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中图分类号:U414.1 文献标志码:B
Research on Road Performance of Basalt Fiber Asphalt Concrete
YANG Jian-gang1, LIU Yan2, LIN Tian-fa3
(1. School of Civil Engineering and Architecture, East China Jiaotong University, Nanchang 330000, Jiangxi, China;
2. Department of Road and Bridge Engineering, Jiangxi Vocational and Technical College of Communication,
Nanchang 330000, Jiangxi, China; 3. Jiangxi Provincial Expressway Investment Group Co. Ltd.,
Nanchang 330025, Jiangxi, China)
Abstract: Basalt fiber was added to the asphalt mixture in order to avoid early failure and guarantee the service time of pavement. Based on the gradation of AC-13C, optimum asphalt-aggregate ratios for different amounts of basalt fiber were acquired by the Marshall Test. The rutting test at high temperature and cracking test at low temperature were carried out, and the results show that the optimum amount of basalt asphalt is 0.3%, and basalt asphalt can dramatically improve the road performance.
Key words: basalt asphalt; asphalt mixture; rutting test at high temperature; cracking test at low temperature
0 引 言
相对于水泥混凝土路面,沥青混合料路面具有无接缝、耐磨、振动小、行车舒适、噪声低、施工容易以及工期短等优点,因此在世界各地得到广泛应用<sup>[1]</sup>。但是沥青路面容易出现一些早期损害,例如车辙变形、路面裂缝及早期水破坏,这与中国普遍采用的半刚性基层有很大关系。虽然利用改性剂可在一定程度上改善沥青的性能,但后期大量的试验研究发现,改性剂提高沥青性能的能力有限,于是国内外开始转向研究纤维添加剂,从而有了对木质纤维、聚合物纤维、玻璃纤维、石棉纤维、钢纤维的研究<sup>[2-9]</sup>。这类研究虽然发现了一些改善效果,但副作用和缺陷也比较明显,直到玄武岩矿物纤维的出现,才使纤维作为沥青混合料添加剂的使用效果有了较大的提升。具有代表性的是GBF纤维,这是中国自主创新的路用纤维,浙江省先后修筑了30多条使用GBF纤维的公路养护新建及改建试验路。经过使用与评估,研究人员发现GBF纤维的抗车辙效果非常明显。河北、河南、江西、湖北、湖南等省份也先后在沥青路面进行了掺加GBF纤维的试验,同样取得了良好的应用效果。但是由于技术还不成熟,相关的数据积累、设备及工艺方面的规程还没有完成,所以仍需不断完善,以便于该技术的推广。
