CN115060881A - 一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法 - Google Patents

一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,将诊断为光斑性玄武岩的玄武岩集料拌制为沥青混合料,进行不同温度和时间下的热老化实验,得到热老化温度Ti条件下的光斑现象的理论触发时间ti。进一步计算得到光斑现象的理论热老化因子AF0。统计计算实际施工的热老化因子AF,对玄武岩集料的性能进行评估,如AF<AF0,施工可正常进行;如AF≥AF0,则通过缩短运输和候工时间和/或降低沥青混合料的出厂温度,使得实际施工时的热老化因子AF<AF0。本发明中的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,在保证沥青混合料施工质量的前提下,达到使用低品质玄武岩石料作为沥青混合料组成材料的目的,避免了石料的浪费。

Description

一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法
技术领域
本发明涉及道路施工技术领域,尤其是涉及一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法。
背景技术
沥青路面是我国高等级公路的主要形式,其组成材料中砂石是占比最大的材料,达90%以上。大规模公路建设和养护对砂石材料的需求量大,但是我国优质石料资源又十分紧缺,因此优质石料的科学合理利用是保证工程质量和资源节约的重要举措。现阶段,我国高等级公路沥青面层要求采用高品质石料,尤其是表面层一般采用玄武岩碎石作为粗集料。由于地质作用、成岩环境等,玄武岩可能存在对温度、水分等敏感的特殊成分。这导致如果长期处在高温浸水环境中或阳光照射、雨水等自然环境中,耐候性不良的玄武岩集料表面会逐渐出现斑点和裂纹,这一现象被称为光斑现象,或光照剥离现象。出现光斑现象的玄武岩集料进一步衰变会产生表层石料剥离,严重时则会出现较大的裂纹和骨料断裂。
沥青路面在施工、运营阶段承受着光照、水分、温度等多重环境因素的综合作用,这会引发玄武岩的光斑现象。玄武岩光斑现象将引起集料表面粉化、沥青膜脱落等病害。光斑现象严重时,甚至短时间通车后即会出现明显的集料飞散掉粒等路面破损问题,导致工程返工。
为了避免玄武岩集料的光斑现象,目前欧盟标准BS EN 1367-3:2001《集料耐热性和耐候性试验:第3部分“光斑性”玄武岩沸煮试验》和我国《公路沥青路面施工技术规范》中均对玄武岩集料耐候性提出了上限要求,如玄武岩耐候性不合规定即不再使用。欧盟标准BS EN 1367-3:2001《集料耐热性和耐候性试验:第3部分“光斑性”玄武岩沸煮试验》中,对集料连续沸煮36h后再开展相关试验检测,从而判断玄武岩集料是否为光斑性玄武岩。但是,由于玄武岩光斑现象对环境因素十分敏感,玄武岩承受的环境条件不同,导致光斑现象的严重程度也不同,甚至未触发时不会发生光斑现象。因此采用“上限标准”对不合格的光斑性玄武岩进行全盘否决,实际会造成石料资源的大量浪费。因此,如何对光斑性玄武岩集料在沥青路面上的铺装性能进行合理的评估和预测,并通过合理控制施工条件保证不触发光斑现象发生,对于指导玄武岩集料的规范化、科学化应用,实现资源节约有着十分重要的意义。
发明内容
本发明解决的是现有技术对光斑性玄武岩进行评估时会造成部分玄武岩石料被浪费的技术问题,进而提供一种能够对光斑性玄武岩集料在沥青路面上的铺装性能进行合理的评估和预测,并通过合理控制施工条件保证不触发光斑现象发生的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为:
一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,包括以下步骤:(1)将诊断为光斑性玄武岩的玄武岩集料拌制为沥青混合料;(2)对多份步骤(1)制备得到的沥青混合料进行不同热老化温度、不同热老化时间条件下的实验;实验包括多组,多组实验的热老化温度的取值范围为150℃~190℃,分别在温度取值范围内等间距选取,记为Ti,i=1、2……n,n为实验组数;每一组实验中,各个实验的热老化时间的取值范围为0h~12h,分别在时间取值范围内等间距选取;将热老化后的沥青混合料成型为马歇尔试件,测试试件的肯塔堡飞散损失,根据各组实验得到的热老化时间-飞散损失关系曲线分别确定不同热老化温度Ti条件下的理论光斑触发时间ti;(3)计算每组实验得到的光斑性玄武岩集料的理论热老化因子AFi,计算方法为:
