高模量沥青混合料EME(EnrobésàModuleElevvé),是由法国研究提出,并在法国得到大量成功应用。其混合料采用较硬的沥青,如10/20、15/25低标号道路石油沥青,或20/30、30/45低标号道路石油沥青掺加添加剂(聚烯烃高模量剂或天然沥青),混合料级配为悬浮型密级配,同时沥青用量高,一般为5.2%~6.2%。该混合料具有空隙率低、动态模量高的特点,同时兼具良好的抗疲劳性能、抗高温性能。高模量沥青混合料EME在英国、比利时、瑞士、波兰、澳大利亚等国家(地区)得到应用,并制定了相关标准。
法国进行高模量沥青混合料EME设计时,首先根据经验确定一个级配和油石比,也可按照表1确定一个级配,根据级配和丰度系数K按式(1)计算zui小油石比。然后按照表2进行空隙率、水敏感性、车辙性能、动态模量及疲劳性能检验。法国高模量沥青混合料根据不同交通荷载等级对性能的要求分为EME1和EME2。其中用于轻交通的EME1由于油石比低、疲劳性能不佳,已经取消,因此表2中仅列出EME2混合料。
式中:TLexT为zui小油石比,%;K为丰度系数,对于EME要求K≥3.4;G为大于6.3mm以上颗粒的含量,%;S为0.315mm~6.3mm之间颗粒的含量,%;s为0.08mm~0.315mm之间颗粒的含量,%;f为0.08mm以下颗粒的含量,%;Gs为矿料合成有效相对密度。
自2000年以来,我国开始关注高模量沥青混合料EME技术。但由表2可以看出,法标设计体系与我国设计体系存在较大差异,其高模量沥青混合料EME技术无法在我国直接应用。为此,我国开展了大量应用研究工作,并铺筑了实体工程,其中一些单位还购置了全套法标试验装置进行深入研究。这些研究主要解决两个问题:一个是如何将法标体系转化为我国现行设计体系;另一个是如何结合我国国情进行EME技术性能验证和混合料优化。近几年我国还在法标规范基础上,编写了《公路高模量沥青路面施工技术指南》(T/CHTS10004-2018)[2]与《道路用高模量抗疲劳沥青混合料》(GB/T36143-2018)[3]。此两项标准为我国应用高模量沥青混合料EME技术提供了很好的借鉴作用。但是,该两项标准中采用了0.82°内旋转角的旋转压实法设计,同时仅要求空隙率不大于4%,其EME混合料配合比设计指标单一,且与目前我国马歇尔法体系不一致,不便于推广应用。
目前,EME沥青混合料配合比设计方法有旋转压实法,如法国、英国等国家(地区);也有马歇尔法,如瑞士与波兰。为了便于指导EME技术在我国的应用,适应我国现行沥青混合料配合比设计体系,进行EME沥青混合料的马歇尔配合比设计指标研究意义重大。
试验研究方法
沥青混合料类型
选择北京市、河南省和山西省的典型中面层沥青混合料,用3种集料,采用4种沥青结合料,共设计9种沥青混合料,见表3。其中EME-20共7种,EME-14共2种。
对于沥青混合料级配,采用法标筛孔,其9种级配见表4。
沥青结合料
20号和35号低标号道路石油沥青检测结果见表5。可见,20号和35号低标号道路石油沥青满足法国标准NFEN13924-1-2016[4]与NFEN12591-2009[5]的技术要求,同时也满足我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的技术要求。
聚烯烃类高模量剂采用法国PRModule高模量剂。其检测结果见表6,满足《沥青混合料改性添加剂第8部分:高模量剂》(JT/T860.8报批稿)中的技术要求。高模量剂采用干法添加,其掺量为沥青混合料总质量的0.6%。
天然沥青采用微粒化成品天然沥青改性沥青,型号为HWB-W。其先将天然岩沥青材料经物理研磨等工艺加工,得到平均粒径小于5μm的粉状改性材料,然后与70号道路石油沥青混合、剪切得到均匀的成品改性沥青。其试验结果见表7,可见该材料满足《沥青混合料改性添加剂第8部分:高模量剂》(JT/T860.8报批稿)中的技术要求。
试验方法
对于混合料1号~6号,首先采用法标体系进行配合比设计。采用进口的全套法标设备进行试验,试验方法和试验条件见表2。然后在法标设计的级配和zui佳油石比条件下,采用我国马歇尔法进行试验,真空法实测25℃沥青混合料理论zui大相对密度;双面击实75次成型马歇尔试件,表干法实测25℃马歇尔试件毛体积相对密度;并测定马歇尔试件60℃稳定度和流值。对于20号低标号道路石油沥青,根据黏温曲线确定沥青混合料拌和温度为170~183℃,成型温度为167~173℃。35号沥青掺加高模量添加剂后,根据厂家建议沥青混合料拌和温度为163~171℃,成型温度为158~166℃;天然沥青改性沥青根据厂家建议,沥青混合料拌和温度为180~190℃,成型温度为175~185℃。
对于混合料7号~9号,首先按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)[6]附录B进行配合比设计,确定级配和zui佳油石比,试验方法和试验条件同前。然后在设计的级配和zui佳油石比条件下,采用进口的全套法标设备进行试验,试验方法和试验条件见表2。
高模量沥青混合料EME试验结果
高模量沥青混合料1号~6号试验结果
按表4中1号~6号混合料级配,按式(1)计算各沥青混合料的沥青用量,在此基础上进行EME混合料配合比设计和性能验证,试验结果见表8。
由表8可见,设计的6个EME沥青混合料zui佳油石比为5.2%~6.0%,其符合法国5.2%~6.2%经验油石比范围。同时空隙率、水敏感性、高温性能、动态模量和疲劳性能均满足法标技术要求。
在法标配合比设计验证合格基础上,采用其配合比设计的zui佳油石比,按照我国马歇尔法进行相关试验,试验结果见表9。
