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        新型瀝青混合料改性劑的試驗研究

        2017-10-13 01:26:19
        湖南交通科技 2017年3期
        關(guān)鍵詞:油石馬歇爾穩(wěn)定度

        (湖南省湘筑工程有限公司, 湖南 長沙 410004)

        新型瀝青混合料改性劑的試驗研究

        李欣

        (湖南省湘筑工程有限公司, 湖南 長沙 410004)

        改善瀝青混凝土路面高溫穩(wěn)定性的方法有多種,較為常用的有瀝青改性和添加抗車轍劑等方法,但這2種方法都有成本較高、工藝復(fù)雜等問題。LY新型瀝青混合料改性劑,為改善路面高溫穩(wěn)定性提供了一種新思路。介紹了LY新型瀝青混合料改性劑的特點、配合比設(shè)計及路用性能試驗。

        瀝青混合料; 高溫穩(wěn)定性; LY改性劑

        0 前言

        近年來,隨著交通量的迅猛增長和汽車重載現(xiàn)象的增加,越來越多的瀝青混凝土路面在夏季高溫時出現(xiàn)車轍、推移等破壞現(xiàn)象,對道路行車安全造成極大威脅。因此,提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性為現(xiàn)今瀝青混凝土路面的趨勢。在傳統(tǒng)的瀝青改性工藝中,存在生產(chǎn)能耗高、運(yùn)輸困難等局限,而大部分抗車轍劑的使用成本較高,在推廣使用過程中也有限制。LY新型瀝青混合料改性劑則是綜合兩者優(yōu)勢的基礎(chǔ)上的一種解決高穩(wěn)定性瀝青混合料成本高、使用不便等問題的產(chǎn)品。本文將通過一系列試驗,驗證其性能的可靠性,為在即將開工的高速公路上應(yīng)用該產(chǎn)品提供理論支持。

        1 LY簡介

        LY新型瀝青混合料改性劑是一種以硬質(zhì)瀝青為基礎(chǔ),通過添加工業(yè)廢渣和其他添加劑,經(jīng)過特殊工藝的處理,生產(chǎn)而得一種具有低成本、高性能的瀝青混合料添加劑。其具有諸多特點如下。

        1) 粘結(jié)力提高20%~30%以上。

        LY新型瀝青混合料改性劑在140 ℃以上高溫融化后,在拌合過程中均勻地裹覆在骨料上,形成粘附性極強(qiáng)的一層薄膜。在基質(zhì)瀝青加入到拌缸后,LY薄膜和基質(zhì)瀝青粘附一起形成極強(qiáng)的粘附力,在混合料冷卻后,轉(zhuǎn)換成極強(qiáng)的瀝青混合料間結(jié)構(gòu)力,從而使得其馬歇爾穩(wěn)定度大大提高。

        2) 提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

        摻加了LY的瀝青混合料,因LY、石料和瀝青的相互作用,形成的結(jié)構(gòu)力在高溫情況下能夠不易變形,故其穩(wěn)定性有顯著的提高,抗車轍性能比改性瀝青的提高1~3倍(一般在6000次/mm以上,改性瀝青混合料在3000次/mm左右)左右。

        3) 提高了瀝青與石料的和易性,對石料的酸堿性要求降低。

        LY在和骨料均勻拌合后裹覆在骨料上,從而形成強(qiáng)大的粘附力,其能很好抵抗不利條件對它的影響。同時,LY產(chǎn)品含有大量的氮、氧、有機(jī)硫等,使得瀝青極性增加,對石料的浸潤能力、粘附能力大大增強(qiáng),在長時間高溫條件下,其粘附性還有增強(qiáng)趨勢,大大提高了LY瀝青混合料的抗水損害性能,同時,為堿性石料缺乏地區(qū)修筑高等級瀝青路面增加了新的技術(shù)途徑。

        4) 節(jié)省15%~30%的基質(zhì)瀝青。

        LY的原材料中本身就含有瀝青成分,在使用LY的同時,能夠減少15%~30%的基質(zhì)瀝青。

        2 配合比設(shè)計

        LY的使用比較簡單,其主要摻加在普通瀝青或SBS改性瀝青中,對瀝青起到改性和增強(qiáng)路用性能的作用。LY瀝青混合料的配合比設(shè)計和改性瀝青混合料的配合比設(shè)計方法一致,不改變現(xiàn)有的試驗方法和要求,唯一不同之處是在完成配合比設(shè)計后,根據(jù)LY摻量,同步減少配合比中瀝青的用量。本次LY瀝青混合料的瀝青采用A — 70普通瀝青,具體如下。

