CN107607429A

CN107607429A - 碎石封层的性能测试方法及沥青用量确定方法

Info

Publication number: CN107607429A
Application number: CN201710810247.3A
Authority: CN
Inventors: 马翔; 王炯月; 赵康; 李强
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明公开了一种碎石封层的性能测试方法。其包括以下步骤：在垫块上完成相同面积碎石封层的制作，称量该碎石封层试件的重量，记为m₀，垫块尺寸小于沥青混合料车辙板尺寸，并可置于车辙板轮迹带中；将碎石封层试件碎石封层面朝上地粘接固定在车辙板轮迹带的中心位置，然后进行车辙试验，试验结束后立即取下碎石封层试件称重，记为m₁；将碎石封层试件碎石封层面朝下地置于温度为60℃的干燥的细砂中，静置一段时间后取出并刷除多余砂子后称重，记为m₂；用m₂与m₁的差值表征碎石封层的沥青泛油程度。本发明还公开了一种碎石封层的沥青用量确定方法。本发明有效解决了碎石封层难以定量确定沥青泛油程度的问题，使得沥青用量更加精确，且试验过程简单。

Description

碎石封层的性能测试方法及沥青用量确定方法

技术领域

本发明涉及土木工程材料领域，尤其涉及一种碎石封层的性能测试方法及沥青用量确定方法。

背景技术

由于碎石封层具有良好的防水性能、高强的层间粘结力和抗剪力、良好的抗裂性等一系列优异的性能，目前在我国得到比较广泛的应用。而在碎石用量一定的情况下，沥青用量过多，一方面会使成本增加，另一方面则会引起泛油等严重病害，沥青用量过少，碎石封层耐久性差，在车辆荷载作用下会导致碎石脱落等问题。因此碎石封层中沥青用量的确定是碎石封层质量得以保证的关键。

目前，碎石封层中沥青用量的确定仍是以理论计算为主，其中应用较多的是Norman Mclead提出的计算公式，该公式中包含了众多修正系数，但这些系数的确定是国外根据自己的道路情况、交通量回归的结果，直接用于我国不太合适。也有直接由有经验的工程技术人员，根据当地施工经验，结合旧路状况，确定碎石封层沥青用量，此法随意性较大，实施效果也不理想。因此，国内相关人士提出了一些通过试验确定碎石封层中沥青用量的方法，主要有以下两种。

第一，在不同沥青用量下，以层间抗剪强度为控制指标，进行剪切试验，得到相应剪切强度，回归曲线，得到剪切力最大时所对应的沥青用量为最佳沥青用量。此法在理论上用于确定碎石封层中沥青用量是合理的，但国内外一些研究现状表明，目前碎石封层主要的病害类型仍以泛油为主。因此，以层间抗剪强度作为沥青用量控制指标有待商榷。此外，从实际操作上来讲，目前国内没有统一标准的试验条件、试验仪器，进行该试验需要自主研发试验仪器，而且各地试验标准，如剪切温度、剪切速率等也存在差异。从目前相关研究来看，以此法确定碎石封层沥青用量，试验强度大，投入多，并不是最佳方法。

第二，在不同沥青用量下，以摩擦系数的大小作为路面泛油的评价指标，以此来确定最佳沥青用量。该法首先根据Norman Mclead提出的公式，计算出沥青用量，以计算量为基准，变化不同含量，如60%、80%、100%、120%的计算量，在30cm×30cm×5cm的车辙板上做同步碎石封层，碾压冷却后，进行车辙试验，试验条件按照规范中的相关要求，通过摆氏摩擦仪测定碾压后碎石封层表面的摩擦系数，根据摩擦系数的大小评价表面泛油程度，以此来确定沥青用量是否合理。此方法存在的最主要的缺陷是要进行二次碾压，试验时间长，平整度难控制。因为摆式仪上摆锤底面的橡胶块宽度为7cm，而车辙试验机的橡胶轮胎宽度只有5cm，因此，试验时要对试件进行双次碾压，达到摆氏仪橡胶块的工作宽度，碾压过程中必须保证二次碾压时车辙深度达到第一次车辙深度，保证两次碾压时形成的车辙面平整。除此之外，在车辙板上进行碎石封层的制作时，选用的若是乳化沥青等常温条件下具有流动性的粘结料时，试件制作还比较方便，但若碎石封层中的粘结料为橡胶沥青等改性沥青，高温下才具有一定的流动性，那么，常温下，由于沥青温度降低快，封层制作面积大，进行30cm×30cm碎石封层试件制作难度较高，成功率极低。

从上述论述可以发现，两种常见用于确定碎石封层中沥青用量的试验方法都有各自弊端，普适性不高。而单纯的理论计算又不足以让人信服，因此，亟需一种简单易行、准确、高效、的试验方法来确定碎石封层中的沥青用量。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于克服现有技术不足，提出一种碎石封层的性能测试方法，可方便、准确、快速地测定出碎石封层的沥青泛油程度。本发明所要解决的另一技术问题在于提出一种沥青用量确定方法，在以上性能测试方法的基础上，综合考虑沥青泛油程度以及碎石封层的耐久性，通过试验方式快速准确地确定碎石封层的最优沥青用量。

