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排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载和SMA皇冠集团app下载性能对比研究
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排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载和SMA皇冠集团app下载性能对比研究
2022年06月17日    阅读量:1344    新闻来源:《道路工程》2020年第6期  |  投稿

摘 要

为对排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载和SMA皇冠集团app下载进行长期性能分析,本文结合石家庄市市政道路中对这两种皇冠集团app下载的实际应用,阐述了两种皇冠集团app下载的结构,材料性能及其混合料配合比。通过埋设传感器,渗水试验,摆值试验及路表构造深度试验得到皇冠集团app下载的温度,渗水系数及抗滑性能相关数据。分析所得数据,发现两种皇冠集团app下载结构的温度变化规律相似皇冠集团app下载网tashengreen.com。温度越高,排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载相对于SMA皇冠集团app下载的降温效果越好,最大时可降低6~8℃;排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载的渗水性能经过三年的时间略有下降,但其整体性能仍满足技术要求;排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载的摆值和构造深度均优于SMA皇冠集团app下载,说明其拥有更好的抗滑性能。


关键词 排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载 | SMA皇冠集团app下载 | 温度 | 渗水性能 | 抗滑性能


研究现状


上世纪60年代中期,为减少日益严重的皇冠集团app下载磨损现象,联邦德国铺筑了第一条SMA(StoneMasticAsphalt,皇冠集团app下载玛蹄脂碎石混合料)皇冠集团app下载,随后的70年代,SMA皇冠集团app下载在欧洲得到快速发展。1990年,美国一些道路研究机构联合派出代表团赴欧洲考察皇冠集团app下载皇冠集团app下载,并于次年开始铺筑SMA试验路以推广这项技术,随后公布了本国的SMA混合料设计方法与施工方案,相较于欧洲,美国设计方法中增大了粗集料的含量及最大粒径。


1993年,交通部公路科学研究所参考欧洲和美国的工程实例后,初步制定了我国的SMA设计方法。同年,修建首都机场高速公路时,首次成功地铺筑了SMA皇冠集团app下载。2004年,我国进一步完善了《公路皇冠集团app下载皇冠集团app下载施工技术规范》,补充了《公路皇冠集团app下载玛蹄脂碎石皇冠集团app下载技术指南》的相关内容。


德国于20世纪50年代首次铺筑透水皇冠集团app下载皇冠集团app下载,随后对其实用性进行观测,最终在60年代形成“透水性皇冠集团app下载混合料施工技术指南”,并于70年代后期开始大范围推广透水皇冠集团app下载。20世纪60年代,美国开始研究透水性皇冠集团app下载,并将其应用于停车场。从20世纪70年代起,美国在各大城市陆续开始修筑透水性皇冠集团app下载。2000年,美国国家皇冠集团app下载皇冠集团app下载技术中心(NCAT)提出了一套透水皇冠集团app下载配合比设计方法。在亚洲,日本在20世纪80年代初期开始推行“雨水渗透计划”。日本透水性铺装主要应用于公园,广场,停车场,运动场及城市道路。


20世纪80年代,我国开始在上海,河北等地修建透水皇冠集团app下载试验路,但由于当时我国直接采用了欧美各国的技术,其材料技术性能不能完全满足我国环境条件的需求,导致试验路段的应用均未能取得成功。2005年,我国交通运输部公路科学研究院研发出了透水皇冠集团app下载皇冠集团app下载专用高粘高弹改性剂HVA,同时研发出了生产高粘高弹改性皇冠集团app下载的“干拌工艺”,达到了同类产品的世界先进水平。近20年来,我国一些大中城市开始将透水性铺装应用于城市广场,停车场,人行道等工程中。如2006年,广州修建了透水皇冠集团app下载试验路;2008年,我国在宁杭高速公路二期工程中修筑了全长约20.7km的透水皇冠集团app下载皇冠集团app下载试验段;以及之后的江西永武旅游高速科技示范路,安徽宣宁高速,四川遂资高速,石家庄东三环以及石家庄和平西路等,经后续观察,这些道路均能保持较好的透水性能,具有显著的雨天抗滑和减小行车水雾的效果。


本文以工程的实际应用情况为基础,对SMA皇冠集团app下载及排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载进行了长期性能观测,以判断其在实际应用中的性能表现,并对比研究了二者的温度性能及抗滑性能。


皇冠集团app下载结构与材料


皇冠集团app下载结构


本文所述的皇冠集团app下载皇冠集团app下载采用了两种结构形式,其中第一种结构为排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载,上面层为4cm的PAC-13排水皇冠集团app下载混合料,下面层为6cm的GAC-20皇冠集团app下载混合料,其下为桥面;第二种结构为SMA皇冠集团app下载,上面层为4cm的SMA-13皇冠集团app下载混合料,下面层为6cm的GAC-20皇冠集团app下载混合料,其下为桥面。具体如图1所示。


