第25卷第5期
2009年9月
昆明冶金高等专科学校学报
JournalofKunmingMetallurgyCollegeVol125No15
Sep2009
doi:10.3969/j.issn.1009-0479.2009.05.014
橡胶沥青OGFC配合比设计及路用性能研究
代若愚,徐 浩
1
2
(11昆明冶金高等专科学校校长办公室,云南昆明650033;21云南云桥建设股份有限公司,云南昆明650101)
摘 要:对橡胶沥青OGFC配合比设计方法以及路用性能进行了研究。结果表明,橡胶沥青OGFC混合料具有良好的路用性能,特别是橡胶沥青与集料之间粘附性很好,弥补了OGFC混合料易水损害、集料易松散的缺点。关键词:橡胶沥青OGFC;配合比设计;路用性能中图分类号:U4161217;U4161218
文献标识码:A
文章编号:1009-0479-(2009)05-0063-03
OnMixDesignandRoadPerformanceofRubberAsphaGFC
DAIRuo2yu,Hao
1
(11HeadmasterπsOffice,Kunminging21YunnanYunqiao1,)
Abstract:StudiesonmixrasphaltOGFCweremade1Theresultshowedgoodroadperformance,especiallytheadhesionperformancebe2tweenwasverygood1ItmakesupfortheOGFCπsshortcomingswhichiseasytobeinwaterandeasytoloosewhenaggregates1Keywords:rubberasphaltOGFC;mixdesign;roadperformance
0引言
橡胶沥青OGFC(OpenGradedFrictionCourse,开级配抗滑磨耗层)是将橡胶粉改性沥青技术与OGFC相结合的一种开级配沥青混合料。其做法是在密实不透水的沥青路面上,将OGFC混合料摊铺碾
压后形成一种具有相互连通孔隙的磨耗层,从而排除路面上的积水,孔隙率一般为18%～22%。OGFC混料具有如下优异特性:(1)提高路面的抗滑性。开级配路面比密级配路面的潮湿抗滑系数和速度梯度更低,从而使雨天的交通事故明显减少;(2)防水漂。由于雨水透过了磨耗层而使路面上没有连续的水膜,即使长时间雨水后使得OGFC饱和,但由于轮胎间的水压通过相互连通的孔隙结构后消失,驾驶过程中也不会出现水漂;(3)可减少水雾和眩光,有利于改善能见度,增加驾驶员的安全感,减少驾驶疲劳;(4)增加路面标志的能见度,有利于安全;
(5)降低噪音。国外的研究表明,与密级配路
面相比,OGFC有利于降低噪音。
OGFC作为一种特殊的复合颗粒材料,其性能既受沥青、集料和孔隙的体积含量影响,也受这些因素空间分布的影响,具有结构各向异性及不连续性等特点。研究表明,由于孔隙大,导致稳定性和抗飞散能力降低,提高沥青60℃粘度对提高排水性沥青混合料强度及耐久性起着关键性作用。为此,本文选用了橡胶沥青这种高粘度改性沥青作为胶结料。橡胶沥青OGFC虽然在很多国家已日趋成熟,但在我国还处于探索阶段,规范中没有明确的要求,因此通过试验研究其配合比设计及路用性能具有现实的指导意义。
收稿日期:2009-08-31
作者简介:代若愚(1978-),男,云南会泽人,讲师,工学硕士,主要从事道路桥梁工程和工程力学专业的教学和研究。
64昆明冶金高等专科学校学报 2009年9月
1原材料的选择与实验方法
111集料
表1 粗集料的技术要求及其试验方法 OGFC沥青混合料的粗集料含量占到矿料
测试指标实验方法规范要求实测值总量的70%以上,因此在进行粗集料的选择
压碎值/%T0316≤2510141000使用上应慎重考虑。OGFC沥青混合料对粗集
