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          天然巖瀝青改性瀝青混合料的性能研究
          2024年06月07日    閱讀量:223571    新聞來源:《四川水泥》  |  投稿

          摘 要:


          結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和室外路段鋪筑試驗(yàn)對天然巖瀝青改性瀝青在資陽市的應(yīng)用情況進(jìn)行系統(tǒng)研究,研究發(fā)現(xiàn),天然巖瀝青能夠大幅提高瀝青路面抗車轍和抗反射裂紋性能。試驗(yàn)路段鋪筑過程中,針對資陽地區(qū)氣候和施工特點(diǎn),有針對性地制定施工工藝,通過后期檢測、觀測,并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,綜合分析評價(jià)天然巖瀝青對瀝青混合料性能的改善效果,發(fā)現(xiàn)其作為上下面層可以提高瀝青路面整體抗車轍和抗反射裂紋性能。


          關(guān)鍵詞: 改性瀝青;配合比;高溫性能;抗?jié)B水性能


          0 引言


          天然巖瀝青是一種由無機(jī)混合物和瀝青基質(zhì)組成的材料,通常形成于巖石裂縫中[1]瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。天然巖瀝青經(jīng)過加工成粉末狀后,與普通基質(zhì)瀝青具有良好的相容性,可以增加瀝青混合料的黏稠度和彈性。研究表明,將天然巖瀝青作為改性劑摻入基質(zhì)瀝青中,可以提高混合料的抗剝離性能、耐久性、抗剪力及其抗車轍和抗老化特性。這有利于降低路面病害的出現(xiàn),同時(shí)提升道路的承重力和使用壽命。本文結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)路段鋪筑兩個(gè)方式,綜合分析評價(jià)采用天然巖瀝青對瀝青混合料性能的改善效果。


          1 工程概況


          新堰南路北延線(ВK0+000~BK1+747.81)位于資陽臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)三草灣片區(qū),起點(diǎn)于橫三路,終點(diǎn)接?jì)勺哟蟮?。新堰南路北延線為城市次干路,設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h,新堰南路全長 1747.81m,標(biāo)準(zhǔn)斷面紅線寬度 29m。鋪筑試驗(yàn)選用資陽市臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)新堰南路,上面層、中面層、下層面均采用天然巖瀝青改性瀝青。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體為:20cm 水泥穩(wěn)定碎石底基層+20cm 水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm 級配碎石墊層+乳化瀝青 PCR-2(1.0L/m2)透層+7cm 中粒式天然巖改性瀝青混合料AC-20C下面層+5cm中粒式天然巖瀝青改性瀝青混合料 AC-13C 中面層+機(jī)械噴灑道路用改性乳化瀝青黏油層(PCR-3)0.7L/m2+5cm天然巖改性瀝青混合料AC-13C上面層,總厚度78cm。


          2 天然巖瀝青對基質(zhì)瀝青及集料產(chǎn)生的影響


          2.1天然巖瀝青對基質(zhì)瀝青改性效果研究


          采用埃索 AH-70 號基質(zhì)瀝青,添加 5% 天然巖瀝青?;|(zhì)瀝青的改性步驟如下:首先,根據(jù)預(yù)設(shè)的比例,將天然巖瀝青加入基質(zhì)瀝青中,并進(jìn)行持續(xù) 25min的攪拌,以保證天然巖瀝青在基質(zhì)瀝青中均勻分布,直至沒有顆粒物存在。接著,將其混合物加熱至 175℃,并高速剪切 20min,再將其置入 175~180℃烘箱中,繼續(xù)處理 1.5h,最終得到改性瀝青。為了明確基質(zhì)瀝青與經(jīng)改性后瀝青之間的性能差異,對兩者都進(jìn)行了針入度、延度以及軟化點(diǎn)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表1所示。