表9中6种EME沥青混合料表干法测定的马歇尔试件空隙率为1.3%~3.5%,表8中体积法测定的旋转压实试件空隙率为3.0%~5.6%,可见两种方法测定空隙率有差异。我国方法测定空隙率要低于法标体积法测定空隙率,两者之差平均值为2%。瑞士技术规范中EME沥青混合料的空隙率标准为1%~4%,以上6种EME沥青混合料空隙率均满足该要求。根据以上试验结果,借鉴瑞士技术规范,建议我国EME沥青混合料的马歇尔法空隙率指标为1.0%~4.0%。
关于EME沥青混合料矿料间隙率VMA,对于EME-14为12.7%~13.7%,对于EME-20为12.9%~14.3%,均满足我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中AC-16和AC-20相应的VMA标准。且与JTG F40-2004中AC类沥青混合料相应标准相比,EME混合料VMA指标大小增加值为0.7%~3.0%。这是由于EME沥青混合料油石比高于相应粒径下的AC类混合料油石比所致。根据以上数据,建议EME沥青混合料VMA指标在JTG F40-2004中AC类沥青混合料VMA标准基础上做出相应增加,增加值为0.5%。
EME沥青混合料沥青饱和度VFA在74.5%~89.9%之间,这明显高于我国JTG F40-2004中AC-16和AC-20相应的VFA标准(65%~75%)。这是由于EME沥青混合料油石比高于相应粒径下的AC类混合料油石比所致,说明EME沥青混合料具有更好的耐久性。根据以上数据,建议EME沥青混合料VFA指标取整为75%~90%。
EME沥青混合料马歇尔稳定度为15.9kN~23.2kN,流值为2.2mm~3.2mm。由于EME混合料采用的沥青结合料黏度较高,同时为连续密级配,马歇尔试件的稳定度较高,远大于我国JTG F40-2004中AC类沥青混合料稳定度8kN的要求;EME沥青混合料流值相对较大,但是符合我国SBS改性AC类沥青混合料流值技术要求。根据以上数据,建议EME沥青混合料取≥15kN作为60℃马歇尔稳定度控制标准,相应流值技术指标要求为1.5mm~4.5mm。
根据以上分析,提出EME沥青混合料马歇尔配合比设计技术要求,见表10和表11。
高模量沥青混合料7号~9号试验结果
为了验证表10、表11中技术标准的可靠性,按照马歇尔法设计了3种EME沥青混合料。马歇尔配合比设计结果见表12。
通过表12可见,设计的油石比为5.3%~6.0%,空隙率、VMA、VFA、稳定度和流值均满足相关指标要求。
根据马歇尔法设计的级配和zui佳油石比,按照法标体系进行性能试验,试验结果汇总如表13所示。
从表13试验结果可见,采用马歇尔法设计的EME沥青混合料经法标试验检验,各项性能均满足相应技术要求,且浸水无侧限抗压强度比、抗车辙性能、抗疲劳性能均具有一定的富裕,可见按照表10、表11中马歇尔法进行EME混合料配合比设计是可行的,技术指标具有较高的可靠性。
结语
本文通过3种来源集料、4种沥青结合料,设计了9种沥青混合料,同时进行法标综合性能和我国马歇尔法试验研究,主要结论如下:
(1)EME沥青混合料空隙率较低,表干法测定的马歇尔试件空隙率为1.3%~3.5%,建议我国EME沥青混合料的马歇尔法空隙率指标为1.0%~4.0%。
(2)关于EME沥青混合料矿料间隙率VMA,对于EME-14为12.7%~13.7%,对于EME-20为12.9%~14.3%,与我国JTG F40-2004中AC类沥青混合料相应标准相比,EME混合料的VMA指标大小增加值为0.7%~3.0%,建议EME沥青混合料VMA指标在JTG F40-2004中AC类沥青混合料VMA标准基础上做出相应增加,增加值为0.5%。
(3)EME沥青混合料沥青饱和度为74.5%~89.9%,明显高于我国JTG F40-2004中AC类沥青混合料VFA标准(65%~75%),因此,建议EME沥青混合料VFA指标为75%~90%。
(4)EME沥青混合料马歇尔稳定度为15.9kN~23.2kN,流值为1.8~4.5mm,建议EME沥青混合料取不小于15kN作为60℃马歇尔稳定度控制标准,相应流值技术要求为1.5mm~4.5mm。
(5)通过中、法标准相互比较和验证,表明采用马歇尔法进行EME沥青混合料配合比设计是可行的。
参考文献
[1]NF P98-140-1999 Enrobés hydrocarbonés Couchesd'assises : enrobés à module élevé(EME)[S]
[2] T/CHTS 10004-2018 公路高模量沥青路面施工技术指南[S].
[3 ]GB/T 36143-2018道路用高模量抗疲劳沥青混合料[S].
[4]NF EN 13924-1-2016 Bitumen and bituminous binders-Specification framework for special paving grade bitumen- Part 1: Hard paving grade bitumens[S].
[5]NF EN 12591-2009 Bitumes et liants bitumineuxSpécifications des bitumes routiers[S].
[6] JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].
全文完 发布于《公路》2021年7月 文章转载于“沥青路面”公众号
我司部分文章来源于网络,未能与原作者取得联系,如涉及版权问题请与我们联系,我们会及时处理
了解更多产品信息,获取产品资料,欢迎垂询TIPTOP卓致力天
服务热线 | 400-633-0508 邮箱:tiptop@tiptoptest.com