本文通过对采用AC-13级配的沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性试验,研究玄武岩纤维增强沥青混凝土的路用性能效果。
1 原材料与试验方案
1.1 玄武岩纤维
连续玄武岩纤维是以纯天然玄武岩矿石为惟一原料,使其在1 500 ℃~1 600 ℃高温下熔融,并通过铂铑合金漏板连续拉制而成,具有原料廉价、工艺简单、综合性能高、环境友好等特征。
本文所选用的纤维为浙江石金玄武岩纤维有限公司生产的长度为6 mm的短切玄武岩纤维(GFB)。其样品外观如图1所示,技术指标见表1。
1.2 沥青性质
试验使用的沥青是由浙江形宝盈物资集团有限公司提供的壳牌SBS改性沥青,根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20―2011)中的试验方法,对其进行相关性能试验,试验结果见表2。
1.3 集料与填料性质
本试验选用的集料为10~16 mm、5~10 mm的辉绿岩,3~5 mm的石灰岩以及0~3 mm的机制砂。根据《公路工程集料试验规程》(JTG E42―2005)的试验方法进行了集料的相关性质试验,结果见表3、4。
1.4 级配选择
密级配沥青混凝土AC作为一种传统的混合料级配,目前已被广泛地应用在公路工程中。本次研究所用的级配是悬浮密实结构的沥青混合料AC-13C,它主要用在沥青混凝土路面的上面层。在其中掺加不同量的玄武岩纤维,通过马歇尔试验来确定不同纤维掺量下的玄武岩纤维沥青混合料最佳油石比,从而得出纤维掺量与最佳沥青用量的对应关系。级配组成见表6。
1.5 试验方案
首先对无纤维沥青混合料进行马歇尔试验,得出最佳油石比。然后将纤维作为外掺料,按一定间隔的掺量加入沥青混合料中进行马歇尔试验,确定出在每一纤维掺量下的最佳油石比,从而确定每一纤维掺量下混合料的配合比。纤维的掺量以混合料的质量百分数计,分别以0.2%、0.3%、0.4%、05%和0.6%的掺量拌制沥青混合料进行马歇尔试验,并计算出各自掺量下的最佳油石比。为确定最佳纤维掺量,对马歇尔试验确定的不同纤维掺量下的混合料配合比进行车辙试验、低温小梁弯试验,比较不同掺量下的高低温性能表现。
2 试验结果与分析
2.1 最佳油石比的确定
本文采用马歇尔试验法确定最佳油石比,试件为双面击实75次成型的标准马歇尔试件。试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052―2011)中的要求进行。由经验公式初步确定对比组沥青混合料的5个沥青用量(油石比)为35%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%,由马歇尔试验结果可确定对比组沥青混合料的最佳油石比为47%。同样方法,得出纤维掺量分别为02%、03%、04%、0.5%和0.6%时沥青混合料的最佳油石比分别为4.8%、4.9%、4.9%、5.0%、5.1%、5.1%。最佳沥青用量下的马歇尔试验结果见表7。
从表7可以看出:随着纤维掺量的增加,沥青混合料的毛体积密度一直在减少;在纤维用量从0增加到0.3%再到0.6%的过程中,尽管沥青含量不断增大,但混合料的稳定度表现为先升后降,纤维用量为03%时最大,因此,可以初步判定0.3%为最佳掺量。
维自身相对密度较小,随着用量增加,混合料密度也随之下降越多;当矿物纤维的加入量增加到0.3%时,可以使沥青混合料易于压实,与同级配无纤维沥青混合料相比密实度更高,空隙率比无纤维沥青混合料更小,稳定度逐渐增大,起到加筋的作用。随着纤维用量的进一步增大,沥青含量增大,纤维出现结团现象,导致沥青混合料的稳定度逐渐降低。