洛杉矶磨耗/%T0316≤3010121000料的压碎值要求高,粗集料应均匀、洁净、干
T0316≥21631126表观密度/g・cm-3
燥、无风化、无杂质,并且有足够的强度、耐
吸水率/%T0316≤21001300磨耗、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨光
与沥青的粘附等级T0316≥41051000
性、抗破碎性以及与沥青的良好粘附性,且必
针片状颗粒含量/%T0316≤151071000
须严格限制粗集料的扁平颗粒含量。粗集料最好采用玄武岩和花岗岩。本文选用玄武岩。细
集料在OGFC沥青混合料中只占很小比例,但对其性能影响较大,细集料一般采用质地坚硬的轧制砂代替天然砂,因为天然砂与沥青的粘附性较差,而且砂的颗粒基本上是球形颗粒,利。根据有关研究可知,天然砂掺量每增加1%,到的,表面特别粗糙,1所示。112沥青
,细颗料很少,,,所以要求选用的沥青与集料有很高的粘性,。11211,粒径大的胶粉对沥青的软化点有效果,但效果不明显,而粒径小的胶粉可提高沥青的延度,对沥青针入度降低的影响也较小。因为胶粉越细,在沥青中融胀越容易,对提高沥青的延度和针入度有利。胶粉也不是越细越好,过细的橡胶粉加工成本提高但效果并不好。从国内应用上看,以细度为20～60目居多。本文综合各种因素采用30目橡胶粉。11212橡胶粉沥青中橡胶粉参配比例的选择
表2 橡胶沥青性能检测结果 胶粉的用量对橡胶改性沥青的性能影响较
明显。研究表明:胶粉用量10103513量
软化点/℃>60106510
定;弹性恢复在胶粉用量
25℃弹性恢复/%>70108210
度很快,继续加大胶粉量则弹性恢复增加较
175℃布氏粘度/Pa1s115～510214
少,特别是在胶粉用量>20%时,弹性恢复增
加不明显。综合各种因素本文选用30目橡胶粉,掺量为15%。橡胶沥青性能检测结果如表2所示。
2配合比设计研究
211级配设计
路面既要保证有良好的抗滑性能,又要保证其他各项路用性能。综合考虑各种因素,目标空隙率以19%为基准,在18%～25%范围内选定。其合成级配如表3所示。212最佳沥青用量的确定
按合成级配选取4种沥青用量进行试验,试验结果如表4所示。根据试验结果,油石比越大则空隙率随之下降;而且油石比太大混合料的高温性能也会变差;在18%～25%空隙率范围内随着油石比的增加,飞散损失率呈下降趋势。综合考虑目标空隙率确定油石比为412。
第5期 代若愚,徐 浩:橡胶沥青OGFC配合比设计及路用性能研究65
3橡胶沥青OGFC混合料的路用性能检测
通过路用性能检测,橡胶沥青OGFC相比普通沥青OGFC,其性能有了很大的提高:
表3 矿料合成级配
筛孔尺寸
/mm261500
[***********][***********]00075
通过筛孔率/%
集料1
15～20mm[***********][1**********]
集料2
10～15mm[***********][1**********]00
集料3
5～10mm[***********][1**********]000
集料4
0～5mm[***********][***********]4
设计值
矿粉
[***********][***********]00101000
/%[***********][1**********]621
下限
/%[1**********]54上限
/%[***********]
注:由于本文所用矿粉粒径均小于所有筛孔的尺寸,100%,。
(1)采用车辙实验来评价沥青路面的高温性
表能。当实验温度为60℃,实验轮压7折漏量空隙率稳定度流值
/%/%/%/kN/011mm次/mm[***********]23516明橡胶沥青。
[***********]43812(2)。
[***********]04117
实验结果表明89%,说明橡