AFi=Ti×ti
其中,AFi为第i组实验得到的理论热老化因子,i=1、2……n,n为实验组数;取AFi最小值作为光斑现象的理论热老化因子AF0
AF0=min{AF1…AFi…AFn}
(4)计算实际施工的热老化因子AF:
AF=T′×t′
其中,T′为实际施工时沥青混合料料车驶出拌合站时的出厂温度和料车达到现场后开始摊铺时的到场温度的平均温度值;t′为沥青混合料料车从出厂开始至到达摊铺现场开始摊铺为止所需的运输和候工时间;
(5)对玄武岩集料的性能进行评估,当所述玄武岩集料用于铺设上面层时,如AF<AF0,施工可正常进行;如AF≥AF0,通过缩短运输和候工时间和/或降低沥青混合料的出厂温度,使得实际施工时的热老化因子AF<AF0
当所述玄武岩集料用于铺设位于上面层下方的其它面层时,如AF<AF0,施工可正常进行;如AF≥AF0,通过缩短运输和候工时间和/或降低沥青混合料的出厂温度,使得实际施工时的热老化因子AF<AF0,或者在所述面层的上方增设防水保温层。
步骤(1)中,对玄武岩集料进行诊断的方法为:
a.将玄武岩集料拌制为沥青混合料;
b.将沥青混合料在180℃的温度条件下热老化5h;
c.热老化结束后,将沥青混合料冷却至室温,向沥青混合料中添加室温水直至淹没混合料;
d.放置24h后,从水中取出粘结在一起的集料团块,用手轻掰,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象,根据观察结果判断所述玄武岩集料是否为光斑性玄武岩。
观察集料外观是否有沥青膜剥离现象时,根据沥青膜剥离情况进行分级,分级标准为:沥青膜完全保存,剥离面积百分率接近于0,5级;沥青膜少部分为水所移动,厚度不均匀,剥离面积百分率小于或者等于10%,4级;沥青膜局部明显地为水所移动,基本保留在集料表面上,剥离面积百分率小于或者等于30%,3级;沥青膜大部分为水所移动,局部保留在集料表面上,剥离面积百分率大于30%,2级;沥青膜完全为水所移动,集料基本裸露,沥青全浮于水面上,1级;若等级低于5级则诊断所述玄武岩集料为光斑性玄武岩。
步骤(1)中,将诊断为光斑性玄武岩的玄武岩集料拌制为沥青混合料时,采用施工实际采用的生产配合比进行拌制。
步骤(1)中拌制的沥青混合料为AC沥青混凝土混合料、SMA沥青玛蹄脂碎石混合料、OGFC多孔沥青混合料或PAC沥青混合料中的任意一种。
步骤(2)中的理论光斑触发时间ti的确定方法为:当所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失≤15%时,所述拐点处对应的热老化时间为所述理论光斑触发时间ti;当所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失>15%时,飞散损失为15%处对应的热老化时间为所述理论光斑触发时间ti
步骤(5)中,当需要降低沥青混合料的出厂温度时,采用温拌技术降低沥青混合料的出厂温度。
所述防水保温层包括防水层与隔温层双层结构。
所述防水层为乳化沥青、热沥青、热沥青碎石封层、高聚物材料铺设层中的任意一种。
所述隔温层为橡胶、陶瓷、岩棉、纤维、泡沫板等材料铺设层中的任意一种。
本发明所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,优点在于:
