沥青混合料传统压实方法与新方法的比较评价.pdf

工程材料与设备
Engineering Material& Equipment
沥青混合料传统压实方法与新方法的比较评价
师航褀,许鹰2,柴林林2,段文志3
(1.北京建筑大学土木与交通工程学院北京市城市交通基础设施建设工程技术中心,北京10004
2.北京建筑大学土木与交通工程学院首都世界城市顺畅交通协同创新中心,北京10004;
3.北京市城市道路养护管理中心,北京10000
摘要:介绍了几种传统的沥青混合料压实方法,包括马歌尔击实法、轮碾压实法、旋转压实法,评价了它们的优点与
不足。同时提出一种沥青混合料压实新方法一一剪切压实法,并简述了它的成型原理,分析了它的先进性和潜在开发
价值。
关键词:道路;沥青混合料;压实方法;对比评价
中图分类号:TU661
文献标志码:B文章编号:1009-7767(2017)01-0184-05
Comparative Evaluation of a New Compaction Method of
Asphalt Mixture with Traditional Method
Shi Hangqi, Xu Ying, Chai Einlin, Duan Wenzhi
随着我国道路压实机具的发展以及越来越多新不可分。
型路面材料与结构的涌现,传统沥青混合料压实方法1.1.2轮碾压实法
显露出诸多弊端与不足,亟待开发更为合理的路面材
轮碾压实法是一种常见的沥青混合料试件试验
料压实方法,以便很好地适应各类型道路工程的设计室成型方法,最早在欧美以及澳大利亚等国家被广泛
需求。研究发现,使用不同的沥青混合料压实方法进行使用。碾轮分为刚性轮和充气轮,我国规范中轮碾法参
试验,可能会得到不同的性能评价结果,而不同的性照日本标准规定,即通过刚性轮来压实试件。试件为
能评价结果又直接影响到沥青混合料级配、油石比等300mmx300mmx50mm或100m的方形板,采用规
关键指标的确定。因此,选择合理的压实方法对于路面定线荷载在横向与纵向分别对试件碾压一定次数来
材料的设计尤为重要。笔者在总结几种常见沥青混合模拟道路施工过程中沥青混合料的压实过程。沥青混
料压实方法的优点和不足之处的基础上,介绍了一种合料经过碾压成型,与实际施工过程较为接近。沥青混
新的沥青混合料压实方法一一剪切压实法,并评价了合料在压实过程中受到了碾轮的竖向压力和揉搓剪
该方法的优越性以及潜在开发价值。
力,试件除了少量的表面破损外,整体状态较好。在路
1传统沥青混合料压实方法
面材料试验中通常制备轮碾试件来进行车辙试验和
1.1传统方法介绍
切割小梁试验,以此检验沥青混合料的高、低温性能
1.1.1马歇尔击实法
指标。
马歇尔击实法是目前世界上应用较为广泛的试1.1.3旋转压实法
验室路面材料压实方法。它是将拌制好的沥青混合料
随着高等级道路和重载交通对沥青混合料的设
放人圆柱形容器中,通过标准高度下的重锤对其击实计要求越来越高,原有的沥青混合料压实方法暴露出
定次数,试件在击实功作用下被压实,部分沥青混诸多弊病,受到了越来越多的质疑。因此人们研究出了
合料错位移动重新排列,最终成为压实试件;待试件冷更先进的沥青混合料压实方法旋转压实法。从压
却至室温或养生后脱模,以便进行后续的压实试件的实设备种类来分,比较有代表性的包括CTM和SC
性能检测。该方法之所以在全世界范围内被广泛应用,2种。
与其简单方便的操作过程和直观的性能检测方法密
1)20世纪中叶,美国工程师兵团研制了CTM压实
184故水2017No1(Jan)Vol35
万方数据
工程材料与设备日