[**************]42
胶沥青OGFC混合料具有很好的水稳定性。
(3)采用人工砂铺法测定构造深度的实验结果表明,构造深度为117cm,说明橡胶沥青OGFC混合料有良好的抗滑性。
(4)低温抗裂性能、透水性能等均符合规范要求,说明橡胶沥青OGFC混合料有良好使用性。以上性能的改善主要是因为橡胶粉改性沥青具有良好的粘性,使得沥青和集料间的粘结强度增大。与普通的沥青OGFC相比具有良好的抗车辙、水稳定性、构造强度、低温抗裂性、透水性和抗分散性。同时,在设计中应选择合适的孔隙率、材料品种、材料掺量,进行合理的配合比设计,以达到最佳的使用性能。
4结语
通过原材料的试验表明,橡胶沥青与混合料有良好的粘附性,可以更好与集料粘结,提高混合料的水稳定性,减轻水损害、集料松散等病害。橡胶沥青OGFC既有良好的路用性能,而且不用添加纤维也能够较为有效地防止孔隙堵塞的问题,长期保持空隙的稳定和通畅,确保其排水、降噪和抗滑性能长久发挥作用,具有很好的实用价值和发展前景。由于我国还没有在规范中提出明确的橡胶沥青OGFC配合比设计指标,在实际使用时需要根据不同的地材情况、施工工艺、施工设备等,进行试拌、试铺来加以验证。对橡胶沥青OGFC的低温稳定性和施工工艺的研究还有待进一步地深入。参考文献:
[1]伍石生1低噪声沥青路面设计与施工养护[M].北京:人民交通出版社,2005.
[2]姜鹏,张锋,谢洪斌,等.橡胶沥青开级配排水沥青混凝土(RA-OGFC)的试验研究[J].公路交通技术,2008(4):22-25.[3]林云腾1浅谈OGFC混合料配合比设计[J].福建建设科技,2008(2):39-40.
[4]胡曙光,黄绍龙,张厚记,等.开级配沥青磨耗层(OGFC)的研究[J].武汉理工大学学报,2004(8):23-25.
[责任编辑:潘 萍]
第25卷第5期
2009年9月
昆明冶金高等专科学校学报
JournalofKunmingMetallurgyCollegeVol125No15
Sep2009
doi:10.3969/j.issn.1009-0479.2009.05.014
橡胶沥青OGFC配合比设计及路用性能研究
代若愚,徐 浩
1
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(11昆明冶金高等专科学校校长办公室,云南昆明650033;21云南云桥建设股份有限公司,云南昆明650101)
摘 要:对橡胶沥青OGFC配合比设计方法以及路用性能进行了研究。结果表明,橡胶沥青OGFC混合料具有良好的路用性能,特别是橡胶沥青与集料之间粘附性很好,弥补了OGFC混合料易水损害、集料易松散的缺点。关键词:橡胶沥青OGFC;配合比设计;路用性能中图分类号:U4161217;U4161218
文献标识码:A
文章编号:1009-0479-(2009)05-0063-03
OnMixDesignandRoadPerformanceofRubberAsphaGFC
DAIRuo2yu,Hao
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(11HeadmasterπsOffice,Kunminging21YunnanYunqiao1,)
Abstract:StudiesonmixrasphaltOGFCweremade1Theresultshowedgoodroadperformance,especiallytheadhesionperformancebe2tweenwasverygood1ItmakesupfortheOGFCπsshortcomingswhichiseasytobeinwaterandeasytoloosewhenaggregates1Keywords:rubberasphaltOGFC;mixdesign;roadperformance
