老化影响RAC的疲劳特征包含热沥青混合添加剂

文摘

老化是一个重要因素影响沥青路面长期性能的。疲劳寿命的一个典型的温拌沥青(WMA)通常是相关的各种因素的混合物的流变和力学性能。的疲劳行为的研究具体的橡胶WMA有助于回收废轮胎和节能的传统实验室老化过程。本研究探讨了利用传统疲劳分析方法在调查累积耗散,刚度,疲劳寿命的橡胶沥青混凝土混合物包含WMA添加剂后长期的老化过程。老梁是由一个橡胶类型(−40网格环境面包屑橡胶),两个总来源,两个的WMA添加剂(Asphamin和Sasobit),并在5和测试。总共55岁疲劳横梁进行了测试在这个研究。测试结果表明,添加面包屑橡胶沥青粘结剂的抗疲劳强度,延伸的WMA添加剂展品产生负面影响。研究表明,的WMA添加剂通常对疲劳寿命有重要影响。此外,测试温度和总源扮演重要的角色在决定累积耗散能量,刚度,疲劳寿命年龄的混合物。

1。介绍

的长期老化过程面包屑橡胶改性(CRM)粘结剂和温拌沥青(WMA)是一个复杂的混合过程的相互作用引起的面包屑橡胶、WMA添加剂和粘合剂。然而,曾庆红和黄(1)表示,实验室老化的方法模拟现场老化的沥青粘结剂和评价衰老的处女或改性沥青混合物的特点是有效的。此外,使用沥青粘结剂的流变特性可以用来描述asphalt-aggregate混合物(2]。的化学成分、有机分子的沥青粘结剂是一种复杂的混合物,主要由碳氢化合物和微量的官能团,如氧、氮、硫。

疲劳裂纹往往是与负载太重了路面结构或重复一个给定的交通荷载超过规定的设计。沥青路面的疲劳寿命与热拌沥青(协会)的各个方面。先前的研究已经进行了了解疲劳寿命可能发生和扩展重复交通载荷作用下3- - - - - -6]。沥青路面的疲劳寿命直接关系到各种工程性质的一个典型的协会。复杂的微观结构的沥青混凝土骨料的级配,有关aggregate-binder的属性界面,孔隙大小分布,孔隙的互连7,8]。因此,组件的混合物中扮演着重要角色在决定其疲劳特性。此外,性能温度严重影响沥青路面的抗疲劳强度9,10]。例如,肖[9)表明,在较低的测试温度,得到疲劳寿命下降。

废旧轮胎的回收一直感兴趣的国内外沥青工业40多年。利用面包屑橡胶(CR)沥青粘结剂从许多观点已被证明是有益的。CR的使用,扩大协会,继续发展CRM绑定以来提高沥青混合料的性能,增加路面的抗永久变形,热疲劳开裂和老化。许多研究人员发现,使用面包屑橡胶在路面施工既有效又经济11,12]。

沥青行业越来越意识到温暖的混合技术,越来越需要进行研究,以确定这些技术的可行性。WMA协会行业广泛使用的减少能源需求和降低排放。减少混合和摊铺温度降低生产协会所需要的能量,减少排放和气味的植物,使植物和更好的工作条件为网站,并减少了潜在的老化沥青粘结剂(10,13- - - - - -21]。虽然WMA技术发展很快在美国自2006年以来,面包屑橡胶的疲劳特性和WMA添加剂与原始混合物混合在一起后尚未明确长期老化。因为这两种材料的关系(面包屑橡胶和WMA添加剂)修改后的混合物是复杂和很少疲劳的研究这些改性沥青混合物近年来执行,详细信息将有利于帮助理解他们的抗疲劳强度后长期的老化过程。

本研究的目的是调查的疲劳特性的橡胶沥青混凝土混合物包含WMA添加剂,经过长期的老化过程。本研究的主题有关骨料来源,WMA添加剂,测试温度。实验进行了疲劳寿命评估,耗散能量,刚度值修改后的混合物以及他们的统计显著性分析在不同年龄混合类型。

