改進(jìn)型硅藻土AC-16瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及路用性能試驗(yàn)研究

賴　輝

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶　400029)

改進(jìn)型硅藻土AC-16瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及路用性能試驗(yàn)研究

賴輝

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶400029)

摘要：以AC-16瀝青混合料為試驗(yàn)對(duì)象，采用改進(jìn)型硅藻土改性瀝青作為膠結(jié)料，通過(guò)路用性能試驗(yàn)，驗(yàn)證不同改進(jìn)型硅藻土摻量下瀝青混合料的水穩(wěn)定性能和高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明：改進(jìn)型硅藻土可提高AC-16瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度、浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比；摻入硅藻土后的凍融劈裂強(qiáng)度有所降低，且隨著摻量增加降低越來(lái)越明顯；改進(jìn)型硅藻土能顯著提高AC-16瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，當(dāng)摻量為13%(占瀝青質(zhì)量)時(shí)其動(dòng)穩(wěn)定度提高近85%。

關(guān)鍵詞：道路工程；硅藻土改性瀝青；瀝青混合料；路用性能

為了提高瀝青路面使用性能，彌補(bǔ)普通瀝青性能指標(biāo)的不足，國(guó)內(nèi)外早在20世紀(jì)40年代就開(kāi)始了改性瀝青技術(shù)的研究[1-2]。通過(guò)在基質(zhì)瀝青中添加改性劑、助劑等物質(zhì)以改善瀝青的路用性能，如針入度、軟化點(diǎn)和延度等指標(biāo)，以適應(yīng)更為苛刻的氣候和交通條件。我國(guó)也在上世紀(jì)90年代初開(kāi)始了改性瀝青技術(shù)的研究，并將其成功應(yīng)用于工程實(shí)踐[3-5]，先后開(kāi)發(fā)了SBS、SBR、PE等聚合物改性瀝青，還有湖瀝青改性瀝青、巖瀝青改性瀝青、橡膠粉改性瀝青、硅藻土改性瀝青等無(wú)機(jī)類改性瀝青。實(shí)踐表明，改性瀝青的使用，一方面在一定程度上提高了瀝青混合料的使用性能，如抗車轍性能和抗水損壞性；另一方面，還使瀝青路面使用壽命得以延長(zhǎng)。

目前，SBS和SBR聚合物改性瀝青是使用最為廣泛的改性瀝青，由于供不應(yīng)求，導(dǎo)致SBS改性瀝青價(jià)格逐年攀升，最終致使瀝青路面修筑成本越來(lái)越高。近年來(lái)，有人開(kāi)始關(guān)注硅藻土、湖瀝青、巖瀝青等無(wú)機(jī)類改性瀝青技術(shù)[6-8]。過(guò)去，人們通常把無(wú)機(jī)礦料視作一種惰性材料，其多數(shù)被當(dāng)作填充料使用，而人們對(duì)于無(wú)機(jī)礦料的吸附和分散作用沒(méi)有深入認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)礦料與瀝青之間存在的界面化學(xué)作用缺乏深入研究。對(duì)于硅藻土而言，其特殊的微觀構(gòu)造使其具有良好的吸附和分散效果，當(dāng)與瀝青結(jié)合后，瀝青膜的吸附能力和粘韌性便可以得到提高，集料表面瀝青膜厚度會(huì)得到增加，混合料的路用性能也能得到改善，如抗車轍性能、水穩(wěn)定性和抗老化性能等。近幾年來(lái)，硅藻土改性瀝青在國(guó)內(nèi)也已經(jīng)得到應(yīng)用，如重慶向黃路、國(guó)道320線2級(jí)公路(芒瑞段)和國(guó)道326線2級(jí)公路。應(yīng)用結(jié)果表明，硅藻土改性瀝青混合料可提高瀝青路面的摩擦系數(shù)和高溫穩(wěn)定性等路用性能。本文以改進(jìn)型硅藻土AC-16瀝青混合料為研究對(duì)象，通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)來(lái)研究不同改進(jìn)型硅藻土摻量下瀝青混合料的水穩(wěn)定性能和高溫穩(wěn)定性等路用性能。

1改進(jìn)型硅藻土AC-16瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1級(jí)配組成設(shè)計(jì)