材料


(1)原材料

1)皇冠集团app下载

PAC-13采用排水皇冠集团app下载专用高粘度改性皇冠集团app下载,其性能指标检测结果见表1。

SMA-13混合料采用橡胶改性皇冠集团app下载,其性能指标检测结果见表2。

GAC-20混合料采用TPE改性皇冠集团app下载,其性能指标检测结果见表3。

由表3可以看出,各检测值均符合技术要求。60℃动力粘度这一指标可以反应皇冠集团app下载的高温稳定性及与集料的粘附性,排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载专用高粘度改性皇冠集团app下载的60℃动力粘度达到了335537Pa·s,说明其具有非常好的粘附能力。



2)粗集料


采用山东邹平生产的玄武岩粗集料5~10mm,10~15mm,其各项检测结果见表4。

采用井径石料厂生产的辉绿岩粗集料5~10mm,10~15mm,其各项检测结果见表5。


延度(5cm/min,5℃),不小于cm 弹性恢复25℃,不小于%7260闪点(COC法),不小于℃293230采用井径石料厂生产的石灰岩粗集料3~5mm,5~10mm,10~15mm,15~20mm,20~25mm,其各项检测结果见表6。

3)细集料


采用井径石料厂生产的石灰岩细集料0~3mm机制砂,其各项检测结果见表7。


4)矿粉


采用井径石料厂生产的矿粉,其各项指标检测结果见表8。

在该工程中,PAC-13混合料采用玄武岩作为粗集料,SMA-13采用辉绿岩作为粗集料,GAC-13采用石灰岩作为粗集料,三者的细集料均采用石灰岩。由表4~表8中数据可知,混合料中采用的各集料均符合技术要求。

(2)皇冠集团app下载混合料


PAC-13,SMA-13和GAC-20的合成级配如表9所示,性能检验结果如表10所示。其油石比分别为4.6%,5.84%和4.0%。

由表中数据可知,这三种混合料的高温稳定性,低温性能以及水稳定性均符合技术要求。作为排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载上面层的PAC-13混合料,其渗水系数达到5742mL/min,远大于其性能指标,说明这种混合料具有良好的渗水性能。


长期性能监测方案


本文针对实际工程应用进行了长达两年多的性能观测,观测内容包括温度,渗水性能及抗滑性能。温度数据通过埋设的传感器采集获得;渗水性能通过对两种皇冠集团app下载在2017年至2019年相同位置处的渗水系数进行监测获得;抗滑性能通过摩擦系数和路表构造深度来反映。


通过在排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载和SMA皇冠集团app下载的相同位置埋设温度传感器分别研究两种皇冠集团app下载的降温性能。传感器埋设位置分别为内侧轮迹带位置,即监测轮胎碾压位置处的温度;和该车道中线位置,即监测轮胎未碾压位置处的温度。且每个点位埋设两支温度传感器,取平均值作为该点位的温度数据。具体埋设方案见图2。

数据采集系统设置在道路中线位置,且各结构传感器位于同一垂线上,每种结构埋设温度传感器4个。检测系统配置两台主机,一套太阳能供电系统,共计埋设8个温度传感器。温度传感器埋设采用挖槽法,开槽后将传感器埋入并人工压实,传感器的信号线用大小相当的橡胶管套住,以放止车辆荷载作用下碎石将信号线切断。


由于传感器监测数据过多,将同类的所有数据放入一张图中,会产生曲线重合或难以分辨不同层位曲线等问题,难以进行准确分析,故截取各时间段的代表性数据进行相应的长期性能分析。


长期性能分析


温度分析


通过研究2018年3月20日至4月20日一个月的温度数据发现,各结构层的温度变化情况基本相同,故截取3月25日至27日数据进行分析,并以此代表春秋季节两种皇冠集团app下载的温度变化规律,如图3和图4所示。

PAC-13上面层内侧轮迹带和该车道中线位置处的温度数据有一定的差距,在正午时分,内侧温度比中线温度高1.3℃;SMA-13上面层内侧轮迹带和该车道中线位置处的温度数据基本保持一致,从图中表现为两温度曲线基本重合。这是由于排水皇冠集团app下载混合料为大孔隙连通结构,车轮作用在内侧轮迹带位置时,通过泵吸效应产生一定的热能,部分热能通过连通孔隙消散,未消散的热能传递至混合料中,从而导致排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载轮迹带位置的温度较高;而SMA皇冠集团app下载虽然有较深的构造深度,但其没有连通孔隙,泵吸效应所产生的热能无法向内传递,因此SMA皇冠集团app下载内侧轮迹带位置和该道路中线的温度无明显差异。