2.2 高温车辙试验与结果分析
本文采用北京今谷神箭公司生产的车辙仪进行车辙试验,车辙仪传感器精度达到0.002 mm,满足试验精度要求,量程为0~30 mm,整个试验过程由系统自动控制,同时自动采集试验过程数据,并计算得到动稳定度。试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052―2011)中的要求进行。
分别对各种掺量的沥青混合料进行高温车辙试验,试验温度为60 ℃,集料级配为AC13C。试验结果见表8。
由表8可知,随着纤维用量的增加,沥青混合料的动稳定度得到了显著的提高,这说明纤维的加入对AC13C沥青混合料的高温稳定性有明显的改善作用。在掺加了0.2%、0.3%、0.4%、05%、06%的纤维后,混合料的动稳定度分别提高了408%、109.9%、84.6%、63.8%、31.4%,相对变形率降低了22.4%、67.1%、48.4%、31.6%、143%。混合料动稳定度随着纤维用量的增加而提高,在纤维用量达到0.3%时出现峰值;45 min、60 min位移及相对变形率随着纤维用量的增加而降低,在纤维用量达到0.3%时降到最低。这说明掺加玄武岩纤维的沥青混合料比不掺纤维的混合料在抗高温能力方面要优越很多。相对变形率代表沥青混合料在荷载作用下车辙发展的全过程,它更能反映沥青混合料在高温下的抗永久变形能力。相对变形率越小说明混合料抵抗永久变形能力越强。
经分析,产生以上情况的原因可能是:首先,加入玄武岩纤维后,沥青混合料中随机分布的玄武岩纤维网络对沥青的流动产生较大的摩阻力,从而增大了沥青胶浆的粘度;其次,纤维表面呈碱性会与沥青很好地结合,增加了结构沥青的膜厚,并处于稳定的状态,在高温情况下纤维内部的空隙将为受热膨胀的沥青提供一定的缓冲空间,减小沥青路面高温时泛油的可能性;再次,纤维在混合料中形成的空间网状结构进一步减小了混合料的塑性变形,增强了沥青混合料的高温抗剪切性能。
由车辙试验还可以得出纤维的最佳掺量,这是因为当纤维用量较低时,纤维能够充分分散于混合料中,起到加筋的作用;随着纤维用量的进一步增大,沥青含量增大,纤维出现结团现象,导致沥青混合料的高温稳定性降低。因此,掺玄武岩纤维沥青混合料的高温性能要远远优于未掺纤维的混合料。
2.3 低温抗裂性试验与结果分析
试验采用由轮碾法成型的车辙板切割而成的30 mm×35 mm×250 mm棱柱体小梁试件;试验时加载跨径为200 mm;加载方式为单点加载;加载速率为50 mm・min-1;加载设备为微机控制沥青混合料低温弯曲系统,采用设备自带环境箱控温为-10 ℃。
分别对不同纤维掺量的沥青混合料进行低温弯曲试验,试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052―2011)中的要求进行,结果见表9。
表9 低温弯曲试验结果
纤维掺量/%弯拉强度/MPa最大弯拉应变/10-6劲度模量/MPa
012.532 5164 980
0.212.772 8304 512
0.313.763 2514 232
0.413.143 0224 348
0.512.982 8934 486
0.612.812 7694 626
由表9可知,随着纤维掺量的增加,弯拉强度、弯拉应变不断增大;当纤维含量达到0.3%时,由于沥青量增加,弯拉应变增长缓慢,但弯曲强度降低导致弯曲劲度模量降低,且当纤维掺量为0.3%时,混合料的弯拉强度和最大弯拉应变达到最大,弯曲劲度模量达到最低,此时的混合料抗低温开裂性能最好,这说明在本次试验情况下,0.3%的纤维用量是临界点,实际施工过程中纤维的掺量可考虑工程的实际需要并结合经济性综合确定。