2。实验计划和程序

2.1。材料

PG 64 - 22沥青粘结剂,面包屑橡胶改性粘结剂(PG 64 - (CRM)40网橡胶)、CRM与Asphamin粘合剂或Sasobit就业。一种橡胶,40网格环境的橡胶,用于这项研究。先前的研究和实地项目在南卡罗来纳表示,进行40网格环境是有效提高橡胶工程性质的橡胶混合物(12]。两个总来源(A和B)被用于准备样品(表1)。总,花岗岩的一种,主要是由石英和钾长石而聚合B(片岩)是一种变质岩。熟石灰,用作anti-strip添加剂,添加1%的速度干骨料的质量。总数55岁疲劳梁在本研究评估。本文混合骨料制成的A和B没有橡胶和WMA添加剂被称为ACO BCO;和橡胶的混合物,但没有WMA添加剂被称为ARO和兄弟。此外,橡胶的混合物和Asphamin划为ARA胸罩,和橡胶的混合物和Sasobit贴上ARS, br、分别。

Asphamin是水电Sodium-Aluminum-Silicate热结晶非常细粉。它包含大约21%的水重量的结晶。通过添加一个沥青混合,细水喷雾是创建所有水晶水释放,导致体积膨胀的粘合剂,因此增加和易性和压实性的混合在较低的温度。Sasobit的长链脂肪族碳氢化合物获得使用的费从煤气化过程。结晶后,它形成了一个晶格结构的粘结剂粘结剂的结构稳定性的基础是包含Sasobit [13,14]。典型的物理和化学性质的两个WMA添加剂如表所示2。

2.2。Superpave混合料配合比设计

合并后的总等级为12.5毫米混合物按照设定的规格选择南卡罗来纳州交通部(SCDOT)。每个聚合的层次源(A和B)如表所示3,这表明设计总等级为每个总来源是相同的在使用不同的WMA添加剂(Asphamin和Sasobit)在同一百分比的橡胶橡胶(0%或10%),而层次比较相似混合物两种骨料来源。

Superpave混合设计定义实验室混合和压实温度可以使用一块由粘度与温度。没有以前的规格提供关于混合和压实温度的橡胶混合物的WMA添加剂,一些研究人员已经开发出混合和压实温度在使用指南的WMA或橡胶(9,12- - - - - -14]。所示的温度,表4按照先前的研究,确定项目(22]。Superpave混合所有混合物都显示在表的设计5。

2.3。疲劳梁制造、调节和测试程序

在实验室进行了疲劳梁。的总总重量10800克是用来制造一个大的梁。混合是放置在烤箱里面两个小时,一个短期老化在指定温度下表所示4。振动压实机设备,如图1(一),被用来在这项研究中使用的弯曲梁弯曲疲劳。压实时间依赖于类型的混合物。压实梁后被锯成两个小测试疲劳光束散比重测试。压实梁和锯小波束图所示1 (b)。试样被锯到380毫米(15英寸)长63毫米(2.5英寸)的宽度和50毫米(2英寸)厚。

疲劳光束条件在强制通风烤箱五天8点C,然后在室温下冷却161 h (AASHTO R30)。三到四光束的混合物进行了测试研究。所有测试在两个房间控制体温在20.0进行0。C和5.00。c .为了维护测试温度,每个梁试样放置在环境室疲劳测试设备的测试开始前两个小时。在这项研究中,重复使用正弦加载10赫兹的频率;此外,采用应变控制模式。控制和数据采集软件测量梁试件的挠度,计算试样的应变和调整负载的加载装置(AASHTO T321)。

试验装置还记录加载周期,应用负载,和梁变位。失败是假定发生当刚度达到一半的初始值,这是决定从负载在大约50重复;测试时自动终止这个负载已经减少了50%。疲劳梁的抗弯刚度和耗散能量确定如下(AASHTO T321)。(1)最大拉应力(Pa): 在哪里是牛顿的负载,应用峰;平均波束宽度,米;梁的平均身高,米;和之间的空间内夹,在米(2)最大拉伸应变(m / m): 在哪里在中性轴光束偏转,在米;和是梁的长度之间夹外,在米(3)抗弯刚度(Pa): 在哪里是拉应力,在Pa;最大抗拉强度污点,m / m;是牛顿的负载,应用峰;之间的空间内夹,米;平均波束宽度,米;梁的平均身高,米;在中性轴光束偏转,在米;和是梁的长度之间夹外,在米。(4)耗散能量(J / m³每周期: 在哪里负载频率,赫兹;和之间的时间间隔是吗和,在第二(5)累积耗散能量(J / m³): 在哪里为负载周期。