0引言
橡胶沥青OGFC(OpenGradedFrictionCourse,开级配抗滑磨耗层)是将橡胶粉改性沥青技术与OGFC相结合的一种开级配沥青混合料。其做法是在密实不透水的沥青路面上,将OGFC混合料摊铺碾
压后形成一种具有相互连通孔隙的磨耗层,从而排除路面上的积水,孔隙率一般为18%～22%。OGFC混料具有如下优异特性:(1)提高路面的抗滑性。开级配路面比密级配路面的潮湿抗滑系数和速度梯度更低,从而使雨天的交通事故明显减少;(2)防水漂。由于雨水透过了磨耗层而使路面上没有连续的水膜,即使长时间雨水后使得OGFC饱和,但由于轮胎间的水压通过相互连通的孔隙结构后消失,驾驶过程中也不会出现水漂;(3)可减少水雾和眩光,有利于改善能见度,增加驾驶员的安全感,减少驾驶疲劳;(4)增加路面标志的能见度,有利于安全;
(5)降低噪音。国外的研究表明,与密级配路
面相比,OGFC有利于降低噪音。
OGFC作为一种特殊的复合颗粒材料,其性能既受沥青、集料和孔隙的体积含量影响,也受这些因素空间分布的影响,具有结构各向异性及不连续性等特点。研究表明,由于孔隙大,导致稳定性和抗飞散能力降低,提高沥青60℃粘度对提高排水性沥青混合料强度及耐久性起着关键性作用。为此,本文选用了橡胶沥青这种高粘度改性沥青作为胶结料。橡胶沥青OGFC虽然在很多国家已日趋成熟,但在我国还处于探索阶段,规范中没有明确的要求,因此通过试验研究其配合比设计及路用性能具有现实的指导意义。
收稿日期:2009-08-31
作者简介:代若愚(1978-),男,云南会泽人,讲师,工学硕士,主要从事道路桥梁工程和工程力学专业的教学和研究。
64昆明冶金高等专科学校学报 2009年9月
1原材料的选择与实验方法
111集料
表1 粗集料的技术要求及其试验方法 OGFC沥青混合料的粗集料含量占到矿料
测试指标实验方法规范要求实测值总量的70%以上,因此在进行粗集料的选择
压碎值/%T0316≤2510141000使用上应慎重考虑。OGFC沥青混合料对粗集
洛杉矶磨耗/%T0316≤3010121000料的压碎值要求高,粗集料应均匀、洁净、干
T0316≥21631126表观密度/g・cm-3
燥、无风化、无杂质,并且有足够的强度、耐
吸水率/%T0316≤21001300磨耗、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨光
与沥青的粘附等级T0316≥41051000
性、抗破碎性以及与沥青的良好粘附性,且必
针片状颗粒含量/%T0316≤151071000
须严格限制粗集料的扁平颗粒含量。粗集料最好采用玄武岩和花岗岩。本文选用玄武岩。细
集料在OGFC沥青混合料中只占很小比例,但对其性能影响较大,细集料一般采用质地坚硬的轧制砂代替天然砂,因为天然砂与沥青的粘附性较差,而且砂的颗粒基本上是球形颗粒,利。根据有关研究可知,天然砂掺量每增加1%,到的,表面特别粗糙,1所示。112沥青
,细颗料很少,,,所以要求选用的沥青与集料有很高的粘性,。11211,粒径大的胶粉对沥青的软化点有效果,但效果不明显,而粒径小的胶粉可提高沥青的延度,对沥青针入度降低的影响也较小。因为胶粉越细,在沥青中融胀越容易,对提高沥青的延度和针入度有利。胶粉也不是越细越好,过细的橡胶粉加工成本提高但效果并不好。从国内应用上看,以细度为20～60目居多。本文综合各种因素采用30目橡胶粉。11212橡胶粉沥青中橡胶粉参配比例的选择
表2 橡胶沥青性能检测结果 胶粉的用量对橡胶改性沥青的性能影响较
明显。研究表明:胶粉用量10103513量
软化点/℃>60106510
定;弹性恢复在胶粉用量
25℃弹性恢复/%>70108210
度很快,继续加大胶粉量则弹性恢复增加较
175℃布氏粘度/Pa1s115～510214
少,特别是在胶粉用量>20%时,弹性恢复增
