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温拌沥青混合料抗水损坏性能试验研究

 论文栏目:科技论文     更新时间:2019-01-03 08:52     浏览:

摘 要:Evotherm DAT-H5及SAK两种温拌沥青混合料的抗水损坏性能试验结果表明,其TSR指标均刚刚满足规范要求。通过采用水泥或消石灰替换矿粉的方法,可以明显提高SAK温拌沥青混合料抗水损坏性能,但是对Evotherm温拌沥青混合料而言,情况却相反,应用时须根据实际情况正确选择提高温拌沥青混合料抗水损坏性能的方法。 
关键词:Evotherm DAT-H5;SAK;温拌沥青混合料;抗水损坏性能 

温拌沥青混合料是一类施工温度介于热拌沥青混合料和冷拌(常温)沥青混合料之间,但性能可达到热拌沥青混合料技术要求的新型沥青混合料的统称。其工作温度相比于热拌可降低30℃~60℃,具有节能、环保、减轻沥青老化、延长施工季节、改善工人工作环境、开放交通及时等优点。温拌技术一经问世就引起了各国道路工作者浓厚的兴趣,成为近年来道路领域的研究和应用热点。目前,国际上已出现多种温拌技术或产品,比较有代表性的有Evotherm基于表面活性平台温拌技术和SAK有机添加剂温拌技术。 
基于表面活性平台温拌技术是美国Mead Westvaco公司独创的一种温拌沥青技术,现已经历三代。该技术是采用表面活性原理,即将表面活性类水溶液(DAT)添加剂与热沥青同时投放,该添加剂能够在沥青混合料拌合过程中,使胶结料内部形成水膜润滑结构,从而实现较低温度下的工作性能;SAK系列温拌添加剂是有机降粘温拌技术的一种,呈淡黄色小颗粒状(SAK)和白色粉末状(SAT),可降低施工温度约30℃左右。其熔点约在100℃~145℃之间,在加热条件下,仅需简单机械搅拌即可稳定地分散于沥青之中,施工简便,无需特殊设备。 
以上两种温拌技术在国内北京、上海、江苏、河南、辽宁、河北、四川、浙江等8个省区均已成功进行了应用,值得注意的是,实验室结果表明以上两种温拌技术运用于路面结构中面层,其高温及低温性能均与普通热拌沥青混合料相当甚至更优,但其抗水损坏性能低于普通热拌沥青混合料。鉴于此,本文选用以上两种温拌剂成型沥青混合料,对其抗水损坏性能进行系统研究,以期找到提高温拌沥青混合料抗水损坏性能的方法和途径,以便于更好地推广和使用温拌沥青混合料技术。 
1 沥青结合料性能评价 
采用Evotherm DAT-H5及SAK温拌添加剂分别对壳牌70号基质沥青进行改性,添加方法为内参法(即直接将添加剂添加到基质沥青中),Evotherm温拌沥青其添加剂与基质沥青的质量之比为1:9,制备时先将基质沥青在高温下融化,再将温拌剂倒入沥青中搅拌,使其与沥青充分结合发泡后置于烘箱之中,使水蒸气在烘箱中挥发。SAK温拌沥青其添加剂与基质沥青的质量之比为3:100,制备时与Evotherm温拌沥青类似,但只需使添加剂充分溶解即可,无需蒸发水分。 
为了研究温拌添加剂对沥青胶结料性能的影响,对两种温拌沥青及普通70号基质沥青软化点、针入度及延度等常规指标进行了测试,并且绘出了其各自的粘温曲线图,沥青胶结料的测试结果见表1及图1。 
以上试验结果表明,加入温拌剂后,两种温拌沥青的软化点均高于70号基质沥青,尤其是SAK温拌沥青,其软化点比普通70号基质沥青提高了接近30℃,另外,两种温拌沥青的针入度、延度相应均低于70号基质沥青;加入温拌剂后,温拌沥青的表观粘度相比普通70号基质沥青均有所降低,且SAK温拌沥青下降幅度要比Evotherm温拌沥青降低明显。 
2 抗水损坏性能评价 
作为对中面层温拌沥青混合料抗水损坏性能的研究,本研究采用相同集料及级配成型两种温拌沥青混合料,粗集料采用花岗岩,细集料采用石灰岩,对集料的各项性能指标检测结果均符合JTGF 40-2004的要求,根据研究目的,在满足我国规范前提下,确定了AC20级配(见表2)。 
按照规范要求对两种温拌沥青混合料进行配合比设计,马歇尔试验验证结果见表3。 
在各指标均满足规范要求的前提下,70#+ Evotherm及70#+SAK两种温拌沥青混合料的最佳油石比均为5.2%。按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)规定,采用冻融劈裂试验对两种温拌沥青混合料的抗水损坏性能进行评价,冻融试件在(-18±2)℃温度下保温16h,然后在(60±0.5)℃保温24h,进行测试前须将冻融和未冻融试件全部放入25℃±0.5℃温度下保温2h。两种温拌沥青混合料的冻融劈裂试验结果见表4。 
以上试验结果可知,两种温拌沥青混合料的TSR指标刚刚能够满足规范的规定,抗水损坏性能欠佳。鉴于此,本研究尝试将原混合料中1%的矿粉分别用等质量的水泥以及等质量的消石灰来替代,以期提高其抗水损害的能力,试验结果见表5。 
由表5可知,掺加水泥对Evotherm温拌沥青混合料的抗水损害性能未有明显的影响,掺加消石灰后,其TSR明显下降,可以说,对于Evotherm温拌沥青混合料,添加水泥和消石灰对其抗水损坏性能的提高并没有改善效果,相反,会使其抗水损坏能力下降,因此需考虑采取其他措施;与此相反,掺加了水泥或者是消石灰以后,SAK温拌普通沥青混合料冻融劈裂强度明显提高,且掺加水泥的效果稍优于掺消石灰,这两种掺加剂均可以改善SAK温拌沥青混合料的抗水损坏能力。 
因此,在实际应用过程中,须视具体情况对提高温拌沥青混合料抗水损坏性能的措施进行选择,不能盲目选用水泥及消石灰等抗剥离剂,否则不但不能收到良好的效果,反而会降低温拌沥青混合料的抗水损坏性能,适得其反,最终影响整个路面结构的使用性能。 
3 结论 
本文对两种不同作用机理的温拌改性剂(基于表面活性的Evotherm、有机降粘SAK)的温拌沥青胶结料性能及其混合料抗水损坏性能进行了评价,得到以下主要结论: 
(1)两种温拌剂的加入均使得普通70号基质沥青的软化点有所提高,针入度及延度均相应减小,且表观粘度有所降低。 
(2)两种温拌沥青混合料使用于普通沥青混合料中面层时,其混合料TSR指标刚刚满足规范要求,抗水损坏性能欠佳,须采取相应的措施提高其抗水损坏的能力。 
(3)掺加水泥和消石灰不仅不能提高甚至会降低Evotherm温拌沥青混合料的抗水损害性能,与此相反,掺加了水泥或者是消石灰以后,SAK温拌普通沥青混合料抗水损坏性能明显提高,且掺加水泥的效果稍优于掺消石灰。 
参考文献 
1 仰建岗. 温拌沥青混合料应用现状与性能[J].公路交通科技,2006(8) 
2 吕伟民,孙大权.沥青混合料设计手册[M].北京:人民交通出版社,2007 
3 严世祥.温拌沥青混合料的应用技术研究[D].重庆大学硕士学位论文,2007 
4 秦永春. 基于表面活性剂的温拌沥青混合料的设计及相关性能研究[D].同济大学博士论文



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