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国外关于路面开裂与道路灌缝胶性能的研究,有图有数据

信息来源:嘉格伟业 作者:REWAY时间:2020-3-13 8:00:00 浏览次数:-

国外关于路面开裂与道路灌缝胶性能的研究,有图有数据

自20世纪90年代末以来,路面耐久性和开裂已成为沥青路面的主要病害。在公路研究计划(SHRP)之前,车辙是主要的问题。在集料质量、配合比设计和聚合物道路灌缝胶方面的改进几乎消除了车辙问题。现在是调查裂缝的时候了,接下来分享:国外关于路面开裂与道路灌缝胶性能的研究,有图有数据。

在过去的几年里,关于路面裂缝的研究数量有了快速的增长。合作研究计划(NCHRP)执行了许多项目,研究道路灌缝胶和混合料,旨在评估开裂性能。路面开裂是一个比车辙更复杂的问题。

如前所述,较硬的道路灌缝胶和较好的骨料结构消除了大多数车辙问题。对于开裂,我们有多种类型的问题,是自上而下、自下而上、纵向、横向还是块状开裂?每种类型的开裂都有不同的原因,并且可以有几种修复方法。较硬的道路灌缝胶和较好的骨料结构随着时间的增长变得更加坚硬和易碎,这使得开裂更依赖于道路灌缝胶的老化条件。车辙是早期寿命的困扰,因为当沥青混合料第一次施工时,道路灌缝胶是更软的,并且随着时间的推移会变硬。在这种情况下,衰老有助于缓解问题。随着路面开裂,道路灌缝胶的性能因老化而改变,它们变得更容易开裂。路面开裂的另一个原因与混合物中道路灌缝胶的量有关,使用更多的道路灌缝胶通常会减少路面开裂,但这会增加成本,并可能导致车辙问题重现。

在过去的几年里,已经进行了大量的研究来确定道路灌缝胶的哪些性能与路面开裂更相关。我们一直都知道有些道路灌缝胶比其他道路灌缝胶更不容易开裂,但是如何测量呢?许多早期的测试,如针入度和延展性,只关注道路灌缝胶的柔软度。对于开裂,它被认为越软越好。不幸的是,这些试验不是在裂缝发生时老化的材料上进行的。此外,路面开裂与针入度和延展性之间也没有很好的相关性。

道路灌缝胶规范旨在解决开裂问题,弯曲梁流变仪(BBR)似乎在解决低温横向裂缝方面做得很好,但这并不能解决今天路面上出现的问题。DSR特性G*sinδ旨在解决耐久性问题,但尚未奏效。目前DSR要求与耐久性开裂的关系不大。这就是为什么正在进行一项广泛的研究,试图取代它。

多年来,已经提出了几个不同的参数来代替当前的DSR要求。所有这些参数都是利用我们现在拥有的相同测试设备从流变数据中开发出来的,但只是在不同的温度下进行测试,并对数据进行不同的分析。

2011年,美国沥青协会(AI)作为FAA机场路面耐久性和开裂研究的一部分,评估了温度变化ΔTc作为开裂的度量。这是由弯曲梁流变仪在两个温度下的S和m测量值确定的值。确定了刚度S满足300MPa,m值满足0.3的比温度,这些温度几乎不一样。这就是δ(Δ)的来源。从S的临界值中减去m的临界值,并确定ΔTc。Tc,S为-26.2,减去Tc,m为-25.9,得到-0.3ΔTc的值。现场研究表明,差异越大、越负,路面越容易开裂。

作为同一人工智能研究的一部分,还将DSR试验确定的延性估算值与ΔTc进行了比较。该延性估算由A&M公司的Charles Glover开发。该延性工作基于这样一种想法,即当沥青在15°C下的延性为5cm时,路面开始开裂。Geoff-Rowe后来在一个新的参数Glover-Rowe值G*x(cosδ)2/sinδ中提供了一个根据DSR数据估算延性的简化方程。为了计算Glover-Rowe参数,在15℃和0.005弧度/秒的频率下测量了复合剪切模量(G*)和相位角(delta)。一些研究人员还将Glover-Rowe参数作为开裂指标进行评估。一些研究人员喜欢Glover-Rowe参数,因为它很容易绘制。Glover-Rowe参数也可以根据不同的老化条件确定。每个道路灌缝胶右侧的较低值是从RTFOT老化开始的,然后是从左侧的20小时和40小时PAV值。