中国规范中以小梁最大弯拉破坏应变表征沥青混合料抵抗低温开裂的能力,破坏应变越大,说明沥青混合料的低温抗裂性能越好。加入纤维后混合料的最大弯拉应变提升显著,当纤维掺量分别为02%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%时,混合料的弯拉应变分别提高了12.5%、29.2%、20.1%、15.0%、101%。从破坏应变角度分析,纤维的加入对混合料的抗开裂性能有很大的增强作用,分析其原因如下。
(1) 沥青混合料小梁试件在低温的弯曲破坏主要是由于沥青混凝土内部应力产生拉裂破坏而引起的。因此,在低温条件下,沥青混合料内部的粘结力起着十分重要的作用,随着纤维加入,多余沥青被纤维吸附,沥青劲度增大,沥青混合料内部粘结力也随之增大;当纤维掺量过多时,多余的纤维存在于沥青混合料中,颗粒之间的剪切应力下降,抗低温能力也会随之降低。
(2) 玄武岩纤维的加入,对AC结构密级配沥青混合料的“桥接”和“加筋”作用较为明显,这种作用能有效地防止沥青路面裂缝的产生,增强了沥青混合料的低温抗裂性能。
(3) 纤维能增加AC结构沥青混合料的柔性。试验结果表明,沥青混合料在加入玄武岩纤维后具有一定的弹性,即通过“桥接”和“加筋”作用使沥青混合料具有了较好的柔性,对颗粒间的应力具有一定的分散作用,使得沥青路面在低温环境中能更好地适应因温度降低而引起的变形,减少在低温环境中容易出现的路面裂缝,这对于改善路面低温性能具有相当重要的作用。
3 结 语
(1) 由马歇尔试验、高温车辙试验和低温小梁弯曲试验可以得出,沥青混合料的马歇尔稳定度、高温稳定性和低温抗裂性随着玄武岩纤维掺量的增加先升高后降低,掺量临界值为0.3%。
(2) 玄武岩矿物纤维对密级配沥青混合料AC的高温稳定性具有明显的改善效果。由试验结果可知,掺量为0.3%玄武岩纤维沥青混合料动稳定度比无纤维沥青混合料的动稳定度提高了109.9%,并且相邻两掺量之间,该掺量提高的幅度最大;相应的相对变形率也降低67.1%。
(3) 在最佳玄武岩纤维含量下,玄武岩矿物纤维改善了低温抗裂能力,混合料的弯拉应变提高了29.2%。
(4) 值得注意的是,随着纤维掺量的增加,沥青混合料的毛体积密度一直在减小,最佳油石比逐渐增加,空隙率在0.3%时最小,这应该对混合料的水稳定性有改善作用,由于篇幅限制,本文没有对水稳定性试验进行相关的讨论分析。
参考文献:
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中图分类号:U414 文献标识码:A
半刚性基层沥青路面具有强度高、平整性好、抗疲劳性能强等优点,已成为我国高等级公路路面结构的主要型式[1]。但由于基层材料自身的缺陷,容易出现温缩及干缩开裂,使得沥青路面在建成后极易在外部环境作用下出现路表裂缝,从而容易导致路面在使用一段时间后出现唧浆、松散等破坏现象,降低路面的使用性能,并大大缩短沥青路面的使用寿命。为更好的发挥半刚性基层沥青路面特点并抑制反射裂缝的出现,可通过路面结构组合措施,在半刚性基层结构基础上采用柔性沥青上基层来改善半刚性基层对沥青面层反射裂缝的影响,这在目前国内外研究和应用较多。