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设备。它成型的试件为圆柱状,通过上下水平压板施加压实法试件的性能。其研究表明,马歇尔击实试件的
1个恒定竖向应力,侧壁的钢模进行可变角度的旋转,空隙率波动较大,旋转压实试件的轴向空隙分布均匀
使试件在揉搓作用下产生剪切应力。沥青混合料同时性优于马歇尔击实试件,更接近于路面芯样状态?。
受到竖向压力和水平剪切力的作用,重新排列逐步形
旋转压实试件虽然在轴向空隙率的分布方面比
成骨架并最终压实。GTM的设计不同于以往的设计马歇尔击实试件有所提高,但其揉搓压实的方法同样
方法,它主要是通过评价应变、抗剪性能来指导沥青混与实际不符。旋转压实设备种类较多,但均是给试模施
合料的设计。具体如下:①提出稳定指数GS(压实成型加1个稳定的竖向压力,试模以上压板中心为顶点作
时的应变与稳定状态的应变比值,一般规定要求≤圆锥状旋转运动,然而实际道路施工一般为单一方向
1.05,其中以每100转下试件密度变化≤0.016gcm3为碾压。经研究可知,压路机碾压沥青混合料的受力应
稳定状态);②提出抗剪因子S(平衡状态下抗剪强该类似于“左右摇摆揉接”而非“圆锥形揉接”。
度与设计最大剪应力的比值,比值越大说明抗剪性能
在轮碾压实过程中,沥青混合料受到轮碾作用产
越强);③其旋转角也是不固定的,经研究发现,沥青混生的竖向压密和侧向剪切移动,但出于车辙板四周被
合料压实过程中的旋转角度变化与路面抗永久变形钢板刚性固定,导致沥青混合料的侧向剪切位移受到
能力有关;④GTM压实设备具有一体化的特点,在压影响,这也明显与实际路面的车撤情况不符。
实的同时也测得了相关力学数据。不同于以往的方法,
2)试件密度不易控制。
该方法通过应力应变关系指导沥青混合料的设计2。
马歇尔击实试件的体积参数受击实功影响,而实际
2)SGC压实设备是 Superpave混合料设计方法中的击实功往往难以确定。标准马歇尔击实试验一般规定
的一种压实工具。它的压实过程与CTM基本相同,是试件双面各击75次或50次,但随着近些年 Superpave
通过对圆柱体试模施加(60018)kPa的竖向压强,(1.16t等新级配沥青混合料的出现以及改性沥青等新材料
0.02)°的固定旋转剪切角,(30:0.5) r/min的转速来成的变化,若仍按一般规定的击实次数进行试验,则不
型试件。SCC与GTM的区別在于混合料设计思路,符合实际的路面设计要求门。因此,部分学者提出压
superpave设计方法主要通过胶结料的高低温性能选实能量E=mgh的概念来表征每次的击实功,通过控制
择沥青混合料类型,采用控制点和禁区的理念来对级空隙率来调整击实次数,进而指导试验。该方法对于
配进行优化选择。不同于GTM对于应力应变关系的不同的施工情况是一种较好的探索。但由于压实设备
分析,SC压实设备只记录试件高度与压实次数,进而受限于锤重和击实速率的影响,可能会因击实作用力
评价沥青混合料的体积特性。
不足而使得某些沥青混合料无法达到设计的压实度。
旋转压实法克服了马歇尔击实法中集料易破碎、通过对比现场芯样与室内击实试样发现,在同样的配合
压实功不足等问题,试件尺寸有所增大,揉搓压实后比设计方案下,现场压实试件的沥青混合料密度比室
的沥青混合料均匀性提高,试件与路面取芯的相关性内击实试件高,采用马歇尔击实法指导实际施工将出
增强;同时,压实设备能够精确地控制高度,与轮碾压现试件压实度不足的现象。
实法相比,提高了试件压实体积的精确性。
轮碾压实试件的沥青混合料密度受2个方面影响
1.2传统方法的不足
方面沥青混合料填料质量不确定。我国规范规定采用
1)压实方式与实际不符。