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      抗剝落劑對酸性礫石瀝青混合料性能研究

      2020-07-27 09:48:44陳紅奎李文凱
      河南科學(xué) 2020年6期
      關(guān)鍵詞:消石灰礦料馬歇爾

      陳紅奎, 李文凱

      (河南交院工程技術(shù)有限公司,鄭州 450000)

      瀝青路面選用的集料從酸堿性角度考慮包括酸性與堿性. 常用的瀝青屬于酸性材料,能夠與堿性礦料有較強的相容性,可以改善瀝青路面的抗水損害能力,減少松散、露骨、坑槽等路面病害的出現(xiàn);酸性礦料與瀝青的相容性較差,瀝青路面抗水損害能力一般,容易出現(xiàn)水損害病害[1-6]. 近年來隨著交通行業(yè)的快速發(fā)展,我國大量礦山被開采,優(yōu)質(zhì)堿性礦山開采量更為顯著,造成礦料的儲備量逐年降低,新建公路基礎(chǔ)設(shè)施由于缺少原材料導(dǎo)致工期延長的現(xiàn)象時有發(fā)生[7-12]. 酸性礦料在我國分布較廣,且儲存量較多,同時酸性礫石具有較強的耐磨性能,如能在瀝青路面中加以利用,能夠很大程度緩解堿性礦料缺乏地區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的壓力[13-15]. 由于酸性礫石與瀝青相容性較差,造成瀝青與酸性礫石之間的黏附性降低,后期瀝青路面極易出現(xiàn)水損害病害. 本文將XT-1、TJ-066、PA-1三種抗剝落劑摻入到SBS(I-D類)瀝青性能中,評價不同類型、不同摻量的抗剝落劑對SBS(I-D類)瀝青的改善效果,同時對不同摻量XT-1的混合料開展路用性能研究,分析XT-1對瀝青路面路用性能的改善效果,為酸性礫石在瀝青路面中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)[16-19].

      1 原材料及配合比設(shè)計

      1.1 瀝青

      瀝青對瀝青路面性能起著關(guān)鍵性作用,本文選用的瀝青為SBS(I-D類)改性瀝青,其主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果見表1.

      表1 SBS(I-D類)改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果Tab.1 Test results of main technical indexes of SBS(I-D)modified asphalt

      1.2 抗剝落劑

      本文選用XT-1、TJ-066、PA-1三種抗剝落劑展開研究,三種抗剝落劑主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果見表2.

      表2 三種抗剝落劑主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果Tab.2 Test results of main technical indexes of three anti-stripping agents

      1.3 配合比設(shè)計及馬歇爾試驗結(jié)果

      本文混合料級配類型為AC-13C,粗集料為3~5 mm、5~10 mm、10~15 mm酸性礫石,細(xì)集料為0~3 mm石灰?guī)r石屑,填料為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉,AC-13C級配設(shè)計結(jié)果見表3,最佳油石比及馬歇爾試驗結(jié)果見表4.

      表3 AC-13C礦料級配設(shè)計結(jié)果Tab.3 Design results of AC-13C aggregate gradation單位:%

      表4 最佳油石比及馬歇爾試驗結(jié)果Tab.4 The optimum ratio of oil to stone and the Marshall test results

      2 抗剝落劑對瀝青性能的影響

      將XT-1、TJ-066、PA-1 三種抗剝落劑分別以0%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%(占瀝青質(zhì)量)的摻量摻入到165 ℃瀝青中,對不同摻量、不同型號的瀝青依次進行相關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測,評價不同抗剝落劑對SBS(I-D類)瀝青性能改善效果.

      2.1 針入度及軟化點試驗

      對不同類型、不同摻量抗剝落劑的SBS(I-D類)瀝青分別進行25 ℃針入度及軟化點試驗,試驗結(jié)果分別見圖1、圖2.

      圖1 針入度試驗結(jié)果Fig.1 Penetration test results

      圖2 軟化點試驗結(jié)果Fig.2 Softening point test results

      由圖1 可以得出:SBS(I-D 類)瀝青針入度均隨三種抗剝落劑摻量的增加而增大,抗剝落劑摻量為0%~0.3%時,針入度結(jié)果增幅較大,當(dāng)摻量大于0.3%時,增幅降低,表明三種抗剝落劑的摻入能夠增強SBS(I-D類)瀝青的黏度.

      由圖2可以得出:SBS(I-D類)瀝青軟化點均隨三種抗剝落劑摻量的增加而減小,其中XT-1降幅最小,PA-1降幅最大,但均滿足改性瀝青軟化點不小于60 ℃的要求.

      2.2 運動黏度及延度試驗

      對不同型號、不同摻量抗剝落劑的SBS(I-D類)瀝青分別進行135 ℃運動黏度及5 ℃延度試驗,試驗結(jié)果分別見圖3、圖4.