(1)本发明所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,适用于玄武岩集料设计用于上面层,或者所述玄武岩集料设计用于位于上面层下方的面层,但未设置防水保温层的路面的性能评估。对于采用光斑性玄武岩的沥青混合料,通过配制施工所用的沥青混合料,进行热老化实验明确了玄武岩光斑现象的触发条件,玄武岩光斑现象和其含有的不利成分有关,该不利成分发生化学反应需要一定的外界条件,即达到一定的温度和时间方才发生光斑现象。本发明通过测试不同热老化条件下沥青混合料飞散损失的增长规律,给出热老化因子的概念及计算方法,利用定量的热老化因子明确了玄武岩光斑现象的触发条件,可准确对光斑性玄武岩集料的铺装性能进行评估。当评估实际施工的热老化因子小于光斑现象的理论热老化因子时,可确定玄武岩集料能够在施工中正常使用,满足路面铺装的性能要求。评估实际施工的热老化因子大于或者等于光斑现象的理论热老化因子,当所述玄武岩集料用于铺设上面层时,如AF<AF0,施工可正常进行;如AF≥AF0,通过缩短运输和候工时间和/或降低沥青混合料的出厂温度,使得实际施工时的热老化因子AF<AF0;当所述玄武岩集料用于铺设位于上面层下方的其它面层时,如AF<AF0,施工可正常进行;如AF≥AF0,通过缩短运输和候工时间和/或降低沥青混合料的出厂温度,使得实际施工时的热老化因子AF<AF0,或者在所述面层的上方增设防水保温层,即可正常使用。本发明基于评估方法的结果,可指导玄武岩集料在路面铺装施工中的使用,确保玄武岩集料符合路面要求。
(2)本发明所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,在对玄武岩集料进行诊断时,将玄武岩集料拌制为沥青混合料,在180℃的温度条件下热老化5h;热老化结束后,将沥青混合料冷却至室温,向沥青混合料中添加室温水直至淹没混合料;放置24h后,从水中取出粘结在一起的集料团块,用手轻掰,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象,若有沥青膜剥离,则诊断所述玄武岩集料为光斑性玄武岩。相比于现有技术中采用连续沸煮36h的方式诊断集料是否为光斑性玄武岩的方法,本发明中的诊断方法总耗时约30h,明显缩减了试验时间。并且本发明中诊断的整个试验过程多为常温无明火条件,不需要人工全程参与,浸水处理后人工观察即可快速诊断为是否为光斑性玄武岩。
为了使本发明所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法的技术方案更加清楚明白,以下结合具体附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。
附图说明
图1所示为本发明所述的180℃热老化温度下,对所述PAC沥青混合料进行不同时间的热老化实验得到的热老化时间-飞散损失关系图。
图2所示为本发明所述的190℃热老化温度下,对所述SMA沥青混合料进行不同时间的热老化实验得到的热老化时间-飞散损失关系图。
具体实施方式
实施例1
本实施方式提供了一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,具体包括以下步骤:
(1)本实施方式中施工使用的是PAC沥青混合料。施工前,对玄武岩集料进行诊断,诊断方法为:a.按照工程实际采用的PAC-13生产配合比(见表1)拌制多孔沥青混合料,油石比为4.9%,外掺0.1%聚酯纤维。
表1多孔沥青混合料级配
Figure BDA0003667042650000061
b.将拌制得到的沥青混合料均匀分散在托盘中,置于180℃烘箱中热老化5h。
c.将托盘从烘箱中取出,沥青混合料冷却至室温后往托盘中添加室温水直至淹没混合料;
d.待沥青混合料放置24h后,从托盘中取出粘结在一起的集料团块,用手轻掰,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象,如有剥离现象则判定所述玄武岩集料为光斑性玄武岩,本实施方式中,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象时,根据沥青膜剥离情况进行分级,分级标准如表2所示:
表2沥青膜剥离等级
试验后集料表面上沥青剥落情况 黏附性等级
沥青膜完全保存,剥离面积百分率接近于0 5
沥青膜少部为水所移动,厚度不均匀,剥离面积百分率小于10% 4
沥青膜局部明显地为水所移动,基本保留在集料表面上,剥离面积百分率小于30% 3
沥青膜大部为水所移动,局部保留在集料表面上,剥离面积百分率大于30% 2
沥青膜完全为水所移动,集料基本裸露,沥青全浮于水面上 1