柔性沥青上基层主要采用大粒径沥青混合料(Large gain size asphalt mixture,简称为LSAM),它具有很好的柔性与变形能力,可作为沥青面层与半刚性基层间的应力消散层,极大的提高路面抗反射裂缝的能力。同时大粒径沥青混合料也具有较好的结构承载能力,与沥青混凝土面层的粘结效果好,二者的模量也较接近,这更有利于路面结构的应力分散,符合沥青路面的结构特点。但在国内的一些工程实践应用中,由于基层采用大粒径沥青混合料,路面面层采用了较厚的沥青层,尤其是在夏季多雨高温的环境下,往往会在该类基层道路运营一段时间后,会产生车辙,因此,有必要考核其高温稳定性能,并通过优选混合料级配来加以改善。本文通过室内试验,从级配变化对大粒径沥青混合料高温性能的影响角度比选合理的抗车辙级配,为大粒径沥青混合料的设计和施工提供指导。
1 原材料试验测试
1.1 集料
集料的岩石类型对混合料的物理-力学性质有着关键的影响。试验按照工程实际,粗集料和细集料均采用石灰岩,经筛分后进行各档料按比例人工掺配,矿粉也由石灰岩磨制而成。2.36mm以上集料采用网篮法(T0304-2000)测试其表观密度、表干密度、毛体积密度和吸水率。2.36mm以下集料和矿粉采用容量瓶法(T0328-2000)测试其表观密度,测试结果见表1。按照《公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)》对粗集料进行相应的技术性能指标试验,测试结果见表2,符合材料质量要求。
表1各档集料密度及吸水率试验结果
表2 粗集料技术性能指标试验结果
1.2 沥青
沥青是沥青混合料形成整体的重要粘结料,也是影响沥青混合料路用性能最重要的因素之一。本次试验采用泰普克重交AH-70沥青,其性能指标测试结果见表3,符合质量要求。
表3 沥青性能指标试验结果
2 级配比选方案及最佳沥青用量确定
试验研究拟定了六种级配比选方案(如表4所示)。SA、SB、SC、SD级配是按照沙庆林提出的多碎石沥青混合料设计方法得到的,最大粒径为31.5mm,26.5mm筛孔通过率为97.5%[2]。对于粗细料筛孔分界点4.75mm的通过率,近几年有一些工程采用30%甚至低到25%,但由于粗料过多,施工中造成的混合料离析是很难解决的问题,故本文选择33%和35%加以比较,而0.075mm筛孔通过率分别定为4%、5%。级配L是刘志远采用正交试验设计方法研究各级配区段(16-31.5mm、4.75-16mm、2.36-4.75mm、2.36-0.075mm)对大粒径沥青混合料高温稳定性、水稳定性和骨架接触度影响后推荐的一种性能最优级配[3]。级配H是2005年沪宁高速公路扩建工程路面结构研究课题中推荐使用的级配[4,5]。各级配试验确定的最佳沥青用量也列于表4。
表4 拟定的六种级配比选方案
3 级配骨架检验和分析
对大粒径沥青混合料,是否形成骨架对混合料的路用性能尤其是高温性能有很重要的影响,因此检查混合料属于何种结构状态(悬浮、一般、紧密)或是否形成骨架结构是对混合料级配是否合理的判断关键所在,也是研究骨架情况对其路用性能影响的基础。
SMA混合料判断骨架的标准为[6]:在压实状态下沥青混合料中粗集料的骨架间隙率VCAMIX必须小于或等于没有其他集料、结合料存在时的粗集料在捣实状态下的间隙率VCADRC。如达不到,则粗集料的嵌挤作用就不能形成,这是判断集料是否形成骨架结构的基本条件。可以借助SMA骨架结构判断方法衡量大粒径沥青混合料是否形成完全骨架结构,但仅仅这样还不够,还需要其它一些定量指标来综合评定骨架状态,比如衡量骨架的紧密程度,国外有用VCARatio=VCAmix/VCADRC来进行评价的[7]。
国内刘中林在研究大粒径沥青混合料组成结构时,提出骨架接触度SSC(stone-on-stone contact)指标,并提出了大粒径沥青混合料的三种组成结构:紧排骨架密实结构、松排骨架密实结构和悬浮密实结构[8]。骨架接触度SSC是用压实成型的混合料中粗集料毛体积密度与纯粗集料干捣密度之比来表征,计算公式为:
SSC = 100ρcm/ρ(式1)
