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瀝青路麵混合料供應:排水路麵瀝青混合料適用填料研究

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瀝青路麵混合料供應:排水路麵瀝青混合料適用填料研究

發布日期:2018-08-29 11:17 來源:http://www.cn-kdkj.com 點擊:

瀝青路麵混合料供應:排水路麵瀝青混合料適用填料研究


排水瀝青路麵簡介

排水瀝青路麵,又稱透水瀝青路麵,開級配磨耗層等,指壓實後空隙率在20%左右,能夠在混合料內部形成排水通道的新型瀝青混凝土麵層,其實質為單一粒徑碎石按照嵌擠機理形成骨架-空隙結構的開級配瀝青混合料。

排水性瀝青混合料即基於骨架空隙結構理論發展而來。這種結構粗集料含量較多,細集料含量較少,粗集料相互接觸形成骨架,混合料中剩餘空隙率大,易滲水。因此,這種結構特有的大孔隙具有以下使用品質:①抗滑性很好。雨天能迅速排除路麵積水,消除表麵水膜,提高行車安全性;②降低行車噪音;③改善雨天或夜間行駛的視覺特性。

但是,由於大孔隙結構的開敞性,排水瀝青路麵在抗磨耗性、水穩定性、疲勞耐久性方麵存在明顯缺陷。

對排水瀝青路麵而言,提高其水穩性的措施主要需要提高瀝青與石料的粘附性,常用的方法有:①使用粘度更高的瀝青;②摻加抗剝落劑;③使用水泥或消石灰代替部分或者全部礦粉。當需要提高瀝青混合料的水穩性時,采用水泥和消石灰取代部分礦粉是一個比較認可的方法。但這些結論基本都來自對傳統密級配的研究,該文將對其用在排水性瀝青混合料中的

效果進行研究。

消石灰和水泥在瀝青混合料中的作用機理分析

瀝青混合料中常用的填料主要是憎水性的礦石種類磨細的礦粉,瀝青路麵混合料供應從瀝青混合料的使用狀態來說,憎水性的礦粉隻是從礦粉本身不吸收水分或者吸水性較弱的角度來論述的。但是,由水導致的瀝青粘附性的下降必然還是因為水分侵入到了瀝青-礦粉作用的界麵內,從而導致瀝青-填料膠結物的鬆散,引起混合料的水毀現象。由此可以分析,隻是把目光停留在礦粉本身的憎水性上,是不足以防止水分對瀝青膠漿係統的逐漸侵入的。隻有對各級分散介質與分散相的作用界麵進行全麵的水侵預防,才能有效阻止水分侵入帶來的危害。如果能夠實現填料和瀝青分散介質更緊密的結合或者兩者發生化學反應形成一體,則這一問題將迎刃而解。而諸多實踐已經證明,摻加石灰或者水泥這些活性大、本身也用作結合料且具有同瀝青相反酸堿性的物質做填料,能夠提高瀝青混合料的抗水損害性能。

具體來說,瀝青中含有少量羧酸,使瀝青呈現弱酸性。使用普通礦粉做填料時,羧酸附著在礦粉和粗細粒料表麵,當遇到水時,因為水分子是極性物質,水分便更易與粒料結合,侵入到瀝青膠漿係統中,削弱膠漿係統的粘附性,從而使瀝青或者瀝青膠漿整體從粒料表麵剝落。

一般石灰石礦粉呈弱堿性,pH值在9左右。而消石灰的主要成分是氫氧化鈣,為強堿性物質,pH值>12。當氫氧化鈣與瀝青中的羧酸接觸時,除了通常的選擇性吸附作用,更主要的是兩者會產生化學反應,生成鹼土鹽。鹼土鹽具有較強的吸附性能,能夠牢固地粘附在粒料表麵而不剝落,這樣,即便是有極性的水分子,因為有化學鍵的作用,水分無法再侵蝕到瀝青膠漿分散係統內,瀝青和瀝青膠漿的粘附性就得以維持,瀝青結合料以及瀝青膠漿粘結係統就很難從粒料上脫離。

水泥也是堿性材料,其pH值在10左右,對混合料抗剝落性能的改善類似於消石灰,隻是其活性低於消石灰,並且相對密度大於消石灰,所以摻配比例要大些。此外,水泥的成分比石灰複雜得多,與集料、瀝青和水的相互作用也複雜得多。