观察时,由两名以上的试验人员分别目测剥离面积的百分率,取平均值作为试验结果。试验结果得到的级别低于5级,即判定为1-4级时,即判定所述玄武岩集料为光斑性玄武岩。本实施方式中配制的多孔沥青混合料的外观有严重剥离现象,为2级,诊断为光斑性玄武岩。
仍按照表1的配比制备光斑性玄武岩的多孔沥青混合料待用。
(2)取步骤(1)制备得到的部分待用沥青混合料,进行不同热老化温度、不同热老化时间条件下的实验;本实施方式实验包括5组,5组实验的热老化温度的取值范围为150℃~190℃,分别在温度取值范围内等间距选取,记为Ti,i=1、2……5,本实施方式中,T1=150℃,T2=160℃,T3=170℃,T4=180℃,T5=190℃。5组实验的每一组实验中,各个实验的热老化时间的取值范围为0h~12h,分别在时间取值范围内等间距选取,本实施方式中,热老化时间设置为0h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、12h,即每组实验包括8个实验。
将热老化后的沥青混合料成型为马歇尔试件,测试试件的肯塔堡飞散损失,从而分别得到不同热老化温度Ti条件下的热老化时间-飞散损失关系曲线,根据曲线确定理论光斑触发时间ti;具体确定方法为:当一组实验的所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失≤15%时,所述拐点处对应的热老化时间为该组实验的热老化温度对应的理论光斑触发时间ti;当所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失>15%时,选择飞散损失为15%处对应的热老化时间为所述理论光斑触发时间ti
(3)计算每组实验得到的光斑性玄武岩集料的理论热老化因子AFi,计算方法为:
AFi=Ti×ti
其中,AFi为第i组实验得到的理论热老化因子,i=1、2……5;取AFi最小值作为光斑现象的理论热老化因子AF0
AF0=min{AF1…AFi…AFn}
本实施方式中,AFi最小值为第4组实验得到,第4组实验的热老化时间-飞散损失关系图如图1所示,第4组实验的光斑现象的理论触发时间t4为5h,对应的沥青混合料飞散损失为14.1%,小于15%,本实施例中AF0如下:
AF0=AF4=T4×t4=180℃×5h=900℃·h
(4)计算实际施工的热老化因子AF:
AF=T′×t′
其中,T′为实际施工时沥青混合料料车驶出拌合站时的出厂温度和料车达到现场后开始摊铺时的到场温度的平均温度值;t′为沥青混合料料车从出厂开始至到达摊铺现场开始摊铺为止所需的运输和候工时间;
统计某实体工程多孔沥青混合料料车的运输和候工时间t′为6h,驶出拌合站时的出厂温度T1平均值为182℃,料车达到现场后开始摊铺时的到场温度T2平均为178℃。计算实际施工的热老化因子AF=(178+182)×6/2=1080℃·h。
(5)本实施方式中,实际施工的热老化因子AF>AF0。在路面现场取多孔沥青混合料,在室内成型马歇尔试件测试飞散损失为21.6%,多孔沥青混合料的飞散损失标准≯15%,这表明沥青混合料的飞散损失已经超标,路用性能出现了明显的衰减,不能直接使用。
为了克服光斑现象,本实施例通过掺加温拌剂降低多孔沥青混合料的生产温度,本实施方式中温拌剂掺量为沥青混合料质量的wt5%,使得驶出拌合站时的出厂温度T1平均为162℃,料车达到现场后开始摊铺时的到场温度T2平均为156℃。同时优化施工组织,缩短施工各环节消耗的衔接时间,将运输和候工时间t′缩短至5h,计算实际施工的热老化因子AF=(156+162)×5/2=795℃·h,AF<AF0。在路面现场取优化后的多孔沥青混合料,在室内成型马歇尔试件再次测试飞散损失为11.8%,符合多孔沥青混合料飞散损失标准≯15%,表明沥青混合料路用性能得到显著的改善,可以按照改善的施工方法使用该光斑性玄武岩。
实施例2
本实施例中使用的玄武岩集料和沥青混合料完全同实施例1,步骤(1)-(3)同实施例1。步骤(4)在实际施工时统计某实体工程多孔沥青混合料料车的运输和候工时间t′约为2h,驶出拌合站时的出厂温度T1平均为180℃,料车达到现场后开始摊铺时的到场温度T2平均为178℃,计算实际施工的热老化因子AF=(178+180)×2/2=358℃·h。