AC-20下面层的温度数据基本一致,并且在白天上面层温度高于下面层温度,且高出3~8℃;夜间上下面层温度基本一致,且面层温度始终高于外部温度,最多高出7℃。


SMA皇冠集团app下载各结构层温度规律与排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载相似。以3月27日12点15分的数据为例,同一时间的两种皇冠集团app下载,排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载的平均温度为23℃,而同一时间的SMA皇冠集团app下载的平均温度为26.4℃,两者相差2.4℃,而此时两种皇冠集团app下载下面层的温度差不到0.5℃;夜间时两种皇冠集团app下载的温度相差较小,但此时下面层的温度高于上面层的温度。


为研究冬季的温度数据,截取2018年12月14日至27日数据进行分析,并以此代表冬季两种皇冠集团app下载的温度变化规律,如图5和图6所示。

从图5和图6中可以看出两种皇冠集团app下载的温度变化趋势基本相同,即白天上面层温度高于小面层温度高于外部环境的温度,夜间三者温度基本相同。这是由于皇冠集团app下载皇冠集团app下载可以在白天通过吸收太阳光照来增加表层温度,并通过固体间传递给下面层,变现为白天上面层温度最高其次为下面层;而夜间没有光照使得皇冠集团app下载皇冠集团app下载迅速降温,变现为与外部环境温度一致。而排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载和SMA皇冠集团app下载的温度差异很小,最大不超过1℃,因此可以认为冬季两种皇冠集团app下载的温度大致相同。


为研究夏季的温度数据,截取2019年5月17日至7月4日的温度数据进行分析,并以此代表夏季两种皇冠集团app下载的温度变化规律,如图7和图8所示。

对比分析排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载和SMA皇冠集团app下载的数据图(图7和图8),可以看出在温度较高时,两种皇冠集团app下载的温差较大。以7月4日12点30分的数据为例,此时排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载的温度为39.6℃,而SMA皇冠集团app下载的温度降低了4.8℃;以7月28日0点30分的数据为例,排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载与SMA皇冠集团app下载的温度均为19℃。


通过对比说明温度越高,排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载相对于SMA皇冠集团app下载的降温效果越好,最大时可降低6~8℃。


渗水性能分析


对排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载2017年至2019年相同位置处的渗水系数进行了监测,监测数据见表11。

通过表11与图9中的监测数据可以看出,排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载的渗水性能经过三年的时间虽然略有下降,但其整体性能仍能够满足技术要求(≥3600mL/min)。其中,轮迹带位置处的渗水系数较小,这是由于长期车轮碾压作用导致轮迹带处的混合料较为密实,且经过三年的皇冠集团app下载使用,也会产生孔隙堵塞等问题。


抗滑性能分析


将排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载和SMA皇冠集团app下载的摆值进行对比,试验结果如表12。

摆值可以反映皇冠集团app下载皇冠集团app下载在湿润状态下的抗滑性能,PAC皇冠集团app下载实测摆值远大于规范中的技术要求(≥54),说明PAC皇冠集团app下载具有较好的抗滑性能。


路表构造深度是评价皇冠集团app下载粗糙程度的重要指标,也是评价皇冠集团app下载抗滑性能的又一指标。本文采用人工铺砂法进行路表构造深度试验,实验数据见表13。

可以看出PAC皇冠集团app下载的构造深度明显大于SMA皇冠集团app下载皇冠集团app下载,新建PAC皇冠集团app下载平均值为2.261mm,使用一年后仍有2.012mm,满足设计不小于1.5mm的技术要求,说明PAC皇冠集团app下载的抗滑性能较好。


结论


(1)本文所观察的两种皇冠集团app下载皇冠集团app下载结构,在道路通车两年后均未观察到有皇冠集团app下载损坏,结合原材料及混合料的性能检验结果,可以说明这两种结构都具有良好的路用性能,满足使用要求。


(2)两种皇冠集团app下载结构的温度变化规律相似。在春秋两季,两种皇冠集团app下载白天上面层温度均高于下面层温度,且高出3℃~8℃;夜间上下面层温度基本一致,且面层温度始终高于外部温度;冬季两种皇冠集团app下载的温度相近,且均为白天上面层温度高于小面层温度高于外部环境的温度,夜间三者温度基本相同;夏季温度较高时,两种皇冠集团app下载的温差较大,且温度越高,排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载相对于SMA皇冠集团app下载的降温效果越好,最大时可降低6℃~8℃。


(4)排水皇冠集团app下载皇冠集团app下载的渗水性能经过三年的时间略有下降,但其整体性能仍满足技术要求(≥3600mL/min)。其中,轮迹带位置处的渗水系数最小,这是由于长期车轮碾压作用导致轮迹带处的混合料较为密实,且经过三年的皇冠集团app下载使用,也会产生孔隙堵塞等问题。


(5)通过对两种皇冠集团app下载的摆值和构造深度进行检测,发现PAC皇冠集团app下载实测摆值可达70,新建PAC皇冠集团app下载构造深度为2.261mm,使用一年后仍有2.012mm,均远大于规范中的技术要求,且明显优于SMA皇冠集团app下载,说明PAC皇冠集团app下载具有较好的抗滑性能。


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