CN111122837B - 一种厂拌热再生沥青混合料路用性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种厂拌热再生沥青混合料路用性能评价方法,其步骤为:对厂拌热再生沥青混合料的配合比设计;进行汉堡车辙试验,采集荷载作用20000次时的车辙深度RD;进行DCT试验,计算开裂能FE;绘制再生沥青混合料性能分级图,对再生沥青混合料的性能进行评价,评价标准为:RD≤8mm;对于轻交通等级路面,FE≥420J/m2;对于中交通等级路面,FE≥500J/m2;对于重交通等级路面,FE≥730J/m2,RD越小,FE越大,表示再生沥青混合料的路用性能越好;RD越大,FE越小,表示再生沥青混合料的路用性能越差。本发明能够有效区分不同RAP掺量、不同再生剂种类的再生沥青混合料性能,是一种能够精确评价再生沥青混合料综合路用性能的方法,可为再生沥青混合料的设计提供指导。
Description
技术领域
本发明属于再生沥青混合料路用性能评价领域,特别涉及一种双重指标约束的厂拌热再生沥青混合料路用性能评价方法。
背景技术
截至2018年年底,我国高速公路总里程达14.3万公里,二级及以上等级公路里程为64.78万公里,据此估算我国每年产生至少2亿吨的废旧沥青回收料(RAP)。合理再生利用这些RAP料具有巨大的经济、社会和生态效益。
目前厂拌热再生能够较为有效的实现RAP料的再生利用,是沥青路面再生利用主要技术之一。我国规范采用传统的动稳定度、马歇尔残留稳定度、劈裂强度比、低温破坏应变等指标来评价再生沥青混合料的路用性能,然而在上述传统指标均满足甚至优于现有标准要求的情况下,再生沥青路面仍然容易发生诸如疲劳开裂、低温开裂、泛油、松散、剥落等病害,这表明现有的方法对于评价再生沥青混合料的性能具有一定的局限性。因此,如何需要快速、准确的评价再生沥青混合料的路用性能,为再生沥青混合料的优化设计提供依据,是沥青路面再生利用面临的重要问题。
除了国家标准采纳的车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲小梁试验以外,也出现了一些新的评价沥青混合料高温性能及开裂性能的试验方法。申请号为201610218595.7的发明专利公开了一种沥青混合料高温蠕变失稳点流变次数的确定方法,可应用于沥青混合料高温性能的定量评价;申请号为201110003759.1的发明专利公开了一种沥青路面中混合料抗车辙性能的测试方法,采用60℃的汉堡车辙试验;申请号为201810731871.9发明专利公开了一种基于单轴贯入试验评价再生沥青混合料抗裂性能的方法;申请号为201210106621.9的发明专利公开了一种基于DCT和高清影像技术的沥青混合料疲劳试验方法。但现有方法存在以下主要问题:①仅用于评价沥青混合料某一路用性能,没有对性能进行综合评价;②仅提出了试验方法,未能提出性能控制指标,难以评价再生沥青混合料的性能是否满足要求。
发明内容
为了解决现有再生沥青混合料路用性能评价方法的不足,本发明提供了一种双重指标约束的厂拌热再生沥青混合料路用性能评价方法,该方法基于对汉堡车辙车辙试验和DCT(Disk-Shaped Compact Tension)试验的改进,通过高温性能指标和低温抗裂性能指标对厂拌热再生沥青混合料的路用性能进行分级评价。
为了实现上述任务,本发明采取如下的技术方案:
一种厂拌热再生沥青混合料路用性能评价方法,按照如下步骤进行:
步骤一:按照JTG/T 5521的要求进行厂拌热再生沥青混合料的配合比设计,确定沥青混合料级配、RAP掺量、再生剂掺量、最佳油石比等参数;
步骤二:采用步骤一设计的厂拌热再生沥青混合料,参照AASHTO-T324的要求制备试件,进行汉堡车辙试验,采集车辙深度RD与荷载作用次数的试验数据,荷载作用20000次时停止试验;
步骤三:采用步骤一设计的厂拌热再生沥青混合料,按照ASTM-D7313的要求制备试件,进行DCT试验,采集荷载与位移的试验数据,绘制拟合试验数据的曲线,计算开裂能FE;
步骤四:以车辙深度RD为纵坐标,以DCT试验的开裂能FE为横坐标,绘制再生沥青混合料性能分级图,对再生沥青混合料的性能进行评价,评价标准为:荷载作用20000次时的车辙深度RD≤8mm;对于轻交通等级路面,FE≥420J/m2;对于中交通等级路面,FE≥500J/m2;对于重交通等级路面,FE≥730J/m2。
进行评价时,RD越小,FE越大,表示厂拌热再生沥青混合料的路用性能越好;RD越大,FE越小,表示厂拌热再生沥青混合料的路用性能越差。
优选的是,所述的厂拌热再生沥青混合料包括适用于沥青路面上面层的细粒式沥青混合料,如AC-13、AC-10、SMA-13、Superpave-13等,以及适用于沥青路面中面层的中粒式沥青混合料,如AC-16、AC-20、SMA-16、SMA-20、Superpave-20等,具体的,可以采用70#普通石油沥青的混合料、90#普通石油沥青的混合料和改性沥青的混合料。