排水性瀝青混合料適用填料試驗

該文希望通過試驗驗證不同種類填料對排水性瀝青混合料主要性能的作用。在水穩性檢驗方法的選擇上,進行了馬歇爾與浸水馬歇爾試驗、標準飛散與浸水飛散試驗、標準劈裂與凍融劈裂試驗、浸水車轍試驗的比較。

試驗原材料和級配說明

原材料

瀝青:埃索SBS改性瀝青,瀝青指標符合I-D類標準;埃索70#普通瀝青,瀝青指標符合重交瀝青70#標準;科氏PG76-28改性瀝青,其標準按照SHARP體係控製。選擇這3種瀝青主要是考慮南方多雨地區更適宜采用排水瀝青路麵表麵層,這3種瀝青比較適用於南方高溫地區。此外,選擇SK高粘度改性瀝青同時試驗,以供性能上的相對性比較。

試驗用粗集料采用玄武岩,細集料全部由機製砂篩分而成,礦粉采用石灰岩礦粉,水泥采用425#普通矽酸鹽水泥,石灰為建築市場上購買的生石灰粉,自製加工為消石灰。

級配

試驗安排盡量考慮不同瀝青、不同空隙率的涵蓋情況,采用目標空隙率為20%及22%兩種情況。分別稱為級配A和級配B。在混合料試驗中,級配A的試驗采用埃索SBS改性瀝青和埃索70#瀝青進行,級配B的試驗采用科氏PG76瀝青進行。同種試驗下,根據橫向對比意圖進行同種級配的SK高粘度瀝青試驗。根據相關的配合比設計方法確定最佳瀝青用量。

馬歇爾試驗

馬歇爾試驗采用級配A、埃索SBS改性瀝青進行不同填料的橫向對比。並用SK高粘度瀝青亦做同種級配同樣試驗,以供對比。

可以看出:無論是穩定度的絕對數值,還是殘留穩定度,2%摻量的生石灰和消石灰均可以明顯改善排水性瀝青混合料的水穩性,消石灰的效果又明顯優於生石灰。而2%摻量的水泥,雖然其殘留穩定度在各組中最高,瀝青路麵混合料供應但是其浸水馬歇爾穩定度的絕對數值隻在全部使用礦粉組與生石灰、消石灰組之間,因此,從馬歇爾試驗來看,水泥對排水性瀝青混合料水穩性的改善效果一般。

劈裂試驗

劈裂試驗采用B級配,科氏PG76瀝青進行試驗,油石比統一采用4.9%。為評價填料不同對強度帶來的差異以及對水穩性改善的情況,設計了劈裂試驗和凍融劈裂試驗。

為對比石灰、水泥摻量不同可能帶來的性能差異,消石灰、生石灰分別選用1.5%和3%兩個摻量,水泥分別選用2%和4%(全部替代礦粉)兩個摻量。並輔以SK高粘度瀝青進行同種試驗。

可以得到以下結論:

(1)從絕對指標來看,無論是標準劈裂還是凍融劈裂,無論是2%還是4%摻量,水泥組的破壞強度都稍低於礦粉組。

(2)生石灰、消石灰的添加都可以較明顯提高排水性瀝青混合料的劈裂強度,對凍融劈裂效果更加顯著。這說明:兩者都可以明顯提高混合料的水穩定性。

(3)對生石灰,1.5%和3%兩個摻量試驗結果非常接近;對消石灰,兩個摻量的標準劈裂強度相近,但3%摻量的凍融劈裂強度比1.5%的摻量高出30%,比全部使用礦粉的組高出38%。故摻配3%消石灰是抗凍融效果最優的組。

(4)對TSR指標,3%消石灰摻量的混合料達到了96.7%,遠高於其他組合。摻水泥的排水性瀝青混合料TSR指標也明顯高於隻用礦粉的,但是其凍融劈裂強度絕對指標有少許下降,所以,從劈裂強度指標來看,水泥在水穩性上改善效果不理想。