加不明显。综合各种因素本文选用30目橡胶粉,掺量为15%。橡胶沥青性能检测结果如表2所示。
2配合比设计研究
211级配设计
路面既要保证有良好的抗滑性能,又要保证其他各项路用性能。综合考虑各种因素,目标空隙率以19%为基准,在18%～25%范围内选定。其合成级配如表3所示。212最佳沥青用量的确定
按合成级配选取4种沥青用量进行试验,试验结果如表4所示。根据试验结果,油石比越大则空隙率随之下降;而且油石比太大混合料的高温性能也会变差;在18%～25%空隙率范围内随着油石比的增加,飞散损失率呈下降趋势。综合考虑目标空隙率确定油石比为412。
第5期 代若愚,徐 浩:橡胶沥青OGFC配合比设计及路用性能研究65
3橡胶沥青OGFC混合料的路用性能检测
通过路用性能检测,橡胶沥青OGFC相比普通沥青OGFC,其性能有了很大的提高:
表3 矿料合成级配
筛孔尺寸
/mm261500
[***********][***********]00075
通过筛孔率/%
集料1
15～20mm[***********][1**********]
集料2
10～15mm[***********][1**********]00
集料3
5～10mm[***********][1**********]000
集料4
0～5mm[***********][***********]4
设计值
矿粉
[***********][***********]00101000
/%[***********][1**********]621
下限
/%[1**********]54上限
/%[***********]
注:由于本文所用矿粉粒径均小于所有筛孔的尺寸,100%,。
(1)采用车辙实验来评价沥青路面的高温性
表能。当实验温度为60℃,实验轮压7折漏量空隙率稳定度流值
/%/%/%/kN/011mm次/mm[***********]23516明橡胶沥青。
[***********]43812(2)。
[***********]04117
实验结果表明89%,说明橡
[**************]42
胶沥青OGFC混合料具有很好的水稳定性。
(3)采用人工砂铺法测定构造深度的实验结果表明,构造深度为117cm,说明橡胶沥青OGFC混合料有良好的抗滑性。
(4)低温抗裂性能、透水性能等均符合规范要求,说明橡胶沥青OGFC混合料有良好使用性。以上性能的改善主要是因为橡胶粉改性沥青具有良好的粘性,使得沥青和集料间的粘结强度增大。与普通的沥青OGFC相比具有良好的抗车辙、水稳定性、构造强度、低温抗裂性、透水性和抗分散性。同时,在设计中应选择合适的孔隙率、材料品种、材料掺量,进行合理的配合比设计,以达到最佳的使用性能。
4结语
通过原材料的试验表明,橡胶沥青与混合料有良好的粘附性,可以更好与集料粘结,提高混合料的水稳定性,减轻水损害、集料松散等病害。橡胶沥青OGFC既有良好的路用性能,而且不用添加纤维也能够较为有效地防止孔隙堵塞的问题,长期保持空隙的稳定和通畅,确保其排水、降噪和抗滑性能长久发挥作用,具有很好的实用价值和发展前景。由于我国还没有在规范中提出明确的橡胶沥青OGFC配合比设计指标,在实际使用时需要根据不同的地材情况、施工工艺、施工设备等,进行试拌、试铺来加以验证。对橡胶沥青OGFC的低温稳定性和施工工艺的研究还有待进一步地深入。参考文献:
[1]伍石生1低噪声沥青路面设计与施工养护[M].北京:人民交通出版社,2005.
[2]姜鹏,张锋,谢洪斌,等.橡胶沥青开级配排水沥青混凝土(RA-OGFC)的试验研究[J].公路交通技术,2008(4):22-25.[3]林云腾1浅谈OGFC混合料配合比设计[J].福建建设科技,2008(2):39-40.
[4]胡曙光,黄绍龙,张厚记,等.开级配沥青磨耗层(OGFC)的研究[J].武汉理工大学学报,2004(8):23-25.
[责任编辑:潘 萍]