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RK300改性沥青混合料的高温稳定性能研究

时间:2020-04-08 20:15:17

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RK300改性沥青混合料的高温稳定性能研究

0 引言

随着我国经济的快速发展,公路交通事业也发展迅速,道路交通量剧增,重载车辆的数量及接地压强不断增大,设计沥青混合料时应更多地考虑当地特有的气候及荷载情况。仅仅满足规范要求的性能指标并不代表混合料的路用性能能够满足设计要求,不少刚通车不久的路面即发生较为严重的车辙、坑槽等病害,这引起了研究者极大的反思[1-3]。如何提升沥青混合料的路用性能及检验评价标准,防止路面出现早期病害,已成为当前研究的课题之一。

大量研究表明,沥青混合料模量提高一倍,剪应变和压应变减少50%~60%,因此提高沥青混合料的模量将有效抑制沥青混凝土层的变形量,可提高路面的抗车辙能力[4]。目前,国内外提高沥青混凝土模量的方法主要有两种:一种是采用低标号硬质沥青,如30号、50号沥青;另一种则是在沥青或沥青混合料中加入聚合物进行改性,如SBS、PE、PR以及各种高模量剂等[5]。硬质沥青可以提高沥青混合料的动稳定度,但在整体的抗车辙性能方面要弱于改性沥青,英国Nunn等人的研究表明硬质沥青混合料的抗老化性、水稳定性不足,会导致强度衰减迅速[6]。SBS类改性技术是国内外最常采用的技术,但也存在高能耗、高污染、改性剂类型和掺量监管困难、储存稳定性不足以及易老化等问题[7]。

二是由缺乏技巧、不顺畅义等外显出来的状态、水平,发展成为对事物所处状态的判断和评价。如《尚书》:“作伪,心劳日拙。”孔安国传:“为伪,饰巧百端,于心劳苦,而事日拙不可为。”[1](P488)由此,“拙”具有“困穷、艰难”义。

基于此,通过添加高模量剂对混合料进行改性,研究制备的沥青混合料为解决沥青路面车辙等病害问题、提高沥青路面使用性能和延长使用寿命提供了技术支持。

1 原材料与矿料级配

1.1 原材料

沥青为壳牌(佛山)有限公司生产的A-70号普通沥青和SBS改性沥青。集料采用广东云浮三星石场生产的变质砂岩,沥青与各档集料均满足规范要求。

高模量改性剂为广东银禧科技有限公司研发的RK300系列,其以橡塑高分子聚合物为基材,结合超分散剂、极性界面相容剂及抗老化剂等组分,通过特殊的挤出工艺进行混合后造粒而成,在高温下通过短时间拌和即可达到微米级均匀分散于沥青胶浆中。改性剂中高分子量聚合物的引入在分散剂组分的作用下,可以与沥青分子链形成高稳定性、高强度的网络结构,限制沥青小分子链的运动,提升沥青的强度和模量,从而大幅提高沥青混合料的模量和高温性能。

GTM旋转剪切压实试验较大程度地模拟了现场沥青混合料的压实状况,试验得到的两大性能因子GSI表征试件受剪应力作用的变形稳定程度,GSF参数表征沥青混合料试件被压实到平衡状态时的抗剪切强度[9]。具体的试验结果见表2。

1.2 矿料级配

混合料类型为GAC-20沥青混合料,矿料级配曲线如图1所示。

图1 GAC-20沥青混合料矿料级配

2 高温稳定性与动态模量

2.1 车辙试验

现行施工技术规范一般采用车辙试验动稳定度检验评价沥青混合料的高温性能[8]。广东属于我国1-4气候分区,车辙动稳定度要求不小于2 800次/mm(改性沥青混合料)即可,但往往在配合比设计时,混合料的动稳定度均能满足规范要求,一经通车就出现大面积车辙等病害,规范车辙试验已不能完全区分沥青混合料实际抗车辙性能需求。且规范也指出,地处夏季炎热且重载交通较大的区域,混合料配合比设计时可适当提高试验温度或加大试验荷载,检验其耐高温变形的能力。

基于规范车辙试验条件,可将试验温度由60℃提高至70℃,试验荷载由0.7MPa增加至0.9MPa,试验条件及结果见表1所示。

表1 车辙试验动稳定度结果 (单位:次/mm)