实际施工的热老化因子AF<AF0。在路面现场取多孔沥青混合料,在室内成型马歇尔试件测试飞散损失为11.2%,低于多孔沥青混合料飞散损失标准≯15%,与新拌多孔沥青混合料的飞散损失相当,表明沥青混合料路用性能没有明显的衰减,可以按照现有施工方式使用该光斑性玄武岩。
实施例3
本实施方式提供了一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,具体包括以下步骤:
(1)本实施方式中施工使用的是SMA沥青混合料。施工前,对玄武岩集料进行诊断,诊断方法为:a.按照工程实际采用的SMA-13生产配合比(见表3)拌制沥青混合料,油石比为6.0%,外掺0.3%木质素纤维。
表3SMA沥青混合料级配
Figure BDA0003667042650000091
b.将拌制得到的沥青混合料均匀分散在托盘中,置于180℃烘箱中热老化5h。
c.将托盘从烘箱中取出,沥青混合料冷却至室温后往托盘中添加室温水直至淹没混合料;
d.待沥青混合料放置24h后,从托盘中取出粘结在一起的集料团块,用手轻掰,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象,如有剥离现象则判定所述玄武岩集料为光斑性玄武岩,本实施方式中,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象时,根据沥青膜剥离情况进行分级,分级标准如表4所示:
表4沥青膜剥离等级
Figure BDA0003667042650000092
Figure BDA0003667042650000101
观察时,由两名以上的试验人员分别目测剥离面积的百分率,取平均值作为试验结果。试验结果得到的级别低于5级,即判定为1-4级时,即判定所述玄武岩集料为光斑性玄武岩。本实施方式中配制的SMA沥青混合料的外观有严重剥离现象,为3级,诊断为光斑性玄武岩。
仍按照表1的配比制备光斑性玄武岩的SMA沥青混合料待用。
(2)取步骤(1)制备得到的部分待用沥青混合料,进行不同热老化温度、不同热老化时间条件下的实验;本实施方式实验包括5组,5组实验的热老化温度的取值范围为150℃~190℃,分别在温度取值范围内等间距选取,记为Ti,i=1、2……5,本实施方式中,T1=150℃,T2=160℃,T3=170℃,T4=180℃,T5=190℃。5组实验的每一组实验中,各个实验的热老化时间的取值范围为0h~12h,分别在时间取值范围内等间距选取,本实施方式中,热老化时间设置为0h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、12h,即每组实验包括8个实验。
将热老化后的沥青混合料成型为马歇尔试件,测试试件的肯塔堡飞散损失,从而分别得到不同热老化温度Ti条件下的热老化时间-飞散损失关系曲线,根据曲线确定理论光斑触发时间ti;具体确定方法为:当一组实验的所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失≤15%时,所述拐点处对应的热老化时间为该组实验的热老化温度对应的理论光斑触发时间ti;当所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失>15%时,选择飞散损失为15%处对应的热老化时间为所述理论光斑触发时间ti
(3)计算每组实验得到的光斑性玄武岩集料的理论热老化因子AFi,计算方法为:
AFi=Ti×ti
其中,AFi为第i组实验得到的理论热老化因子,i=1、2……5;取AFi最小值作为光斑现象的理论热老化因子AF0
AF0=min{AF1…AFi…AFn}
本实施方式中,AFi最小值为第5组实验得到,第5组实验的热老化时间-飞散损失关系图如图2所示,第5组实验的光斑现象的理论触发时间t5为6h,对应的沥青混合料飞散损失为13.5%,小于15%,因此AF0如下:
AF0=AF5=T5×t5=190℃×6h=1140×℃·h
(4)计算实际施工的热老化因子AF:
AF=T′×t′
其中,T′为实际施工时沥青混合料料车驶出拌合站时的出厂温度和料车达到现场后开始摊铺时的到场温度的平均温度值;t′为沥青混合料料车从出厂开始至到达摊铺现场开始摊铺为止所需的运输和候工时间;