3所示。分析测试结果

3.1。统计方面的考虑

结果刚度、累积耗散能量,疲劳寿命值的混合类型,骨料来源以及测试温度进行统计分析与5%显著性水准(0.05 I型错误的概率)的方差分析(方差分析)。对于这些比较,应该注意的是,所有标本在最佳粘结剂生产的内容。

3.2。粘结剂分析

图2(一个)显示的橡胶沥青粘结剂的粘度是相当(约3.9倍)比圣母粘合剂而这个粘度值略(约0.9倍)减少WMA添加剂被添加。如图2 (b)高温性能()整体绑定增加的WMA添加剂。未老化的粘结剂的测试结果表明,Asphamin Sasobit可以改善和易性(粘度)和发情的电阻()的混合物。而老年人的橡胶粘结剂显示值降低的橡胶,这些值略有增加(约1.2倍)的WMA添加剂被添加(图3(一个))。它还可以看出的刚度值绑定有相似的趋势值将增加这些材料(图3 (b))。一般,享年粘合剂特性表明,WMA添加剂产生轻微影响沥青粘结剂的长期性能。

3.3。疲劳试验结果的分析

在这项研究中,疲劳寿命定义为重复周期对应的数量减少50%的初始刚度,以50负载周期。几个疲劳梁标本进行了测试表征疲劳行为的混合物,以避免过多或过少在刚度损失。这个过程涉及到测试控制标本(ACO和BCO样本)在500年的一次微应变与加载的应变控制模式在10赫兹的频率。

沥青混合料的疲劳特征通常表示为初始应力或应变之间的关系和重复加载失败的数量取决于使用重复弯曲,直接张力,或直径的测试表现在几个应力或应变水平。特定的混合物的疲劳行为可以表现为斜率和相对水平的应力或应变与加载重复失败的数量,可以定义为如下形式的关系(23]: 在哪里是装载应用程序的数量或裂纹萌生;分别拉伸应变和压力;通过实验确定系数。

典型的应力或应变分析的载荷重复图所示4。它可以指出,压力值迅速降低负载重复所有混合物(图10000多个周期4(一))。一般来说,混合各种类型展览在疲劳测试期间不同的压力值。此外,图4 (b)表明,诱导应变值的混合物是相似的在一个控制应变试验(500微应变水平)。图4说明不同混合物的压力和紧张并不会出现一个明显的趋势。

先前的研究表明,在任意数量的负载刚度计算重复拉伸应力和应变的特定值(9,23- - - - - -27]。疲劳梁的刚度,由拉应力和应变,可以绘制使用刚度()对负载周期()和最佳拟合数据以指数函数的形式如下所示: 在哪里自然对数的基地吗,通过实验确定系数。

图5(一个)显示了一个典型的刚度比(定义为商的刚度th负载重复初始刚度)和负载的数量重复controlled-strain弯曲梁疲劳试验的加载模式。它可以指出,老年人混合物通常在重复加载显示更高的刚度值。

每周期耗散能量随越来越多的负载重复controlled-strain疲劳试验。的累积耗散能量衰竭弯曲梁疲劳试验是耗散能量之间曲线下的面积和数量的周期。在这项研究中,由于弯曲梁疲劳试验用controlled-strain测试周期有更大数量的增加比controlled-stress测试。研究表明,能量耗散的方法将有可能预测混合物在实验室的疲劳行为在一个广泛的条件从几个简单的疲劳测试的结果23,28- - - - - -30.]。这种关系可以表现为以下方程的形式: 在哪里疲劳寿命;是失败的累积耗散能量;和通过实验确定系数。

每周期耗散能量的变化与重复加载如图5 (b)。每周期耗散能量随着负载重复的数量的增加而减少controlled-strain疲劳试验。耗散能量后显著降低疲劳寿命达到10000次。然而,没有明显的趋势在耗散能量发现年龄和维珍混合物。