        2.1 級配設(shè)計

        本次研究采用AC — 16型級配,按照規(guī)范級配設(shè)計要求,各檔集料篩分結(jié)果如表1,具體摻配比例如表2所示,設(shè)計合成級配曲線如圖1。

        表1 礦料篩分結(jié)果篩徑/mm通過率/%10~18mm5~10mm3~5mm0~3mm礦粉19100100100100100169721001001001001324431001001001009516932100100100475021510010010023602056016571001180204259466100060204177396100030204872719950150204622049840075020439127908

        由表1的篩分結(jié)果,按AC — 16的級配要求設(shè)計本次合成級配,設(shè)計結(jié)果如表2,以此得級配設(shè)計曲線圖如圖1所示。

        表2 級配設(shè)計結(jié)果表%摻配比例10~18mm5~10mm3~5mm0~3mm礦粉253017253

        圖1 級配曲線圖

        2.2 確定最佳瀝青用量

        具體流程和方法如下:

        1) 按照表2的配合比進(jìn)行集料參配,定LY摻量為油石比的15%(LY使用范圍為油石比的15%~20%,具體使用時根據(jù)實際需求而定,為便于表述,后述簡用“A-70+LY”表示 LY瀝青混凝土),同時減少15%的瀝青用量。

        2) 混合料拌合溫度170~180 ℃,將加熱的粗細(xì)集料導(dǎo)入到拌合鍋中拌合。

        3) 加入LY均勻拌合,隨后1~2 s加入70#瀝青,進(jìn)行拌合60 s,然后加入礦粉拌合60 s。保持在要求的溫度內(nèi)拌合。

        4)擊實溫度140~160 ℃。

        5) 通過對試件物理指標(biāo)、力學(xué)性能指標(biāo)的測定,得出A — 70+LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果,見表3。

        表3 不同油石比的A-70+LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果油石比/%毛體積密度/(g·cm-3)理論相對密度/(g·cm-3)空隙率/%40243726156814452471259647965024782577382855249525592506(4~6)VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mm142522132730135644139031137720134234136816145732(≥135)(65~75)(≥80)(15~40) 注:以上各項指標(biāo)均為4個試件的算術(shù)平均值;括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

        依據(jù)A — 70+LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果(表3)和試驗關(guān)系曲線,按照AC — 16馬歇爾配合比設(shè)計要求和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40 — 2004)中熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計方法,確定油石比范圍為4.53%~4.92%,綜合考慮,最后選取最佳油石比為4.8%(因LY主要成分為瀝青,故此量為實際油石比的量,即:實際A — 70瀝青用量為4.08%,LY為0.72%)。最佳油石比下,LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果見表4。

        從表4結(jié)果可知,本次配合比結(jié)果滿足規(guī)范和技術(shù)的要求。

        表4 LY—15%瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果油石比/%LY/%毛體積密度/(g·cm-3)理論相對密度/(g·cm-3)空隙率/%VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mm4807224772585419813669013334(4~6)(≥135)(65~75)(≥80)(15~40) 注:括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

        3 路用性能試驗

        為評價LY多功能瀝青混合料改性劑的路用性能,本試驗以瀝青用量最佳油石為4.8%,瀝青混合料膠接料分別采用:A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY(LY用量為油石比的15%)和SBS改性瀝青,進(jìn)行瀝青混合料制件,進(jìn)行瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和車轍試驗,通過試驗結(jié)果比對,檢驗和評價LY瀝青混合料的路用性能。

        3.1 浸水馬歇爾試驗

        將A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY和SBS改性瀝青等每種類型混合料定為一組,每組制備4個試件,按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行浸水馬歇爾試驗,所得試驗結(jié)果取VMA、VFA、穩(wěn)定度和流值的算術(shù)平均值,所得試驗結(jié)果如表5。

        表5 3種不同的瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗結(jié)果混合料類型60℃,1h試驗數(shù)據(jù)60℃,48h試驗數(shù)據(jù)VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mmVMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mm殘留穩(wěn)定度/%A—7013470311192913370994327843A—70+LY132716136833132713120234879SBS133711148536131717133937901