本实施方式中,统计某实体工程SMA沥青混合料料车的运输和候工时间t′为6h,驶出拌合站时的出厂温度T1平均值为180℃,料车达到现场后开始摊铺时的到场温度T2平均为174℃,计算实际施工的热老化因子AF=(180+174)×6/2=1062℃·h。
(5)本实施方式中,实际施工的热老化因子AF<AF0。在路面现场取SMA沥青混合料,在室内成型马歇尔试件测试飞散损失为13.5%,SMA沥青混合料的飞散损失标准≯15%,这表明沥青混合料的飞散损失没有超标,路用性能没有出现明显的衰减,可以直接使用。
实施例4
本实施例中使用的玄武岩集料和沥青混合料完全同实施例3,步骤(1)-(3)同实施例1。步骤(4)在实际施工时统计某实体工程SMA沥青混合料料车的运输和候工时间t′约为10h,驶出拌合站时的出厂温度T1平均为180℃,料车达到现场后开始摊铺时的到场温度T2平均为170℃,计算实际施工的热老化因子AF=(180+170)×10/2=1750℃·h。
实际施工的热老化因子AF0<AF。。在路面现场取SMA沥青混合料,在室内成型马歇尔试件测试飞散损失为36.5%,大于SMA沥青混合料飞散损失标准≯15%,表明沥青混合料路用性能出现了明显的衰减,不能直接使用。通过调整设计方案,将该沥青混合料铺设于应急车道的中面层使用,并在中面层和上面层之间从下往上依次铺设了0.5cm的岩棉层和1cm的橡胶沥青碎石封层作为隔温层和防水层。增设防水隔温层可提升光斑性玄武岩集料的面层性能,增设防水隔温层方式适用于AF0<AF<AFmax的情况下使用,其中AFmax,优选为2160℃·h。
实施例5
本实施例中使用的玄武岩集料和沥青混合料完全同实施例3,步骤(1)-(3)同实施例1。步骤(4)在实际施工时统计某实体工程SMA沥青混合料料车的运输和候工时间t′约为24h,驶出拌合站时的出厂温度T1平均为180℃,料车达到现场后开始摊铺时的到场温度T2平均为150℃,计算实际施工的热老化因子AF=(180+150)×24/2=3960℃·h。
实际施工的热老化因子AF>AFmax,AFmax=2160℃·h。在路面现场取SMA沥青混合料,在室内成型马歇尔试件测试飞散损失接近100%,无法找到完整的残留试块,远大于SMA沥青混合料飞散损失标准≯15%,表明沥青混合料路用性能出现了明显的衰减,不能直接使用。需要通过掺加温拌剂降低SMA沥青混合料的生产温度,如不采取措施,则该SMA沥青混合料只能弃用。
上述实施例1-5中的玄武岩集料施工后的路面情况如下表所示:
Figure BDA0003667042650000121
对比例
为证明本发明所述诊断和评估方法的技术效果,进一步设置本对比例。
对比例1
按照欧盟标准BS EN 1367-3:2001《集料耐热性和耐候性试验:第3部分“光斑性”玄武岩沸煮试验》,对连续沸煮36h后的玄武岩集料测试了质量损失、磨耗值损失、冲击值损失,如表5所示。按照现有评估方法,该玄武岩集料为光斑性玄武岩。
表5连续沸煮36h后的玄武岩集料性能
Figure BDA0003667042650000131
对比例2
本对比例在对与实施例1中相同的玄武岩集料进行诊断时,按照工程实际采用的PAC-13生产配合比(见表1)拌制多孔沥青混合料,油石比为4.9%,外掺0.1%聚酯纤维。将混合料均匀分散在托盘中,混合料冷却至室温后往托盘中添加室温水直至淹没混合料;混合料放置24h后,从托盘中取出粘结在一起的集料团块,用手轻掰,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象。
对比例3
本对比例在对与实施例1中相同的玄武岩集料进行诊断时,同样按照工程实际采用的PAC-13生产配合比(见表1)拌制多孔沥青混合料,油石比为4.9%,外掺0.1%聚酯纤维。将混合料均匀分散在托盘中置于180℃烘箱中热老化5h;将托盘从烘箱中取出,混合料放置24h后,从托盘中取出粘结在一起的集料团块,用手轻掰,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象。对对比例2和对比例3中的集料外观进行观察,发现对比例2没有经历高温热老化和浸水的过程,其集料外观无沥青膜剥离情况,为5级。对比例3经历高温热老化的过程,集料外观出现了轻微的沥青膜剥离情况,为4级。而本实施例1中的集料经历高温热老化和浸水的过程,集料外观出现了严重的沥青膜剥离情况,为2级。采用本发明提出的玄武岩集料光斑现象的诊断方法,可以快速准确诊断沥青膜在热老化和浸水后剥离现象。
