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国外橡胶沥青的应用项目

时间:2022-11-05 百科知识 版权反馈
【摘要】:本节主要介绍国外著名的橡胶沥青混凝土路面的应用项目及其取得的成果,包括成功的和失败的经验。这些成果对于提高我国橡胶沥青混凝土路面的技术水平非常有用。橡胶沥青混合料的室内试验结果不如普通沥青混合料,但是橡胶沥青工程实体的性能远远超过室内试验预期。橡胶沥青混合料由三家试验室设计,设计胶结料用量8%,相应设计空隙率2%,设计空隙率小于常用范围。

第二节 国外橡胶沥青的应用项目

本节主要介绍国外著名的橡胶沥青混凝土路面的应用项目及其取得的成果,包括成功的和失败的经验。这些成果对于提高我国橡胶沥青混凝土路面的技术水平非常有用。

1.瑞文多项目

1983 年美国加州运输部在SR395设计施工瑞文多试验项目,按照当时的罩面设计方法铺筑了几种厚度的橡胶沥青罩面,有全厚度,也有减半厚度。所用材料和厚度如下:

·普通沥青密级配混合料对比段的厚度45mm至150mm。

·湿法橡胶沥青密级配混合料厚度45mm至75mm,下面铺筑应力吸收层(SAMI)和不铺应力吸收层两种。

·干法胶粉改性混合料厚度45mm至75mm,下面铺筑应力吸收层和不铺应力吸收层两种。

·双层应力吸收层,采用I型和II型橡胶沥青。

普通沥青混合料DGAC铺筑了四种不同罩面厚度的对比段,厚度为45mm、60mm、90mm、150mm。

在整个八十年代一直对这个项目的性能不断监控,加州运输部人员观察到减半厚度的橡胶沥青混合料性能比得上普通沥青对比段[Doty,1988],但当时对这种材料的经济性有顾虑。不断观察的结果最终在1992年形成临时意见,允许橡胶沥青混合料采用减半厚度[3]。例如原45mm普通DGAC罩面可以替换为30mm橡胶沥青断级配RAC-G,原120mm普通DGAC罩面可以替换为60mm橡胶沥青RAC-G。考虑造价因素和瑞文多项目经验,橡胶沥青罩面厚度不超过60mm,也是担心过厚的橡胶沥青层稳定性差,不过这个担心没有写入文件。

2.加速加载路面试验

九十年代美国加州运输部继续进行减半厚度橡胶沥青罩面研究,主要与南非科学技术委员会(CSIR)合作研究,对减半厚度的橡胶沥青断级配混合料RAC-G和普通沥青DGAC对比[Rustetal.,1993],采用南非重载车辆模拟器(HVS)进行加速加载评价,普通沥青DGAC罩面厚度75mm,三个橡胶沥青断级配RAC-G罩面厚度为50mm、38mm、25mm。罩面混合料设计和施工按照加州规范进行,研究结果验证了减半厚度的橡胶沥青RAC-G罩面仍然能够减缓反射裂缝[Rustetal.,1993]。

加速加载研究结果促进加州运输部购买两台重载车辆模拟设备,与加州大学伯克利分校合作对橡胶沥青罩面厚度做进一步的研究[Harveyetal.,1999,2001]。这些研究验证了南非科学技术委员会的成果,也就是说减半厚度的橡胶沥青罩面能够防止反射裂缝。室内试验也证明橡胶沥青混合料比普通沥青混合料具有更强的抗疲劳开裂和抗车辙能力。加速加载研究数据使得研究人员认定橡胶沥青混合料用于控制反射裂缝最有效[Harveyetal.,1999,2001]。研究人员认为需要做进一步的工作验证新建路面工程中用橡胶沥青混合料是否也能减薄厚度。

3.纽贝瑞项目(I-40)