          天然巖瀝青改性瀝青混合料的性能研究 瀝青網(wǎng),sinoasphalt.com


          通過使用天然巖瀝青進(jìn)行改性處理,改性后的瀝青混合料抗高溫性能較基質(zhì)瀝青明顯提高。在加入天然巖瀝青后,改性瀝青的針入度和延度降低,而軟化點(diǎn)升高。此外,隨著天然巖瀝青摻量的不斷增加,瀝青的感溫性能也隨之增加。


          天然巖瀝青具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),高溫下具有多個(gè)活性點(diǎn)。混合天然巖瀝青和基質(zhì)瀝青會增加瀝青的黏稠度,降低針入度。但是若摻入基質(zhì)瀝青過多,就會改變?yōu)r青分子結(jié)合其他分子的能力,導(dǎo)致其延展度下降。天然巖瀝青本身具有較高的含碳量,所以高溫黏度較高,提高了瀝青基質(zhì)的高溫性能和軟化點(diǎn)。


          2.2天然巖瀝青對不同粗細(xì)集料粘附性的影響


          黏附性是指瀝青所產(chǎn)生的結(jié)合集料的黏附力,該屬性對瀝青混凝土路面的使用耐久性影響較大。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》,對于集料中最大粒徑大于13.5mm的顆粒,采用水煮法對基質(zhì)瀝青及天然巖瀝青改性瀝青的黏附性進(jìn)行試驗(yàn)。該試驗(yàn)步驟為:先將瀝青加熱至 145℃,然后把預(yù)熱的集料浸入其中,保持 15min 后取出,以確保集料完全被瀝青包裹,然后在室溫下冷卻,最后在水中浸煮并觀察瀝青膜的剝落情況,以評定黏附性等級。該黏附性評定等級用來反映粗集料的抗水剝離能力,進(jìn)而反映瀝青混凝土路面的耐久性能。


          試驗(yàn)結(jié)果表明,相較于基質(zhì)瀝青,天然巖瀝青改性瀝青對各種集料的黏附性表現(xiàn)更為出色,但同時(shí)集料的特性對黏附性也起著重要作用。天然巖瀝青改性瀝青與石灰?guī)r在黏附性方面表現(xiàn)最佳,玄武巖的黏附性居中,花崗巖的黏附性則最低。不同成分的天然巖,其性能會有不同的表現(xiàn)。石灰?guī)r是一種堅(jiān)硬的沉積巖,含有碳酸鈣(CaCO3),屬于疏水性材料;而花崗巖主要成分包括長石、云母和石英,是一種巖漿巖。因此,瀝青與集料的黏附性與集料本身的性質(zhì)有一定的相關(guān)性。


          3 天然巖瀝青改性瀝青混合料性能研究


          設(shè)計(jì)選用AC-13C型基質(zhì)瀝青,加入不同量的天然巖瀝青來進(jìn)行試驗(yàn),以此評估天然巖瀝青對混合料路面性能的改善效果。


          3.1不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料高溫性能


          根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE 20-2011),在確定的基準(zhǔn)配合比情況下,添加不同用量的天然巖瀝青(分別為 3.5%、4.5%、5.5%),以分析在高溫下,各種不同摻量的天然巖瀝青對瀝青基質(zhì)混合料的影響情況。具體試驗(yàn)結(jié)果見表 2。從表 2的數(shù)據(jù)來看,把天然巖瀝青加入基質(zhì)瀝青后,能夠顯著提升混合料的動態(tài)穩(wěn)定性和抵抗變形的能力,這樣就能增強(qiáng)混合料在高溫環(huán)境中的抗車轍性能[2]。另外,隨著天然巖瀝青的加入量增大,混合料的高溫表現(xiàn)也逐步得到提升。


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          3.2不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料水穩(wěn)定性


          根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE 20-2011),在確定的基準(zhǔn)配合比下,分別添加3.5%、4.5% 和 5.5% 的天然巖瀝青,本試驗(yàn)旨在研究天然巖瀝青在復(fù)雜環(huán)境特殊條件下對改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。


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          根據(jù)表 3的數(shù)據(jù),可以得出結(jié)論:天然巖瀝青的加入對混合料的水穩(wěn)定性影響較小,整體呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢。這是由于天然巖瀝青增加了膠結(jié)料的黏度,進(jìn)而提高了混合料的水穩(wěn)定性。