此外,对比例2无法诊断出玄武岩集料的光斑现象,对比例3虽能诊断出玄武岩集料的光斑现象,但是评级为4级,沥青膜剥离面积较小,受人为判定以及重复性误差、再现性误差等影响,容易出现评级为5级而无法诊断出光斑现象的问题。实施例1的评级为2级,出现了明显的沥青膜剥离现象,准确诊断出玄武岩集料的光斑现象,而且总耗时在36h左右,与对比例1相比,诊断结论一致,但是耗时大幅减小,操作便易性大幅提升。
对比例4
对实施例1中拌制的多孔沥青混合料,采用现有的评估方法进行评估:在未做任何热老化处理的情况下,按照标准试验方法测试混合料的飞散损失,结果为8.2%,小于技术要求的15%,因此未采用降温和缩短运输时长等措施而直接铺设于实体工程中。沥青混合料摊铺碾压时,在胶轮压路机碾压过程中胶轮停留位置出现了沥青膜的剥离现象。在次日交通标线施划时,施划车辆转弯调头位置出现了大量的沥青膜剥离现象。该施工路段在通车运营3天后,局部位置发生了严重的集料脱落问题,因此该施工路段做了返工处理。根据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018),路面破损率超过2%,评级仅为中。
而本申请中的实施例1,在采用了降温和缩短运输时长等措施后,多孔沥青混合料施工质量得到有效保证,在整个施工过程和2年通车运营阶段,均未发生沥青膜剥离现象。根据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018),路面破损率小于0.2%,评级为优。
对比例5
将实施例4的SMA沥青混合料铺设于实体工程的中面层中,未采用增设防水保温层的措施,在通车运营短期内,没有发生明显的沥青膜剥离或集料脱落现象。但是在通车运营2年进行竣工验收时,该施工路段局部位置发生了严重的集料脱落现象。根据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018),路面破损率超过2%,评级仅为中。
而实施例4中,在采用了增设防水隔温层的措施后,SMA沥青混合料施工质量得到有效保证,在整个施工过程和2年通车运营阶段,均未发生沥青膜剥离现象。
对比例6
实施例5中的SMA沥青混合料由于受到严重的热老化作用,性能出现了明显的衰退。将实施例5的SMA沥青混合料铺设于实体工程中,在通车运营短期内,该施工路段局部位置发生了严重的集料脱落现象。根据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210-2018),路面破损率超过2%,评级仅为中。
表6.对比例4-6中施工完成后的路面破损状态
Figure BDA0003667042650000151
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将诊断为光斑性玄武岩的玄武岩集料拌制为沥青混合料;
(2)对多份步骤(1)制备得到的沥青混合料进行不同热老化温度、不同热老化时间条件下的实验;实验包括多组,多组实验的热老化温度的取值范围为150℃~190℃,分别在温度取值范围内等间距选取,记为Ti,i=1、2……n,n为实验组数;每一组实验中,各个实验的热老化时间的取值范围为0h~12h,分别在时间取值范围内等间距选取;
将热老化后的沥青混合料成型为马歇尔试件,测试试件的肯塔堡飞散损失,根据各组实验得到的热老化时间-飞散损失关系曲线分别确定不同热老化温度Ti条件下的理论光斑触发时间ti
(3)计算每组实验得到的光斑性玄武岩集料的理论热老化因子AFi,计算方法为:
AFi=Ti×ti
其中,AFi为第i组实验得到的理论热老化因子,i=1、2……n,n为实验组数;取AFi最小值作为光斑现象的理论热老化因子AF0
AF0=min{AF1…AFi…AFn}
(4)计算实际施工的热老化因子AF:
AF=T′×t′