具体而言，本发明的碎石封层的性能测试方法，包括以下步骤：

步骤A、在垫块上完成相同面积碎石封层的制作，并称量该碎石封层试件的重量，记为m₀；所述垫块的尺寸小于沥青混合料车辙板的尺寸，并可置于车辙板轮迹带中；

步骤B、将碎石封层试件碎石封层面朝上地粘接固定在车辙板轮迹带的中心位置处，然后进行车辙试验，试验结束后立即取下碎石封层试件并称重，记为m₁；

步骤C、将所述碎石封层试件碎石封层面朝下地置于温度为60℃的干燥的细砂中，静置一段时间后取出并刷除多余砂子后称重，记为m₂；

步骤D、用m₂与m₁的差值表征碎石封层的沥青泛油程度，差值越大，泛油程度越高。

优选地，所述垫块的尺寸为10cm×10cm×1cm。

优选地，使用环氧树脂将碎石封层试件碎石封层面朝上地粘接固定在车辙板轮迹带的中心位置处。

优选地，基于标准筛孔孔径，所述细砂的粒径比所述碎石封层所用集料的粒径小一档。

优选地，所述车辙试验所遵循的标准为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。

进一步地，该方法还包括：用m₁与m₀的差值表征碎石封层的耐久性，差值越大，耐久性越差。

本发明的碎石封层的沥青用量确定方法，首先利用上述进一步改进技术方案所述方法测试不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度及耐久性；然后根据沥青泛油程度及耐久性，确定碎石封层的最优沥青用量。

优选地，在测试不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度及耐久性时，将带有不同沥青用量的碎石封层垫块并排固定在车辙板轮迹带的中心位置处，然后同时进行车辙试验。

优选地，所述根据沥青泛油程度及耐久性，确定碎石封层的最优沥青用量，具体按照以下方法：根据不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度测试结果及耐久性测试结果，绘制出沥青泛油程度随沥青用量的变化曲线以及耐久性随沥青用量的变化曲线，并以两条曲线交点处所对应的沥青用量作为碎石封层的最优沥青用量。

优选地，所述不同沥青用量按照以下方法确定：先通过理论计算方式计算出理论上的最优沥青用量，然后在理论上的最优沥青用量的上、下一定范围内选取一组不同的沥青用量。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明可准确地同时测试碎石封层的沥青泛油程度及耐久性，且试验过程简单快捷，试验结果可靠准确。

本发明综合考虑沥青泛油程度及耐久性，通过简单的试验方法确定碎石封层的最优沥青用量，相比现有理论计算的方法，所得结果更加精准；相比现有试验的方法，本发明很好地平衡了泛油程度与耐久性的矛盾，且试验方法更简单，实现成本更低。

附图说明

图1为具体实施方式中进行车辙试验示意图；

图2为具体实施方式中所得的沥青泛油程度以及耐久性随沥青用量的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

针对现有技术的不足，本发明的思路是通过试验的方法，采用较小尺寸的试验样本，利用车辙试验后样本在一定条件下所沾附的细砂量来定量表征碎石封层的沥青泛油程度，并进一步通过车辙试验后样本的碎石脱落量来表征碎石封层的耐久性；最后，根据不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度测试结果及耐久性测试结果，确定碎石封层的最优沥青用量。

步骤A、在垫块上完成相同面积碎石封层的制作，并称量该碎石封层试件的重量，记为m₀；所述垫块的尺寸小于车辙板的尺寸，并可置于车辙板轮迹带中；

发明人发现：相对于大面积撒铺碎石封层（现有技术以标准车辙板的尺寸为准，即30cm×30cm），以沥青作为变量，在10cm×10cm的小垫块上制作试件更为容易，撒铺量更易控制，并且同时进行车辙试验的变异性也较小。因此，本发明优选采用10cm×10cm×1cm的沥青混凝土垫块。

可用来将样本固定在车辙板轮迹带中的粘接剂很多，综合考虑粘接效果和成本，本发明优选使用环氧树脂将碎石封层试件碎石封层面朝上地粘接固定在车辙板轮迹带的中心位置处。

所述细砂的粒径只要小于沥青集料的粒径就可以，通过大量试验发现，当细砂的粒径为碎石封层所用集料粒径的下一档（基于标准筛孔孔径）时，试验结果最稳定，变异性最小。因此，所述细砂的粒径优选所述碎石封层所用集料粒径的下一档，例如，集料粒径如果是4.75mm~9.5mm，则细砂的粒径应为2.36mm~4.75mm。

所述车辙试验可依据相关的国家标准进行，例如可参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中关于混合料车辙试验的相关规定。

