了解成都瀝青混合料的基本情況。
瀝青混合料是有有機材料屬性的瀝青與無機材料屬性的礦料按照一定的比例,混合、壓實形成的,通常無機礦料占總質(zhì)量的95%以上。從宏觀上看,瀝青混合料是由集料、瀝青和空隙組成的典型三相體系,當中的集料堅固、耐久,對溫度、光照等環(huán)節(jié)因素不敏感,作為剛性固體組成混合料的基本骨架。通常認為,瀝青混合料70%~80%的中長期性能是由礦料及其構(gòu)成的骨架所提供。
“骨架”一詞指的是用作支持某物(如文學(xué)作品或有機體的一部分)的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)或輪廓的支架。骨架英語單詞為“skeleton”,意為高大建筑用以支撐外部墻壁并把負荷和應(yīng)力分散到基礎(chǔ)之上的鋼架或混凝土支架,動植物(或動植物某部位的)支撐性、保護性架子或結(jié)構(gòu)。也就是說,骨架是反映物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的主要載體。對于瀝青混合料來說,骨架承擔著抵抗和傳遞外部荷載應(yīng)力的作用,由占混合料質(zhì)量超過95 %的集料所構(gòu)成,可以認為,骨架的特點是瀝青混合料 的“骨氣”。
道路工程師將不同粒徑的礦料按照一定的比例進行組合、搭配,形成礦質(zhì)混合料的結(jié)構(gòu),這便是礦料級配的基本概念。不同級配瀝青混合料的“骨氣”各有特點,有的善于在炎熱的夏天抵御變形,有的能夠在嚴寒的冬天下保持路面完整不開裂,有的則具有海綿一般的透水能力,還有的可以承受荷載的多次作用而不疲勞破壞。在使用過程中,工程師依據(jù)工程的需要選用不同“骨氣”的混合料,通過設(shè)計使其滿足特定的需求,這一過程稱為礦料的級配設(shè)計。作為瀝青路面設(shè)計的核心之一,礦料的級配設(shè)計已經(jīng)有一個多世紀的發(fā)展歷史,目前主要有2種級配設(shè)計理論:最大密實曲線級配計法和體積填充法。
Fuller在1901年提出“拋物線最大密度理想曲線”,認為混合料的級配曲線越接近拋物線密度越大,性能越好。采用該理論設(shè)計的級配具有細集料含量多,粗集料含量少的特點,屬于典型的懸浮密實結(jié)構(gòu)。這類材料的抗車轍性能(高溫穩(wěn)定性能)較差,同時由于細集料多,當作為路面抗滑層設(shè)計時表面構(gòu)造深度較小。鑒于Fuller設(shè)計理論存在的不足,道路工程師結(jié)合實際工程經(jīng)驗對其進行了改進,主要有Talbot提出的n法、伊萬諾夫提出的k法、同濟大學(xué)林繡賢教授提出的I法等,從而使該方法也能用于設(shè)計半開級配或開級配的瀝青混合料。
基于體積填充的設(shè)計方法主要有Weymouth在1938年提出的粒子干涉理論、沙慶林院士提出的SAC設(shè)計方法、張肖寧教授在1995年提出的主骨料空隙填充法(CAVF)和本世紀初的貝雷法,這類方法均有一個共同的特點,即考慮了不同粒徑集料相互間的空間關(guān)系,通過確定顆粒在體積上的臨界干涉條件進而設(shè)計出骨架密實型混合料。工程使用經(jīng)驗表明采用體積填充設(shè)計方法得到的混合料具有良好的使用性能,能夠滿足不同條件下的使用需求。
從級配設(shè)計方法的發(fā)展歷程可以看出,級配的設(shè)計經(jīng)歷了從經(jīng)驗設(shè)計方法向理論設(shè)計方法的轉(zhuǎn)變過程。由最大密實度理論向強調(diào)粗集料嵌擠的骨架密實混合料設(shè)計理論的轉(zhuǎn)變,使道路工程師對瀝青混合料的“骨氣”的掌控度也越來越高。
需要指出的是,雖然骨架嵌擠型結(jié)構(gòu)一直是粗集料間斷級配混合料追求的目標,但何為骨架結(jié)構(gòu)、何為嵌擠能力、骨架結(jié)構(gòu)是否等同于嵌擠能力等一系列問題一直是業(yè)內(nèi)所關(guān)注的技術(shù)問題。傳統(tǒng)上是采用搗實法、振動成型法、旋轉(zhuǎn)壓實發(fā)和馬歇爾擊實法等方法得到混合料的礦料間隙率(VCA),用以評價礦料的結(jié)構(gòu)特性。同時也有采用錐入度試驗,以錐入力評價礦料間的嵌擠能力。目前,采用數(shù)字圖像技術(shù)獲取混合料骨架信息已被證明為一種直接有效的方法,可實現(xiàn)礦料幾何特征的量化描述,以粗集料“接觸點”、“傾角”等參數(shù)描述混合料的骨架特征,從微觀—細觀—宏觀跨角度研究瀝青混合料的力學(xué)行為。
工程師要摸清材料的“骨氣”,仍需要大量的研究工作以及工程實際數(shù)據(jù)支撐,進而建立混合料骨架特征與路用性能之間的相關(guān)關(guān)系。這不僅是一個工程應(yīng)用問題,同時也是一個跨學(xué)科的應(yīng)用基礎(chǔ)問題,仍值得研究人員繼續(xù)努力探索。
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