        從以上試驗結(jié)果可知: 摻配A — 70+LY瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度為87.9%,比普通瀝青混合料的水穩(wěn)定性好些,但是略低于SBS改性瀝青混合料,但總體上滿足規(guī)范潮濕區(qū)普通瀝青混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于80%的要求,也滿足規(guī)范潮濕區(qū)改性瀝青混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于85%的要求。

        3.2 凍融劈裂試驗

        將A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY和SBS改性瀝青等每種類型混合料定為一組,每組制備8個試件,每組試件隨機(jī)取4個進(jìn)行凍融循環(huán)試驗,4個不經(jīng)凍融循環(huán),按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行劈裂破壞試驗,所得試驗結(jié)果取VMA、VFA、破壞最大荷載和劈裂抗拉強(qiáng)度等結(jié)果的算術(shù)平均值,以凍融前后的劈裂抗拉強(qiáng)度之比求得凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比,以此評價瀝青混合料的水損壞性,所得試驗結(jié)果如表6。

        表6 3種不同的瀝青混合料的凍融劈裂試驗結(jié)果混合料類型未經(jīng)凍融經(jīng)過凍融VMA/%VFA/%破壞最大荷載/N劈裂抗拉強(qiáng)度/MPaVMA/%VFA/%破壞最大荷載/N劈裂抗拉強(qiáng)度/MPa凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比TSR/%A—701446421322713314265512893130980A—70+LY1456391109511114564010380104934SBS144645104761041456409541094906

        從以上試驗結(jié)果可知,摻配LY — 15%的瀝青混合料的凍融劈裂試驗殘留強(qiáng)度比為93.4%,試驗結(jié)果優(yōu)于SBS改性瀝青,滿足規(guī)范潮濕區(qū)普通瀝青混合料凍融劈裂試驗殘留強(qiáng)度比大于75%的要求,也滿足規(guī)范潮濕區(qū)改性瀝青混合料凍融劈裂試驗殘留強(qiáng)度比大于80%的要求。

        3.3 車轍試驗

        將A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY和SBS改性瀝青等每種類型混合料定為一組,制備瀝青混合料,每組制作3個試件,每個件制成尺寸為300 mm×300 mm×50 mm的標(biāo)準(zhǔn)混合料試件,在60 ℃的溫度下,監(jiān)測其動穩(wěn)定度,試驗結(jié)果如表7所示。

        表7 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果混合料類型試樣編號總變形/mmDS/(次·mm-1)試驗結(jié)果平均值151231257A—702535617601378357811117419826429A—70+LY5182971596812620086848720635526SBS8231372416295922286117

        從以上試驗結(jié)果可知: 摻配A — 70+LY的瀝青混合料的車轍動穩(wěn)定度為6812次/mm,試驗結(jié)果優(yōu)于SBS改性瀝青的6295次/mm,同時,和普通瀝青混合料相比, LY能夠起到極大提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性作用。

        4 結(jié)論

        綜上可知:

        1) A — 70普通瀝青摻配LY多功能瀝青混合料改性劑能夠減少瀝青的用量,在瀝青價格較高時能夠節(jié)約一定的成本。

        2) LY多功能瀝青混合料改性劑能夠提高普通瀝青混合料的水穩(wěn)定性,能夠達(dá)到規(guī)范對改性瀝青混合料的技術(shù)要求,但是提升效果弱于SBS改性劑。

        3) LY多功能瀝青混合料改性劑能夠有效提升普通瀝青的高溫穩(wěn)定性,即使以15%油石比的摻量,其高溫穩(wěn)定性仍好于SBS改性瀝青。

        因此,從本次試驗結(jié)果來看,LY多功能瀝青混合料改性劑各項指標(biāo)都較優(yōu)秀,可以在實際工程上應(yīng)用。但作為一種新型瀝青混合料添加劑,其實際應(yīng)用效果需要通過在工程上的長期實際應(yīng)用來檢驗其使用效果。

        [1] JTG E42-2005,公路工程集料試驗規(guī)程[S].

        [2] 鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

        [3] 呂偉民,孫大權(quán).瀝青混合料設(shè)計手冊[M].北京:人民交通出版社,2007.

        [4] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2000.

        [5] JTG H20-2007,公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

        [6] GB 50092-96,瀝青路面施工及驗收規(guī)范[S].

        1008-844X(2017)03-0094-04

        U 414

        B

        2017-01-16

        李 欣(1982-),女,工程師,從事路橋項目管理工作。

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