抗弯刚度(3)的沥青路面与协会的各个方面,如车辙、弹性模量和疲劳寿命。测试结果如图6说明老年人混合的初始刚度值明显高于测试温度C比2C不管总源和混合类型。此外,在C或2C,所有年龄的刚度值混合物通常是接近。然而,图6表明,老年人从聚合混合物B在两个测试温度下具有更大的刚度值。这个更大的刚度可能不同的骨料来源的结果产生不同的接口在粘结剂中,空洞,和聚合,因此,相应的路面疲劳行为的影响(9]。然而,的WMA添加剂的影响老年人的初始刚度值的橡胶混合物不是重要的在这个研究。此外,对聚合的影响来源,统计分析(AVOVA)表6表明聚合源没有重大影响的刚度值不同年龄通常混合类型C,而刚度值有显著差异在热骨料混合物(控制和橡胶)由两个2c .另一方面,如表所示7发现,在初始刚度值无显著差异之间的任何两个混合物C和2C。

耗散能量,计算(4)和(5),作为一个指示器的疲劳裂纹在沥青层(23,28- - - - - -31日]。如图7,典型的累积耗散的能量混合物在高C比2C从聚合混合物。然而,由于老化的影响,从聚合混合物B没有一个明显的趋势累积耗散能量。此外,在这些混合物岁WMA添加剂的影响的累积耗散能量不一致从两个聚合混合物。统计结果表6表明,除了Sasobit添加剂的混合物,其他混合物从两个总能源没有显示出明显不同的累积耗散值无论测试条件。对橡胶和WMA添加剂的影响,表7表明,WMA添加剂对累积耗散的能量并不重要对于任意两个橡胶混合物。

测试结果呈现在图8表明,疲劳梁的疲劳寿命明显高于2C比C为所有年龄混合物。此外,图8也说明混合物由总有一个更大的疲劳寿命比由总B,虽然总B拉低磨耗量和吸收值。此外,老年人的橡胶混合物和WMA添加剂显示了一个相对较低的疲劳寿命比没有WMA添加剂的混合物;从这个角度来看,似乎WMA添加剂对疲劳寿命有负面影响的长期老化过程。类似的属性(从粘结剂测试如图3(一个)。疲劳值如图8 (b)表明,老化过程中扮演着重要角色在沥青路面长期性能的影响。此外,疲劳试验结果的标准差为每个混合大自的可变性梁疲劳寿命通常是基于微观结构(如aggregate-binder接口、孔隙大小分布、孔隙的互连,骨料颗粒的分布、膜厚度,和粘合剂的年龄地位)。先前的研究发现,增加重复标本的数量降低了变异性(9]。此外,统计分析表6表明,对聚合的影响来源,有一个显著不同的疲劳寿命值之间的任何两个总来源不管年龄结构类型和测试条件。此外,如表所示7,年龄的橡胶混合物通常有明显不同的疲劳寿命值与其他混合物岁两个测试温度。岁之间没有显著差异与Asphamin和Sasobit添加剂混合物。

4所示。结论

以下结论确定基于有限的实验数据提出了关于修改后的疲劳寿命的粘合剂的混合物。(我)的WMA添加剂略有增加和刚度值的橡胶粘结剂。然而,在一个长期的老化性能,这些增加的疲劳因子(CR粘结剂)和刚度削弱它的抗疲劳强度。(2)年老的混合物的刚度值明显更大C比2c一般,从聚合混合物B(大约1.5倍)刚度值略高于总答:统计学意义,可以发现这些混合物从两岁总源在不同测试温度。此外,对混合的影响类型,统计分析结果表明没有显著差异的刚度值总体混合物(控制、的橡胶或WMA混合物)。(3)实验结果表明,该趋势累积耗散能量的年龄值混合并不明显无论聚合类型和测试温度。然而,统计分析表明,没有显著差异在累积耗散能量混合物制成各种WMA添加剂。(iv)疲劳寿命值从老年人的橡胶混合物通常大于其他混合物有或没有的WMA混合添加剂和老年人有一个更大的疲劳寿命在2C比c .此外,统计结果显示,疲劳寿命显著不同的混合各种骨料来源而(即混合类型。面包屑橡胶和WMA添加剂),在大多数情况下,并不扮演重要角色在决定其疲劳寿命。

确认

南卡罗莱纳金融支持的卫生和环境控制(SC DHEC)是极大的赞赏。然而,本文给出的结果和意见不一定反映SC DHEC的观点和政策。

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