优选的是,当厂拌热再生沥青混合料用于沥青路面上面层时,采用65℃空气浴进行汉堡车辙试验;当厂拌热再生沥青混合料用于沥青路面中面层时,采用55℃空气浴进行汉堡车辙试验。
优选的是,当采用70#普通石油沥青的混合料制备试件时,采用-12℃的温度进行DCT试验;当采用90#普通石油沥青的混合料制备试件时,采用-18℃的温度进行DCT试验;当采用改性沥青的混合料制备试件,先确定改性沥青的低温分级指标,采用(低温分级温度+10)℃的温度进行DCT试验。
优选的是,开裂能FE的计算公式:
式中:w——加载力从试验开始到试验停止所做的功;
h——试件厚度;
l-a——试件开裂长度。
与现有技术相比,本发明提供的评价方法能准确反映厂拌热再生沥青混合料的综合路用性能,提供的评价标准能够用于判定再生沥青混合料的性能是否满足道路等级设计要求,从而为再生沥青混合料的设计提供了可靠依据,例如,可用于指导再生剂的选择、RAP掺量的确定等。本发明试验方法成熟、评价准确、实用性强,易于推广。
附图说明
图1为夏炎热区沥青路面温度分布图。
图2为不同情况沥青混合料的汉堡车辙深度研究结果图。
图3为不同情况沥青混合料的DCT试验FE研究结果图。
图4为RAP40%掺量的AC-13合成级配曲线。
图5为再生沥青混合料性能评价标准示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明的技术特征,下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用,而不具有任何限制性的作用,本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改,都应属于本发明的保护范围。
再生沥青由于含有老化沥青而呈现出硬质特征,表现为高温稳定性好,但易于发生脆性开裂,因此厂拌热再生技术需添加再生剂或较软的新鲜沥青,以恢复其黏弹性。然而,本发明通过研究发现,若再生剂或新鲜沥青添加不足,则会造成再生沥青混合料仍然较硬而易于发生低温开裂病害;若再生剂或新鲜沥青添加过量,则会造成再生沥青混合料太软而易于发生高温泛油病害。据此,本发明提出一种结合高温性能和低温性能双重指标约束的评价方法。
本申请通过实地采集和模拟研究发现,我国大部分地区处于夏炎热区,沥青路面连续7天最高温度(路面2cm深度处)平均值可达到65.7℃;此外,路面温度沿着深度方向程梯度递减,中面层连续7天最高温度平均值为55.2℃,如图1所示。这说明应用于不同层位的沥青混合料,应该采用合适的温度来研究其高温性能。因此,本发明提出对于上面层沥青混合料,采用65℃空气浴的汉堡车辙试验;对于中面层沥青混合料,采用55℃空气浴的汉堡车辙试验。
本申请基于交通量调研发现,我国道路上车辆超载现象严重,厂拌热再生沥青混合料在重载车辆作用下,更容易出现开裂等病害。因此,对于厂拌热再生沥青混合料的开裂性能提出了更高的要求。
本发明开展了大量的室内试验、现场路面钻芯取样试验,研究了不同情况厂拌热再生沥青混合料的车辙深度RD和开裂能FE,结果分别如图2和图3所示。
由图2可知,无病害路段的沥青混合料试件,汉堡车辙试验的车辙深度RD一般位于2.0-7.0mm之间;出现泛油、松散病害的路段的试件,汉堡车辙试验的车辙深度RD一般位于4.0-13mm之间,大部分大于7mm;因此,提出了RD≤8mm的评价标准。
由图3可知,对于重交通等级道路的沥青混合料试样,在无病害路段,FE大部分处于750-1100J/m2的范围内,在块状开裂路段,FE大部分小于700J/m2;对于中交通等级道路的沥青混合料试样,在无病害路段,FE大部分处于530-800J/m2的范围内,在块状开裂路段,FE大部分小于500J/m2;对于轻交通等级道路的沥青混合料试样,在无病害路段,FE大部分处于420-600J/m2的范围内,在块状开裂路段,FE大部分小于400J/m2;因此,本发明提出了对于轻交通等级路面,FE≥420J/m2;对于中交通等级路面,FE≥500J/m2;对于重交通等级路面,FE≥730J/m2。
实施例
本实施例给出一种厂拌热再生沥青混合料路用性能评价方法,具体过程如下:
步骤一:厂拌热再生沥青混合料的配合比设计
(1)选择RAP料。本申请所用的RAP料来源于江苏省扬州市邗江段实体工程。按照JTG E20的规定将RAP中旧沥青抽提回收,测试其旧沥青含量、针入度、软化点、黏度等指标,结果如表1所示。
表1 RAP中旧沥青含量及性能检测结果
(2)配合比设计