试验条件混合料类型A-70号SBS改性RK300改性0.7MPa,60℃18669856126700.7MPa,60℃、浸水14527892112530.7MPa,70℃868652476240.9MPa,70℃23321122886

由表1可知,添加RK300高模量改性剂可显著提高70号普通沥青混合料的动稳定度,高温重载等特殊条件下的抗车辙病害性能仍较好。不同试验条件下的试验结果如下:

(1)当试验温度为60℃、轮压为0.7MPa时,RK300改性沥青混合料高温抗车辙性能均优于其他两种混合料。试验条件由干燥状态改为浸水条件时,三种混合料车辙动稳定度降低为1 452次/mm、7 892次/mm、11 253次/mm,降幅分别为22.2%、19.9%、11.2%。RK300改性沥青混合料在浸水车辙试验条件下的动稳定度仍高达11 253次/mm。

这时候,我让孩子们说说自己的感受。丁昱心说:“我心里感觉轻松了不少。”董阳说:“我以为我的气球会爆掉,结果比想象中的还小。”

(2)当轮压为0.7MPa,试验温度由60℃提高至70℃后,三种沥青混合料车辙动稳定度为1 452次/mm、7 892次/mm、11 253次/mm,降幅分别为53.5%、33.8%和39.8%。70℃高温条件下,RK300改性沥青混合料车辙动稳定度达7 624次/mm,仍远大于规范技术要求(60℃、0.7MPa),略优于SBS改性沥青混合料。

作为最小构造模型和正向试错模拟的中间步骤,人们可以利用续至震相进行层析成像反演。然而,其应用由于需要精确识别震相而受到限制。当特定震相与特定模型层或界面不相关时就会引入较大的误差。为了克服这些限制,一些学者提倡在射线追踪模拟之前识别震相(如 Majdański et al,),但是与向前一步跳过试错模拟的多层层析成像这一想法存在某种矛盾。现有的多层层析成像软件包(Hobro et al,;Trinks et al,)因为正向解相当慢,所以效率不高,然而,正如Malinowski等()指出,它们可用于大型三维广角反射/折射测量的模拟。

(3)当试验温度由60℃提高到70℃,轮压由0.7MPa提高到0.9MPa后,RK300改性沥青混合料的动稳定度降为2 886次/mm,三种混合料车辙动稳定度衰减幅度均较大,分别降低了87.5%、78.6%、77.2%。该试验条件下进行车辙试验,RK300改性沥青混合料的动稳定度仍满足规范1-4区车辙试验动稳定度技术要求(≮2800次/mm),依旧优于SBS改性沥青混合料。

2.2 GTM旋转剪切试验

RK300高模量改性剂掺量为沥青混合料质量的0.4%。

表2 GTM旋转剪切试验结果

混合料类型压实圈数/转GSI实测值要求值GSF实测值要求值A-70号3161.03≤1.051.32≥1.30SBS改性2421.01RK300改性2091.00≤1.051.501.58≥1.30

由表2可知,RK300改性、SBS改性以及70号普通沥青混合料的GSI值均满足要求GTM设计要求,表明设计制备的沥青混合料的矿料级配合理,油石比也较合适,三种混合料都在较短时间内达到了平衡稳定状态。70号普通沥青混合料添加RK300高模量改性剂后,GSF值明显增大,大于SBS改性沥青混合料,说明高模量改性剂的掺入,明显提高了混合料的抗剪强度,达到SBS改性沥青混合料的标准。且RK300改性沥青混合料压实到平衡状态用了209圈,而SBS改性沥青混合料和普通沥青混合料分别用了242圈和316圈,RK300改性沥青混合料更易压实。

2.3 单轴贯入强度试验

GTM所得到的抗剪安全系数GSF是指沥青混合料被压实到平衡状态时或者设定空隙率时的抗剪强度与行车荷载作用下需承受的剪应力的比值,并不能直观表征混合料抗剪强度的大小[10]。单轴贯入强度试验的受力模式与路面一致,用来评价沥青混合料的抗剪强度是合理的,已被列入现行沥青路面设计规范中,用于检验评价沥青混合料的高温稳定性。