飛散試驗

此次試驗采用A級配,埃索SBS改性瀝青,按照同一油石比進行了標準飛散和浸水飛散試驗。

數據可知:無論是生石灰還是消石灰,都可以大幅減少排水性瀝青混合料的飛散損失。而水泥的添加則效果不夠理想。

由於浸水飛散試驗考察的是試件在熱水中膨脹和瀝青老化對集料和瀝青粘結力下降的影響,也就是比較嚴酷水浸養生後的抗飛散情況,因此,對比浸水飛散和標準飛散的改變情況,可以評價摻加不同填料的排水性瀝青混合料對水損作用的敏感程度。為此,采用浸水飛散損失與標準飛散損失的比值來分析。比值越大,表示混合料抗水損害的能力越差;反之,越好。按照比值指標對比幾種混合料的抗水損性能。

可以看出:摻加水泥對改善排水性瀝青混合料的抗飛散性能作用不明顯;摻加消石灰和生石灰的組比摻加水泥和隻使用礦粉的組比值低了很多,而摻消石灰的排水性瀝青混合料有著最優良的抗飛散能力。

浸水車轍試驗

車轍試驗是評價瀝青混合料在規定溫度下抵抗塑性流動變形能力的方法。車轍試驗的結果是統計板塊試件的變形與時間或者車輪通過次數之間的關係,計算瀝青混合料產生單位變形所需要的碾壓次數,稱為動穩定度。

浸水車轍試驗是對路麵同時承受荷載碾壓和水力浸蝕狀態的模擬,即對路麵更苛刻使用狀態的模擬。

浸水動穩定度

浸水車轍試驗不僅可以測試混合料的高溫穩定性,同時,由於它反映的是混合料在水作用下承受荷載的變形能力,所以,它還可以反映混合料的水穩性。試驗後,通過觀察橡膠輪下碾壓區粗集料的表麵變化情況,可以評價排水性瀝青混合料抗剝落能力的強弱。

試驗采用級配B、科氏PG76瀝青,做了不同組合的對比試驗:KS組全部使用礦粉,KH組使用2%的消石灰代替部分礦粉,KC組使用2%水泥代替部分礦粉。另外,使用SK高粘度改性瀝青做了同樣級配的對比試驗,亦全部使用礦粉做填料。

可知:

(1)由於級配B嵌擠方式的結構優勢,排水性瀝青混合料的高溫穩定性都是比較好的。瀝青路麵混合料供應即便是浸水條件下,使用科氏PG76和SK高粘度改性瀝青的排水性瀝青混合料動穩定度都達到了3000次/mm以上。

(2)對添加消石灰的組,其浸水動穩定度達到了4153次/mm,比單使用礦粉的組提高了35%。這說明摻加消石灰可以大幅提高排水性瀝青混合料在有水條件下的高溫抗變形能力。

(3)相比之下,摻加水泥的組在浸水條件下出現了動穩定度下降的結果。雖然隻有小幅度的下降,但是已經可以說明,水泥用在排水性瀝青混合料中是否能夠改善水穩性是值得懷疑的。

抗剝落性對比

將浸水車轍試驗後的車轍試件脫模,放置60℃烘箱中預熱至試件變軟,取出,用手工將試件分散,從碾壓區中部掰取粗集料顆粒,對比觀察顆粒表麵的結合料裹覆情況。

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中對粗集料與瀝青粘附性的分級評價方法。

評價結果表明:KH組試件在浸水碾壓下的抗剝落能力遠高於KS組,甚至已經高於SK組,因此,摻加消石灰可以明顯改善排水性瀝青混合料的抗水損害性能。摻加水泥的組亦比摻加礦粉的組有較大幅度的改善。

結論

(1)常規水穩性檢驗表明:摻加生石灰和消石灰作填料均可以大幅提高排水性瀝青混合料的抗水損害能力。而摻加水泥也有一定的改善作用,但不如消石灰顯著。 

(2)關於消石灰的摻量,從多種試驗數據來看,3%摻量均明顯優於1.5%摻量。這突破了《公路瀝青路麵施工技術規範》中2%摻量的界定。所作試驗表明:3%摻量的抗水損性能指標已經接近高粘度改性瀝青,在TSR指標上,甚至超過了高粘度改性瀝青,達到了96.7%。推薦在實際生產中使用3%的消石灰摻量,並作相關的水穩性檢驗。


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