      圖3 135 ℃運動黏度試驗結(jié)果Fig.3 Kinematic viscosity test at 135 ℃

      圖4 5 ℃延度試驗結(jié)果Fig.4 Ductility test results at 5 ℃

      由圖3可以得出:SBS(I-D類)瀝青135 ℃運動黏度均隨三種抗剝落劑摻量的增加而減小,其中XT-1降幅最小,PA-1降幅最大,這主要因為抗剝落劑的摻入,使得瀝青中輕物質(zhì)占比增加,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)占比相對減少,高溫穩(wěn)定性及黏韌性下降.

      由圖4可以得出:SBS(I-D類)瀝青5 ℃延度均隨三種抗剝落劑摻量的增加顯現(xiàn)先增大后減小的趨勢,且均在0.4%摻量時達到峰值,表明摻量小于0.5%時,三種抗剝落劑均能增強SBS(I-D類)瀝青的低溫黏韌性.

      2.3 黏附性試驗

      集料選用10~15 mm酸性礫石,對不同型號、不同摻量抗剝落劑的SBS(I-D類)瀝青開展老化前后黏附等級試驗,試驗結(jié)果分別見圖5、圖6.

      圖5 老化前黏附等級試驗結(jié)果Fig.5 Test results of adhesion grades before aging

      圖6 老化后黏附等級試驗結(jié)果Fig.6 Test results of adhesion grades after aging

      由圖5、圖6 可以得出:SBS(I-D 類)瀝青老化后黏附等級均隨三種抗剝落劑摻量的增加而升高,其中XT-1對瀝青黏附等級改善效果最優(yōu),表明三種抗剝落劑均能改善瀝青與集料之間的抗水損害能力. 結(jié)合上述試驗得出,XT-1對SBS(I-D類)瀝青綜合改善效果最優(yōu),XT-1最佳摻量為0.3%.

      3 路用性能

      酸性礫石與瀝青之間的黏附性較差,本文在混合料中摻入I級消石灰、C42.5水泥及XT-1抗剝落劑來改善混合料性能,摻配比例詳見表5,6種摻配比例依次用編號1、2、3、4、5、6表示.

      表5 水泥、消石灰、XT-1摻入比例Tab.5 The proportions of cement,lime and XT-1單位:%

      3.1 水穩(wěn)定性

      評價瀝青路面水穩(wěn)定性的方法有多種,主要包括浸水馬歇爾、凍融劈裂、礦料與瀝青之間的黏附性以及浸水車轍試驗等. 浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗是最為常規(guī)、最為直接評價混合料水穩(wěn)定的試驗方法,同時試驗方法成熟. 因此,本文選用浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗來評價水泥、消石灰及XT-1抗剝落劑不同摻配比例時混合料抗水損害能力,試驗結(jié)果分別見圖7、圖8[20-21].

      由圖7、圖8可以得出:未摻消石灰、水泥及XT-1的混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強度比均未滿足1-3區(qū)改性混合料不小于85%、80%的要求;摻XT-1的三種混合料試驗結(jié)果均大于未摻XT-1的混合料,摻有2%消石灰、0.3%XT-1的混合料試驗結(jié)果均為最大,分別為92%、91%.

      圖7 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度Fig.7 Residual stability of immersed marshall

      圖8 凍融劈裂殘留強度比Fig.8 Residual strength ratios of freeze-thaw splitting

      3.2 高溫穩(wěn)定性

      夏季炎熱環(huán)境下,瀝青路面在車輛軸載作用下極易出現(xiàn)車轍病害. 評價瀝青路面高溫抗車轍能力的方法有多種,主要包括:圓柱體單軸靜載、車轍試驗、重復(fù)試驗、三軸靜載等.本文選用車轍試驗來評價水泥、消石灰及XT-1不同摻配比例時混合料高溫抗車轍能力,試驗結(jié)果見圖9[22-23].

      由圖9可以得出:XT-1的摻入未能增強混合料高溫抗車轍能力,只摻XT-1 的混合料試驗結(jié)果為2949 次/mm,但滿足1-3 區(qū)改性混合料不小于2800 次/mm 的要求;只摻消石灰或水泥的混合料試驗結(jié)果較其他摻配方案大,表明消石灰、水泥的摻入能夠增強混合料高溫抗車轍能力.

      圖9 動穩(wěn)定度試驗結(jié)果Fig.9 Test results of dynamic stability

      4 結(jié)論

      1)XT-1、TJ-066、PA-1三種抗剝落劑的摻入均能改善瀝青與集料之間的黏附性,XT-1對SBS(I-D類)瀝青綜合改善效果最優(yōu),XT-1最佳摻量為0.3%.

      2)同時摻有2%消石灰、0.3%XT-1的混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強度比試驗結(jié)果均為最大,分別為92%、91%.

      3)XT-1 的摻入未能改善混合料高溫抗車轍能力,但動穩(wěn)定度試驗結(jié)果滿足1-3 區(qū)改性混合料不小于2800 次/mm的要求;只摻消石灰或水泥的混合料試驗結(jié)果較其他摻配方案大,表明消石灰、水泥的摻入能夠增強混合料高溫抗車轍能力.

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