不同级配类型且不同粗细级配下混合料的抗滑性能变化规律。

可知:SMA-13级配中,级配3粗于级配2;AC-13级配中,级配4位于级配中值的上方,偏细;级配5、6均位于级配中值的下方,偏粗,且级配5、6中,≤4.75mm筛孔的通过率相同,级配6粗于级配5。

可知:不论级配的粗细,SMA级配的抗滑耐磨性能均优于AC级配;同一级配类型下,均是级配越粗,混合料的抗滑性能越好。这是因为SMA级配或者是同一级配类型的较粗级配,其混合料表面构造深度大于AC级配或者同一级配类型的较细级配。但是不论级配类型与粗细程度如何,石灰岩沥青混合料中掺配玄武岩集料后,其抗滑性能均得到较大改善,说明集料互掺技术能够改善沥青路面抗滑表层的抗滑性能。

荷载对沥青混合料抗滑性能的影响

采用不同的加载荷重分别制备SMA-13与AC-13混合料抗滑试件板,研究不同荷重下混合料的抗滑性能变化规律。

可知:同一级配类型下,均是加速加载磨光磨耗试验的荷重越大,抗滑性能衰减越快;不论加载荷重的大小,石灰岩沥青混合料中掺配玄武岩集料后,其抗滑性能均得到较大改善;相同加载荷重、相同掺配方案下,SMA级配的抗滑耐磨性能均优于AC级配;同一级配类型下,级配越粗,抗滑性能越好。因此,为保证沥青混合料获得适宜的长期抗滑性能,轻交通下,可以选用AC粗型级配;中交通下,优先选用SMA级配;重交通下,应选用SMA粗型级配。

集料本身的长期抗滑性能越好,其沥青混合料以及互掺沥青混合料均亦具有较优的长期抗滑性能。同时交通量越大,沥青混合料以及互掺沥青混合料抗滑性能衰减越快,因此在重交通路段,也优先选用长期抗滑性能较优的集料,即选用本身抗滑耐磨性能较好的集料。

结论

(1)集料岩性不同,沥青混合料抗滑性能衰变趋势相同,但抗滑能力不同,石灰岩沥青混合料的抗滑能力较弱;集料岩性相同,而地理区域、岩层层位、地质构造以及造岩矿物种类与含量的差异等均会引起沥青混合料抗滑性能的差异性;相同级配、用油量以及潮湿状态下,集料岩性虽是沥青混合料抗滑性能差异性的决定因素,但沥青混合料抗滑性能仍与混合料的施工工艺、压实度等相关。

(2)加载荷重越大,沥青混合料的抗滑性能衰减越快;不论加载荷重的大小,SMA型沥青混合料抗滑性能均优于AC型,且级配越粗,沥青混合料的抗滑性能越好。为保证沥青混合料获得适宜的长期抗滑性能,轻交通下,可以选用AC粗型级配;中交通下,优先选用SMA级配;重交通下,应选用SMA粗型级配,且本身抗滑耐磨性能较好的集料及其混合料。

(3)石灰岩沥青混合料中掺配玄武岩集料后,抗滑性能大大改善,为此提出沥青路面抗滑表层的集料互掺技术。

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