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另一个用来评估道路灌缝胶老化的特性是R值或流变指数。R值是道路灌缝胶的玻璃模数对数减去相角为45°的模数对数。玻璃模量是指在低温下,相角基本上为0°或几乎完全弹性的模量。R值越大,老化的道路灌缝胶就越脆,容易开裂。这种特性通常需要在多种温度和频率下对道路灌缝胶进行更多的测试。

交叉温度是与路面开裂有关的另一个性质。这是相位角为45°时的温度,在特定频率下进行测试时,称为TWC。欧洲的原始工作使用2.4 rad/s。美国NCHRP 9-58“再生剂对高RAS和RAP结合料比沥青混合料的影响”的工作使用10 rad/s,以符合Superpave规范中使用的当前试验程序。该值是沥青结合料从粘性材料转变为弹性材料时的温度指示器。当材料变得有弹性时,温度越低,道路灌缝胶就越不容易开裂。

其他项目有更多的标准和变化。

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NCHRP 9-59,“将沥青结合料疲劳性能与沥青混合料疲劳性能联系起来”,建议使用所列的几种开裂性能,对其进行修改,使其更易于确定和改变温度,以便更好地将其与气候联系起来。

项目建议对Glover-Rowe参数GR=G*(cosδ)2/sinδ保持相同的计算,只是温度和频率不同。试验频率为10rad/s,而不是0.005rad/s,温度不是标准的15°C,而是根据低温等级进行变化;在22°C下进行-28级试验,在25°C下进行-22级试验。 R仅用低温等级的BBR S和m估算,并计算为R=log(S/3000)/log(1-m)。不建议改变ΔTc计算。

项目还就标准的限制提出了一些建议。对于Glover-Rowe参数,他们建议更大值为5000kPa,对于R值,它应该在1.5到2.5之间,对于ΔTc,建议更小值为-5。所有这些值的问题是,它们对于纯道路灌缝胶都有很好的相关性,但是对于修改过的系统,事情开始变得模糊。对于改进后的系统,中间温度范围内的相角通常会有平坦点或温度变化不大的区域。这种行为会影响不同参数的响应。

为了探索NCHRP参数,对改性和未改性沥青结合料进行了一项独立研究。采用直接转矩控制良好和较差的基层结合料生产聚合物改性结合料。纯道路灌缝胶和改性道路灌缝胶的高温等级和低温等级尽可能接近。数据显示。其中一个道路灌缝胶,良好的PG 64S-22,看起来它有不同的低温等级,但实际上它只是错过了-28标准,是在2度范围内的其他道路灌缝胶。比较不同的标准是非常有趣的。好的和差的直接转矩控制之间的差别非常大,基本上好的道路灌缝胶为0,差的道路灌缝胶为-5或-6。看看R值,比较会变得有点模糊。R值显示的差别不大。虽然劣质道路灌缝胶达到或接近推荐的高值2.5,但良好的64E-28道路灌缝胶在2.2也接近极限。相对值是Glover Rowe参数。好的PG 64E-28具有良好的ΔTc值和合理的R值,几乎超过了5000 kPa的Glover-Rowe限值,而差的道路灌缝胶具有良好的Glover-Rowe值。这就说明了确定开裂标准和设置规范限制的复杂性。使用直接转矩控制将表明其中两种道路灌缝胶非常好,两种很差。R值使这一点复杂化,但显示出相同的趋势,而Glover-Rowe值实际上与建议相反。

Zui后一个复杂的因素是气候和PG分级,特别是当在温暖的气候中使用较软的道路灌缝胶时调整标准。在气候等级为-16或-10的南方,使用-22级道路灌缝胶是很常见的。与使用的道路灌缝胶等级接近气候温度的地方相比,标准是否应该保持不变?如果应该调整,如何更好地调整它们?

在过去几年中,裂缝已成为路面更主要的病害。我们知道道路灌缝胶的性能对路面开裂有影响,但如何更好地确定这种影响仍然需要工作。我们不要忘记影响路面开裂的许多其他因素,如配合比设计、结构设计和施工实践。路面开裂是一个非常复杂的机制,不太可能有一个简单的解决办法。

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