其中,T′为实际施工时沥青混合料料车驶出拌合站时的出厂温度和料车达到现场后开始摊铺时的到场温度的平均温度值;t′为沥青混合料料车从出厂开始至到达摊铺现场开始摊铺为止所需的运输和候工时间;
(5)对玄武岩集料的性能进行评估,当所述玄武岩集料用于铺设上面层时,如AF<AF0,施工可正常进行;如AF≥AF0,通过缩短运输和候工时间和/或降低沥青混合料的出厂温度,使得实际施工时的热老化因子AF<AF0
当所述玄武岩集料用于铺设位于上面层下方的其它面层时,如AF<AF0,施工可正常进行;如AF≥AF0,通过缩短运输和候工时间和/或降低沥青混合料的出厂温度,使得实际施工时的热老化因子AF<AF0,或者在所述面层的上方增设防水保温层。
2.根据权利要求1所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,步骤(1)中,对玄武岩集料进行诊断的方法为:
a.将玄武岩集料拌制为沥青混合料;
b.将沥青混合料在180℃的温度条件下热老化5h;
c.热老化结束后,将沥青混合料冷却至室温,向沥青混合料中添加室温水直至淹没混合料;
d.放置24h后,从水中取出粘结在一起的集料团块,用手轻掰,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象,根据观察结果判断所述玄武岩集料是否为光斑性玄武岩。
3.根据权利要求2所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,观察集料外观是否有沥青膜剥离现象时,根据沥青膜剥离情况进行分级,分级标准为:沥青膜完全保存,剥离面积百分率接近于0,5级;沥青膜少部分为水所移动,厚度不均匀,剥离面积百分率小于或者等于10%,4级;沥青膜局部明显地为水所移动,基本保留在集料表面上,剥离面积百分率小于或者等于30%,3级;沥青膜大部分为水所移动,局部保留在集料表面上,剥离面积百分率大于30%,2级;沥青膜完全为水所移动,集料基本裸露,沥青全浮于水面上,1级;若等级低于5级则诊断所述玄武岩集料为光斑性玄武岩。
4.根据权利要求2或3所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,步骤(1)中,将诊断为光斑性玄武岩的玄武岩集料拌制为沥青混合料时,采用施工实际采用的生产配合比进行拌制。
5.根据权利要求4所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,步骤(1)中拌制的沥青混合料为AC沥青混凝土混合料、SMA沥青玛蹄脂碎石混合料、OGFC多孔沥青混合料或PAC沥青混合料中的任意一种。
6.根据权利要求1-5任一所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,步骤(2)中的理论光斑触发时间ti的确定方法为:当所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失≤15%时,所述拐点处对应的热老化时间为所述理论光斑触发时间ti;当所述热老化时间-飞散损失关系曲线中飞散损失明显增大的拐点处对应的飞散损失>15%时,飞散损失为15%处对应的热老化时间为所述理论光斑触发时间ti
7.根据权利要求1-6任一所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,步骤(5)中,当需要降低沥青混合料的出厂温度时,采用温拌技术降低沥青混合料的出厂温度。
8.根据权利要求7所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,所述防水保温层包括防水层与隔温层双层结构。
9.根据权利要求8所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,所述防水层为乳化沥青、热沥青、热沥青碎石封层、高聚物材料铺设层中的任意一种。
10.根据权利要求9所述的光斑性玄武岩集料的评估与使用方法,其特征在于,所述隔温层为橡胶、陶瓷、岩棉、纤维、泡沫板等材料铺设层中的任意一种。
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