式中,SSC----LSAM的骨架接触程度百分数
ρ-----粗集料干捣密度
ρcm----LSAM中粗集料密度,
ρcm = PCAρmbρw/(1+AC) (式2)
式中,ρmb---LSAM的毛体积密度
ρw----水的相对密度
AC-----混合料油石比
PCA-----粗集料占矿料的百分数。
对六种拟定级配采用SMA骨架判别方法和刘中林提出的SSC骨架检验方法进行骨架检验和比较,其计算结果如表5所示。
表5 对拟定六种级配大粒径沥青混合料的骨架检验和比较计算结果
根据计算,可以看出六种级配VCADRC均小于VCAMIX,均未形成完全骨架结构,采用VCARatio=VCAMIX/VCADRC来评价六种级配接近骨架结构的程度高低,可以得出按接近骨架结构的程度排序的六种级配先后次序为:SB、SA、SC、SD、L、H。
从骨架接触度计算结果可以看到六种级配均大于0.9,而根据刘中林提出的骨架判别标准:SSC大于0.9的级配骨架可以认为是紧排骨架结构,据此判断六种级配均属于该种结构。
1、对多孔玄武岩集料路用特性的一般看法
强度高、坚硬、耐压是玄武岩的一般性质,而多孔玄武岩因其构造上的特点,用它作为路面材料中的集料,还具有另一些特殊的路面性质。
1.1多孔玄武岩集料沥青混合料的高温稳定性较好因多孔玄武岩集料表面粗糙,集料间的摩阻力大,因而用多孔玄武岩集料生产的沥青混合料,在配合比设计正确的前提下,其高温稳定性应该优于用致密集料生产的沥青混合料。如沪宁高速公路沥青上面层AC-16B型沥青混合料的马氏稳定度一般为10~11kN,而用多孔玄武岩集料做的相同类型沥青混合料的马氏稳定度在13~14kN之间。
1.2路面的抗滑性能好众所周知,沥青路面的抗滑性能,既取决于路面表层集料颗料之间的宏观纹理,又取决于集料颗粒本身的微观纹理。多孔玄武岩集料表面的微观纹理丰富,构成了粗糙表面,故用多孔玄武岩集料沥青混合料铺筑的沥青路面,其抗滑性能肯定比用致密集料的为好。
1.3水泥混凝土的强度高用多孔玄武岩集料配制的水泥混凝土,其抗压、抗折强度应高于一般致密集料配制的混凝土。因为混凝土强度的形成主要靠水泥浆与集料表面的粘结力。因此,集料表面越粗糙,混凝土的强度就越高。碎石水泥混凝土强度高于砾石混凝土的强度就是一个有力的证据。而多孔集料不但表面粗糙,而且因水泥浆能进入集料的表面孔中,硬化后像无数个双向楔子,将集料颗粒连接起来,共同承担外力,因而混凝土表现出具有更高的强度。
1.4石屑易被压碎因有孔隙,故多孔玄武岩石屑易被压碎。因此在沥青混合料中,当用这种石屑时,掺量不宜过大。
1.5集料的吸水率大因表面有孔隙,故多孔玄武岩集料的吸水率一般都较大。如对本省盱眙县通宇、打石山和古桑三个采石场所生产的多孔玄武岩试验结果,其吸水率分别为4.11%、3.6%、3.23%,都超过了公路沥青路面施工技术规范中的限定值。
集料的吸水率大,将给沥青混合料的配合以及设计、生产和使用带来一系列问题。例如,在进行沥青混合料配合比设计时,要求用设计的配合比所拌制的沥青混合料在规定压实功下应具有规定的空隙率,此空隙率一般是通过压实试件的实测密度和沥青混合料的理论密度(空隙率为零的密度)计算得来的。而在确定理论密度时,却未考虑沥青被集料吸收的问题,因此用它计算得来的空隙率与压实混合料实有的空隙率相差很大。如用美国沥青协会的方法计算,考虑沥青被集料吸附后计算的空隙率要比不考虑结果大1.5%~2.0%.对于多孔集料,这种空隙率计算结果的差异可能更大。
再如,因集料有较多开口孔隙,拌制混合料时,加热的沥青肯定要浸入到孔隙中去从而要多消耗沥青;因集料孔隙中有水,烘干加热时要多消耗燃料。