以AC-13型级配为试验对象,选取了RAP掺量分别为30%、40%、50%,按照JTG/T5521的要求进行厂拌热再生沥青混合料的配合比设计,以40%RAP掺量的AC-13再生沥青混合料为例,其矿料配合比设计的级配曲线见图4。
本申请采用了SBS改性沥青,其性能指标如表2所示。
表2 SBS改性沥青性能指标
最终确定的30%、40%、50%RAP掺量的再生沥青混合料最佳油石比分别为4.78%、4.41%、4.30%;再生剂A的掺量为旧沥青含量的5%,再生剂B的掺量为旧沥青含量的7%。不同RAP掺量沥青混合料的常规路用性能如表3所示,均满足JTG F40的相关规定。
表3不同RAP掺量再生沥青混合料的常规路用性能试验结果
步骤二:进行汉堡车辙试验
(1)采用步骤一设计的AC-13再生沥青混合料,参照AASHTO-T324的要求制备试件,具体尺寸为直径150mm,高度62±2mm;
(2)采用的AC-13再生沥青混合料,适用于沥青路面的上面层,选择65℃的空气浴开展车辙试验;
(3)采集车辙深度RD与荷载作用次数的试验数据,荷载作用20000次后停止,记录此刻的车辙深度RD,实验结果如表4所示。
表4不同RAP掺量再生沥青混合料汉堡车辙试验结果
步骤三:进行DCT试验
(1)采用步骤一设计的AC-13再生沥青混合料,按照ASTM-D7313的要求制备试件,进行DCT试验,AC-13再生沥青混合料采用SBS改性沥青;由于采用的SBS改性沥青PG等级为70-22,其低温等级为-22℃,因此试验温度采用-22+10=-12℃。采集荷载与位移的试验数据,绘制拟合试验数据的曲线,计算开裂能FE,结果见表5。
表4不同RAP掺量再生沥青混合料DCT试验结果
步骤四:以车辙深度RD为纵坐标,以DCT试验的开裂能FE为横坐标,绘制再生沥青混合料性能分级图,对再生沥青混合料的性能进行评价,结果如图5所示。
由图5可知,所有RAP掺量的再生沥青混合料的车辙深度均满足要求。然而,采用再生剂A的再生沥青混合料,仅有30%RAP掺量的再生沥青混合料满足中交通等级路面的开裂性能要求,40%及50%RAP掺量的再生沥青混合料,其开裂性能不满足轻交通等级路面的要求,因此,需要重新进行配合比设计;采用再生剂B的再生沥青混合料,30%、40%、50%RAP掺量的再生沥青混合料,分别满足重、中、轻交通等级路面的开裂性能要求。虽然表3中的常规路用性能试验结果表明,不同RAP掺量的再生沥青混合料的常规路用性能均满足要求,但本发明提供的方法,有效区分了不同RAP掺量、不同再生剂种类的再生沥青混合料性能,是一种能够精确评价再生沥青混合料的综合性能的创新方法。
Claims (6)
1.一种厂拌热再生沥青混合料路用性能评价方法,其特征在于,其步骤包括:
步骤一:按照JTG/T 5521要求进行厂拌热再生沥青混合料的配合比设计,确定沥青混合料级配、RAP掺量、再生剂掺量、最佳油石比参数;
步骤二:采用步骤一设计的厂拌热再生沥青混合料,参照AASHTO-T324要求制备试件,进行汉堡车辙试验,采集车辙深度RD与荷载作用次数的试验数据,荷载作用20000次时停止试验;
步骤三:采用步骤一设计的厂拌热再生沥青混合料,按照ASTM-D7313要求制备试件,进行DCT试验,采集荷载与位移的试验数据,绘制拟合试验数据的曲线,计算开裂能FE;
步骤四:以车辙深度RD为纵坐标,以DCT试验的开裂能FE为横坐标,绘制再生沥青混合料性能分级图,对厂拌热再生沥青混合料的性能进行评价,评价标准为:荷载作用20000次时的车辙深度RD≤8mm;对于轻交通等级路面,FE≥420J/m2;对于中交通等级路面,FE≥500J/m2;对于重交通等级路面,FE≥730J/m2。
2.如权利要求1所述的评价方法,其特征在于,所述的厂拌热再生沥青混合料包括用于沥青路面上面层的细粒式沥青混合料,以及用于沥青路面中面层的中粒式沥青混合料。
3.如权利要求2所述的评价方法,其特征在于,细粒式沥青混合料和中粒式沥青混合料包括70#普通石油沥青混合料、90#普通石油沥青混合料和改性沥青混合料。
4.如权利要求1所述的评价方法,其特征在于:当厂拌热再生沥青混合料用于沥青路面上面层时,采用65℃空气浴的汉堡车辙试验;当厂拌热再生沥青混合料用于沥青路面中面层时,采用55℃空气浴的汉堡车辙试验。
5.如权利要求3所述的评价方法,其特征在于:当采用70#普通石油沥青混合料制备试件时,以-12℃的温度进行DCT试验;当采用90#普通石油沥青混合料制备试件时,以-18℃的温度进行DCT试验;当采用改性沥青混合料制备试件时,先确定改性沥青的低温分级指标,以低温分级温度加10℃的温度进行DCT试验。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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