单轴贯入强度试验采用HYD-25型COOPER机,加载速率为1mm/min,试验温度为60℃±0.5℃,试件保温时间为5~8h。试验结果见表3。

本研究结果显示,总TAMs密度或肿瘤基质内TAMs低,NSCLC患者5年生存率高,与良好预后相关;而在肿瘤细胞团内,TAMs的密度低,NSCLC患者的5年生存率低,提示预后不良。这证实了在大多情况下,TAMs在微环境中表现出免疫抑制的作用,不同分布的TAMs密度对临床NSCLC患者的预后有指导作用。

表3 单轴贯入强度试验结果

混合料类型极限荷载/N贯入应力/MPa贯入强度/MPaA-70号2205.53.461.17SBS改性2660.34.171.42RK300改性3098.84.851.65

由表3可知,三种沥青混合料的单轴贯入强度分别为1.17MPa、1.42MPa、1.65MPa,相比70号普通沥青混合料,添加RK300高模量剂后,贯入强度提高了41%,优于SBS改性沥青混合料。

2.4 动态模量试验

国内目前对高模量沥青混凝土的定义较模糊,按照法国NFP-140标准,高模量沥青混凝土是指动态模量E*(15℃,10Hz)不小于14 000MPa的沥青混凝土。本文利用UTM-130对沥青混合料进行了动态模量的测试,试验温度为15℃,试验过程中的荷载模式采用连续无间歇的半正矢荷载波形,加载频率分别取25Hz、10Hz、5Hz、1Hz、0.5Hz和0.1Hz六个水平,试验结果如图2所示。

图2 不同频率下沥青混合料的动态模量

由图2可知,RK300改性沥青混合料动态模量显著高于其他两种混合料。在15℃、10 Hz时,RK300改性沥青混合料动态模量达14 659MPa,高于法国规范要求的高模量沥青混凝土标准,动态模量是SBS改性沥青混合料的1.4倍,是普通沥青混合料的1.9倍。RK300高模量改性剂的掺入,明显提高了沥青混合料的动态模量。

父亲感叹:“真后悔没有早点种树,要是从你读大学那年开始,现在又是另一番景象了。”我摇头:“老爸,你的心思我不懂……”

3 工程应用

广东某高速公路进行了RK300改性GAC-20沥青混凝土中面层试验段,长度500m,RK300高模量改性剂掺量为普通沥青混凝土质量的0.4%。工后对试验段进行性能检测,结合相邻路段中面层SBS改性沥青混凝土检测数据,对比结果如表4。

表4 试验段工后检测结果

样品类型空隙率/(%)芯样贯入强度/MPa70℃车辙动稳定度/(次/mm)浸水飞散损失/(%)渗水系数/(ml/min)高模量改性沥青混凝土4.41.34114608.448SBS改性沥青混凝土4.51.0268509.660

由表4可知,铺设的RK300改性沥青混凝土中面层各项指标均满足规范要求,高温抗车辙性能明显优于SBS改性沥青混凝土,70℃车辙动稳定度是SBS改性沥青混凝土的1.7倍,贯入强度也明显提高,是SBS改性沥青混凝土的1.3倍。试验段通车运营近三年,整体路用性能良好,无车辙、裂缝、坑槽等病害。

4 结论

通过对比研究RK300改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料及70号普通沥青混合料的车辙试验(多种试验条件)、GTM旋转剪切压实试验、单轴贯入强度试验及动态模量试验等,得出以下结论:

(1)RK300高模量改性剂能显著提高70号普通沥青混合料的车辙动稳定度、抗剪强度因子GSF和单轴贯入强度。不同试验条件下的车辙动稳定度均优于SBS改性沥青混合料,高温重载条件下(70℃、0.9MPa)车辙动稳定度为2 886次/mm,仍满足规范1-4区沥青混合料车辙动稳定度技术要求。

虽然高校突发事件属于偶然性的情况下发生的事件,但是其并不是事前毫无征兆,只是学校对于这些征兆没有引起足够的重视,进而引发严重的突发事件。如果高校自身具有较为完善的预防机制,能够提前意识到出现的征兆,然后采取有效的预防措施,那么就能够变被动为主动,对可能出现的突发事件进行预防。

(2)RK300改性沥青混合料动态模量高、高温稳定性能好,适用于长陡坡、十字路口、渠化交通、机场跑道等重载路面工程。试验路通车运营近三年,路用性能良好,具有一定的推广应用价值。

近日,北京市住房和城乡建设委员会发布《关于对新建住宅交付使用前实施房屋质量查验的通知》(以下简称《通知》),于12月1日起施行。

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