有人还认为,集料孔隙中的水,在烘干加热时不可能完全驱尽,留下的水份不但影响混合料的耐久性,施工时还因水的存在加大了混合料的流动性,从而难以压实,如果过多的增加碾压遍数,则细集料要上浮,且越压越流动,使路面平整度恶化。
2、集料孔隙中水对沥青混合料影响的进一步讨论
在我国用多孔性集料铺筑沥青混凝土路面还是近几年的事,多孔性集料究竟会给沥青路面带来什么危害,一时还难以找到有力的佐证,现仅就集料孔隙中的水对沥青混合料的影响作进一步讨论。
2.1关于集料的吸水率集料的吸水率是指将烘干集料浸水,让集料充分吸水至恒重,所吸入水的质量占烘干集料质量的百分数。试验时,为求得吸入水的质量,要求吸水后的集料试样呈饱和面干状态,即试样孔隙中充满水,而集料表面却是干燥的。这种状态在试验时很难实现,实际上都呈饱和面湿状态。就是说,所求得的吸水率实际上包括了试样表面上的一层水膜,因此求得的吸水率总是比实际的吸水率要大。
另外,吸水率试验的复观性较差。主要原因是,即使是饱和面湿状态,一般也不容易掌握好。如某单位对盱眙通宇采石场多孔玄武岩集料所做两次吸水率试验结果分别为4.06%和3.52%,相差0.54%.而另一单位对同种集料所做吸水率结果又为4.11%.可见,欲得到准确、可信的吸水率亦不容易。
2.2关于水的流出多孔性集料经加热(生产时一般加热至170℃~180℃),孔隙中的水将由液态变为气态,因体积膨胀,大部分水汽将从孔隙中排出,少量水汽仍留在孔隙深处,且孔隙开口附近的孔壁被烘干。将加热的沥青(一般150℃~170℃)倒入已加热的集料后,由于热沥青表面张力很小,与干燥的集料润湿性能特好,故热沥青将很容易地进入集料的孔隙中去。但一般不会充满,即整个孔隙通道内部一段为水汽,外部一段为沥青。随着沥青混合料温度逐渐降低,残存在孔隙深处的水汽将逐渐由气态转变为液态,且体积减小。由于体积减小,而堵在孔隙浅处的沥青又阻碍大气进入,于是在孔隙内部产生了一个负压。在此负压作用下,已进入隙内的沥青不但不会外流,相反还会向内流动。随着混合料温度的继续下降,沥青逐渐变稠,最后凝固,将孔隙堵死。
由此看来,由多孔性集料生产的沥青混合料,集料孔隙中的沥青一般不会轻易流出,残存在内部的水也不易出来。
水对石料的润湿能力大于沥青对石料的润湿能力。因此,表面涂有沥青的石料在水的长期浸泡下,石料表面的沥青膜能被水剥离下来。
加热集料的孔隙吸收沥青待冷却后,孔隙深处的水汽将冷凝成为液态水,时间长久,理所当然地要剥离粘附在孔壁周围的沥青;但因水量很少,未及孔隙口时,液态水可能已全部变为附着于孔壁的薄膜水,再无力继续向外浸润。此时,剥离沥青的过程也就停止。所以残留的孔隙水一般不会殃及孔隙外粘附在集料表面的沥青膜,亦即沥青混合料的粘聚力不会因之降低。因此,沥青混合料的强度也不会受到什么影响。所做多孔玄武岩集料的沥青混凝土的马氏稳定度达13~14kN,即有力地说明了这一问题。
2.3孔隙内残留水冰冻的影响孔隙内残留水如果仍为液态时,在负温下要结冰。结冰时因发生体积膨胀,故包围着冰块的集料孔壁及吸入孔隙内部的沥青要承受这一膨胀压力。但因为沥青比石料软,随着沥青的受压变形,大部分膨胀力可能被沥青所吸收,集料受力情况将有所缓和,因而集料可免遭破坏。
基于以上分析,可以认为,沥青混合料使用多孔玄武岩集料,不致于会产生灾难性的后果。
3、几点建议
多孔玄武岩集料毕竟不同于一般的致密玄武岩集料,由于经验不足,使用时有必要采取一些稳妥的技术措施。为此,提出如下几点建议:
(1)堵住水源。多孔玄武岩集料对沥青混合料的不利影响,主要来自孔隙中的水。因此,只要能将水源截住,不准水进入孔隙中去,主要问题就解决了。为此,应在开采、堆积、运输、储存时用搭棚或覆盖的办法尽量防止水的侵入。
(2)在进行沥青混合料配合比设计时,应考虑被集料吸收的那部分沥青量。可参考美国MS-2设计方法进行各指标的计算。