这个项目是美国联邦公路局路面长期性能研究(LTPP)的一部分,加州路面专题研究(SPS-5)课题试验段的一部分,试验段铺筑于1990年代初,采用了几种混合料类型:普通沥青AR-4000对比段,橡胶沥青SMA,橡胶沥青断级配+SAMI,橡胶沥青断级配(不加SAMI)[Reese,1997]。这次研究结果表明,设计合理施工规范的橡胶沥青混合料具有良好的抗车辙能力[Shatnawi and Long,2000]。橡胶沥青混合料的室内试验结果不如普通沥青混合料,但是橡胶沥青工程实体的性能远远超过室内试验预期。这些试验段都按照LTPP 方案进行跟踪监测,后来“路面性能评价”课题又继续跟踪监测,这个课题的第一阶段已经于2002年完成,第二阶段正在进行中。

4.I-10公路里弗赛德县项目

1994年冬对桩号105.1至120.7英里处进行了橡胶沥青RAC-G罩面[4]。由于泛油,在1995年春将橡胶沥青层铣刨掉重铺了普通沥青DGAC,到1995年夏天又出现泛油和车辙,1995年9月对路面进行病害调查。

橡胶沥青混合料由三家试验室设计,设计胶结料用量8%,相应设计空隙率2%,设计空隙率小于常用范围。高胶结料用量和低空隙率形成了1995年春的泛油现象。

普通沥青罩面铺筑于1995年6月,在罩面前泛油的地方没有完全清除,普通沥青罩面1个月内就观察到泛油现象,虽然抽提试验表明用油量和空隙率都接近于目标值。这次问题应该是因为下层过多的沥青上浮引起表面层泛油。

汉纳和范科尔克等人对破损调查后[5],认为:

·按照低空隙率设计会引起高胶结料用量,进而引起泛油,混合料设计方法没有考虑气候区的影响。

·集料组成和密度变化较大,橡胶粉掺量较低,橡胶沥青粘度较低,重载交通量大,气候炎热。

从这次研究提出如下推荐意见:

·修改胶结料规范,加强质量控制,改进胶结料用量试验方法(例如改用燃烧炉法)。

·修改混合料设计方法避免在炎热地区使用过高的胶结料用量。

·提供更好的料源,避免此类事情发生。

1995年后发生了很多变化,对橡胶沥青更深的理解和更好的施工经验陆续修改进规范。

5.埃尔森特罗项目

埃尔森特罗项目是在I-8公路埃尔森特罗市附近大约32英里的橡胶沥青罩面项目,罩面厚度60mm[6],2000年11月开工,2001年5月完工,这个项目没有达到压实要求96%(以维姆试样密度为准),甚至有些地方压实度低于93%。施工完成后,在行车区域压实度不断增长,在2001年6月和12月两次取芯,大部分地方的压实度都超过了96%。

2003年又做进一步研究,评价现场空隙率对橡胶沥青层抗疲劳和抗车辙性能的影响,从行车位置和路肩位置分别取芯样和板样,现场空隙率变化范围6.8%至12.9%(以最大理论密度为准),疲劳试验和车辙试验分别按照AASHTOT-321和T-320进行,疲劳试验温度20°C,车辙试验温度55°C。

研究成果表明,橡胶沥青混合料芯样空隙率对疲劳性能和车辙性能都有显著影响,例如空隙率增加2%,疲劳寿命减少60%,永久变形增加41%。新出台了橡胶沥青混合料的支付系数,空隙率过大(压实度96%至94%),过去支付系数减少9%,现在变为减少18%。这个支付系数减少幅度是加州沥青专家组曾给出的最严厉的意见。

埃尔森特罗项目的支付系数还需要其他项目检验,相关经验应由监理工程师和其他可能遇到类似问题的人员共同分享。

6.伯克利加速加载研究

加州大学伯克利分校正在采用足尺加速加载设备进行橡胶沥青性能研究,同时结合室内试验,研究目的是评价橡胶沥青罩面的长期性能和短期性能[University of California Berkeley,2003],这个课题监测的性能包括疲劳开裂、反射开裂和车辙。有六种方案:

·全厚度(90-mm)密级配普通沥青混凝土(DGAC)罩面(对比段),

·半厚度(45-mm)橡胶沥青断级配混凝土(RAC-G)罩面(对比段),

·半厚度(45-mm)沥青库混合法胶粉改性沥青断级配罩面,

·全厚度(90-mm)沥青库混合法胶粉改性沥青断级配罩面,

·半厚度(45-mm)沥青库混合法新工艺胶粉改性沥青断级配罩面,

·半厚度(45-mm)干法胶粉改性沥青断级配罩面。

六个罩面都铺在同一个试验段上。原路面于2001年9月在里士满试验场统一铺筑,结构为沥青层、集料基层、压实土基,2003年6月罩面。

如上所述,试验项目包括加速加载试验和室内试验,加速加载试验的目的是评价抗车辙、抗疲劳和抗反射裂缝的能力,抗车辙性能在高温(50±2°C)下检测,抗疲劳性能在中温(20±2°C)下进行,先做高温试验,后做中温试验。

车辙试验于2004年1月完成,疲劳试验于2004年1月开始,预计到2006年初完成,研究人员报告说,抗裂能力超过预期,抗车辙能力低于预期,温度改变为20°C后车辙继续发展,为了加快疲劳开裂,在运行1,000,000次以后将温度从20°C降为15°C,荷载从80kN增加到100kN。

室内试验有两个目的:一是检测试验段材料性质,二是与加速加载试验结果相比较。室内试验检测原路面沥青混凝土、集料基层和土基,测定材料性质,有利于评价和比较罩面层的性能。所有室内试验都已经完成,正在整理报告,2005年秋发布,这些资料对于新开发的力学-经验法罩面设计的结构影响评价非常有用,新罩面设计方法的研究由MACTEC咨询公司实施,CIWMB-Caltrans联合资助。

罩面层室内试验内容包括下层沥青混凝土试验项目,再加上剪切试验和疲劳试验,混合料在施工过程中取样,室内试验成型方式有现场拌和室内成型、室内拌和室内成型两种形式,室内试验现在正在进行,加速加载研究还包括各种现场检测:FWD弯沉、变形、横断面、温度、混合料密度、含水量、外观检查裂缝类型和数量,这些工作每月进行,试验完成后还要进行开槽观测。

这次研究成果着重于旧路面上各种罩面的性能(车辙、疲劳、反射裂缝),量化罩面厚度对性能的影响。

7珐耶波夫项目

这个项目2004年6月在SR-33公路珐耶波夫附近实施[7],研究目的是评价各种厚度的橡胶沥青路面和普通沥青路面的现场性能,评价各种改性方法。

路面包括9个试验段:普通沥青DGAC、45mm厚和90mm厚橡胶沥青RAC-G,干法胶粉改性混合料2个试验段,沥青库混合法4个试验段。

在施工过程中取样进行室内试验,室内试验包括体积指标(空隙率)和性能试验(车辙、疲劳、汉堡轮辙试验),室内试验结果表明几种材料抗车辙和抗开裂性能差距很大。为了对室内性能排序,用1-5分制,5分为最好,汇总如表1-1:

表1-1 室内性能试验评价结果

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室内试验表明MB-D和RAC-G抗车辙性能最优,MB-G抗疲劳最优。

类似的试验在伯克利也正进行中,并按照力学-经验设计法进行评价,这几个研究课题都没有完成。

珐耶波夫项目施工情况、现场观察、初期性能都表明三种方式效果都很好,沥青库混合法出现泛油现象表明用油量过高或者空隙率过低,还需要进一步钻芯试验。

珐耶波夫项目可能在下列方面得到一些成果:

·几种胶粉改性方法性能比较,

·几种胶粉改性方法的施工性,

·层厚的影响,

·现场性能、加速加载性能、试验室性能比较。

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