上述技术方案中，m₂与m₁的差值实际上是经过车辙试验后的碎石封层样本所吸附60℃细砂的重量，本发明用其表征碎石封层的沥青泛油程度。实际上，还可以用试验中所得到的m₁与m₀的差值，即经过车辙试验后的碎石封层样本的碎石脱落量，来表征碎石封层的耐久性，碎石脱落量越小，则碎石封层耐久性越好。

本发明的碎石封层的沥青用量确定方法，首先利用上述方法测试不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度及耐久性；然后根据沥青泛油程度及耐久性，确定碎石封层的最优沥青用量。

由于沥青泛油程度与耐久性随沥青用量的变化趋势相反，因此，最优沥青用量可根据实际需要来平衡，例如，可根据不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度测试结果及耐久性测试结果，绘制出沥青泛油程度随沥青用量的变化曲线以及耐久性随沥青用量的变化曲线，并以两条曲线交点处所对应的沥青用量作为碎石封层的最优沥青用量。当然，也可以为了提高沥青泛油性能指标而适当降低耐久性，或者反之。

为了进一步降低试验量，提高效率，还可以先采用现有理论计算的方式获得理论上的最优沥青用量，然后以该用量为基准，在周围较小的范围内进行试验来确定最终的最优沥青用量；具体而言，所述不同沥青用量按照以下方法确定：先通过理论计算方式计算出理论上的最优沥青用量，然后在理论上的最优沥青用量的上、下一定范围内选取一组不同的沥青用量。

为了便于公众理解，下面以一个具体实例来对本发明技术方案进行详细说明。

试验所用集料为玄武岩，粒径4.75~9.5mm，选用的细砂粒径2.36~4.75mm，且已置于60℃烘箱中烘干至恒重。

首先根据现有公式计算出集料和沥青用量，分别为8.04kg/m²、1.18kg/m²，其中碎石用量以覆盖率90%作为控制指标，进行室内撒布试验，与理论计算用量基本接近。

以沥青用量作为变量，在理论计算基础上，分别变化±5%、±10%，在已切割好的10cm×10cm×1cm的沥青混凝土小垫块上制作相应的不同沥青用量的碎石封层，钢轮来回碾压2~3次并冷却后，称重，记为m₀。

用环氧树脂将多个样本并排固定于车辙板轮迹中心带位置，静置待环氧树脂固化，进行车辙试验（如图1所示），试验参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011），烘箱温度为60℃，胶轮轮压为0.7MPa，车轮碾压速率42次/min，碾压时间1h。

碾压完成之后借助小铲刀，将碎石封层试件取出，称重，记为m₁，随后迅速将碎石封层面倒置，平放于平铺的60℃细砂中，静置数秒取出，用细刷刷除多余砂，再次称重，记为m₂。

以m_石= m₁-m₀作为不同沥青含量下的碎石脱落量，可以此判断碎石封层的耐久性；以m_砂=m₂-m₁作为不同沥青含量下，沥青的粘附砂量，并以此来判断沥青泛油程度。最终会得出如图2所示的曲线关系。从图2中即可看出，不同沥青用量下的碎石脱落量和沥青的泛油程度，粘附砂量值越大，说明沥青泛油程度越严重；碎石脱落量越大，碎石封层耐久性越差。因此，可据此关系曲线图，确定最佳沥青用量。根据图2可知，最佳沥青用量略小于理论计算得到的沥青用量。当然也可以根据实际需要，以其中某一方面性能的弱化作为代价以强化另一方面性能。

Claims

1.一种碎石封层的性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述垫块的尺寸为10cm×10cm×1cm。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，使用环氧树脂将碎石封层试件碎石封层面朝上地粘接固定在车辙板轮迹带的中心位置处。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，基于标准筛孔孔径，所述细砂的粒径比所述碎石封层所用集料的粒径小一档。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述车辙试验所遵循的标准为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。

6.如权利要求1～5任一项所述方法，其特征在于，该方法还包括：用m₁与m₀的差值表征碎石封层的耐久性，差值越大，耐久性越差。

7.一种碎石封层的沥青用量确定方法，其特征在于，首先利用权利要求6所述方法测试不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度及耐久性；然后根据沥青泛油程度及耐久性，确定碎石封层的最优沥青用量。

8.如权利要求7所述方法，其特征在于，在测试不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度及耐久性时，将带有不同沥青用量的碎石封层垫块并排固定在车辙板轮迹带的中心位置处，然后同时进行车辙试验。

9.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述根据沥青泛油程度及碎石和沥青间的粘结性能，确定碎石封层的最优沥青用量，具体按照以下方法：根据不同沥青用量的一组碎石封层的沥青泛油程度测试结果及耐久性测试结果，绘制出沥青泛油程度随沥青用量的变化曲线以及耐久性随沥青用量的变化曲线，并以两条曲线交点处所对应的沥青用量作为碎石封层的最优沥青用量。

10.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述不同沥青用量按照以下方法确定：先通过理论计算方式计算出理论上的最优沥青用量，然后在理论上的最优沥青用量的上、下一定范围内选取一组不同的沥青用量。