          4 試驗(yàn)路鋪筑后期觀測


          試驗(yàn)段選取資陽市臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)新堰南路段 BK0+000~BK1+747.81,依據(jù)施工配比設(shè)計(jì),天然巖瀝青的摻量設(shè)定為整個(gè)瀝青混合料的 4.7%。然而,根據(jù)實(shí)際的施工情況,將天然巖瀝青的摻量調(diào)整為4.6%,基質(zhì)瀝青的摻量為 3.9%(因?yàn)樘烊粠r瀝青中包含的瀝青成分可以替換掉相同數(shù)量的基質(zhì)瀝青)。


          4.1車轍試驗(yàn)檢測


          團(tuán)隊(duì)在試驗(yàn)現(xiàn)場借由保溫桶采樣進(jìn)行了輪跡試驗(yàn),制作出3塊試樣,其動態(tài)穩(wěn)定度分別為7795次/mm、8940 次/mm 以及 9050 次/mm,平均值達(dá) 8595 次/mm。在非測試區(qū)段,選用了普通瀝青配合料,其動態(tài)穩(wěn)定度為 3957 次/mm。依據(jù)現(xiàn)場采樣試驗(yàn)的結(jié)果來看,天然巖瀝青的加入使得混合料的動態(tài)穩(wěn)定度提高至 8595次/mm,而一般的瀝青配合料的動態(tài)穩(wěn)定度則為 3957次/mm。因此,添加天然巖瀝青的混合料的動態(tài)穩(wěn)定度是常規(guī)瀝青的 2.1 倍。這意味著天然巖瀝青對瀝青混合料的抗車轍性能有顯著改善效果。


          4.2路面壓實(shí)度檢測


          在取樣試驗(yàn)后,得出芯樣的原體積密度為 2.439,而試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)密度為2.424,最大理論密度為2.611。通過計(jì)算,試驗(yàn)路的壓實(shí)性能達(dá)到了試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)密度的99.8%,超越了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 97%,同時(shí)相對于最大理論密度的壓實(shí)性能也達(dá)到了 93.4%,也超過了所規(guī)定的93%[3]。


          4.3路面抗?jié)B水性能檢測


          為了評估試驗(yàn)路段中上面層瀝青混合料的滲水系數(shù),故進(jìn)行滲水系數(shù)試驗(yàn),測得結(jié)果為 144ml/min 和139ml/min,符合設(shè)計(jì)要求的滲水系數(shù)<250ml/min。


          5 結(jié)束語


          綜合上述試驗(yàn)分析,得出以下結(jié)論:


          (1)天然巖瀝青能提高基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn),其高溫性能隨著摻量的增加不斷升高,針入度和延度會降低。


          (2)通過加入天然巖瀝青,可以增強(qiáng)瀝青集料的粘附力,但過量會降低這種粘性。


          (3)添加天然巖瀝青有助于提高瀝青混合料在高溫下的穩(wěn)定性,且提升效果顯著。隨著摻入量的增加,這種效果會更加顯著。


          (4)瀝青基質(zhì)混合料水穩(wěn)定性隨著天然巖瀝青的摻入,其水穩(wěn)定性出現(xiàn)先升后降的趨勢,存在最佳的摻配比例。


          參考文獻(xiàn):

          [1]中華人民共和國交通運(yùn)輸部 .瀝青混合料改性添加劑第 5 部分:天然瀝青:JT/T 860.5-2014[S],北京:人民交通出版社,2014.

          [2]周鑫 . 巖瀝青及其混合料路用性能研究[D]. 西安:長安大學(xué),2015.

          [3]中華人民共和國交通部 .公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范:JTG F40-2004[S].北京:人民交通出版社,2004.


          本文首發(fā)于《四川水泥》。


          標(biāo)簽:今日頭條綜合論文,技術(shù)中心,瀝青混凝土改性瀝青
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