進(jìn)行路用性能試驗(yàn)前，應(yīng)先進(jìn)行瀝青混合料配合比的設(shè)計(jì)，包括級(jí)配組成設(shè)計(jì)和瀝青用量確定2方面。按AC-16瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的1#、2#集料采用三棵樁石場(chǎng)生產(chǎn)的碎石，3#集料采用頭酒房石場(chǎng)生產(chǎn)的碎石。礦粉采用三棵樁石場(chǎng)生產(chǎn)的礦粉，礦粉摻量為2%。硅藻土采用四川省宏輝科技有限公司提供的材料。集料密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。各檔集料(I檔：5～15 mm；II檔：3～5 mm；III檔：0～3 mm)和篩分結(jié)果見(jiàn)表2，試驗(yàn)方法參照J(rèn)TG E42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。

表1　集料密度試驗(yàn)結(jié)果

表2　集料篩分結(jié)果

根據(jù)礦料篩分結(jié)果，按照J(rèn)TG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》設(shè)計(jì)AC-16瀝青混合料配合比。本次試驗(yàn)優(yōu)選3種礦料級(jí)配，即級(jí)配1、級(jí)配2和級(jí)配3。各種礦料用量見(jiàn)表3，合成級(jí)配見(jiàn)表4，且各合成級(jí)配均滿足規(guī)范的要求。

表3　AC-16瀝青混合料3種級(jí)配的礦料比例

采用上述3種AC-16瀝青混合料礦料級(jí)配和4.7%油石比，雙面各擊實(shí)75次成型3組馬歇爾試件，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出，級(jí)配1、級(jí)配2和級(jí)配3各項(xiàng)體積指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。因此，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果和工程經(jīng)驗(yàn)，最終選擇了級(jí)配2為最佳級(jí)配方案進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

1.2瀝青用量確定

基質(zhì)瀝青采用韓國(guó)雙龍70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，其各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均滿足JTG F40—2004的要求。AC-16瀝青混合料按級(jí)配3礦料摻配，選用5種不同的油石比，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

結(jié)合表6數(shù)據(jù)，根據(jù)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法可計(jì)算得到最佳瀝青用量初始值為4.54%，最佳瀝青用量中值為4.65%，故平均油石比為4.6%。以最佳油石比為4.6%成型馬歇爾試件，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表4　AC-16瀝青混合料礦料合成級(jí)配

表5　AC-16瀝青混合料礦料3個(gè)級(jí)配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表6　AC-16瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表7　AC-16瀝青混合料馬歇爾最佳油石比試驗(yàn)結(jié)果

2路用性能試驗(yàn)

采用硅藻土摻量分別為0、11%、13%、15%、17%的硅藻土改性瀝青配制混合料，硅藻土摻量為硅藻土質(zhì)量占瀝青質(zhì)量的百分比。硅藻土添加采用濕法拌和，方法如下：先將基質(zhì)瀝青加熱到約160 ℃，然后按照各自比例將硅藻土加入到基質(zhì)瀝青中，并攪拌約10 min，待硅藻土顆粒和瀝青充分融合并均勻分散后即可使用。

2.1浸水馬歇爾試驗(yàn)

浸水馬歇爾試驗(yàn)采用JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的方法，目的就是對(duì)硅藻土改性瀝青混合料抗剝落性能進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8　硅藻土改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

注：硅藻土摻量按瀝青質(zhì)量計(jì)算。下同。

從表8數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)硅藻土摻量小于13%時(shí)，隨著硅藻土摻量的增加，混合料標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度和浸水殘留穩(wěn)定度均逐漸提高，但增加幅度不大；當(dāng)硅藻土摻量達(dá)到15%時(shí)，混合料標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度和浸水殘留穩(wěn)定度開(kāi)始減小，說(shuō)明此時(shí)硅藻土摻量過(guò)多，已對(duì)混合料路用性能產(chǎn)生負(fù)面影響；而當(dāng)硅藻土摻量為17%時(shí)，馬歇爾試件浸泡于60 ℃水中48 h后出現(xiàn)松散和掉?，F(xiàn)象，試件完整性受到破壞，故該組摻量的試件直接報(bào)廢，殘留穩(wěn)定度直接定為0。

2.2凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)按照J(rèn)TG E20—2011規(guī)定的方法進(jìn)行，可驗(yàn)證硅藻土改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。鑒于浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，凍融劈裂試驗(yàn)硅藻土最大摻量調(diào)整為15%，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9　硅藻土改性瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從表9數(shù)據(jù)可以看出，摻入硅藻土后，馬歇爾試件浸水前和浸水后的劈裂強(qiáng)度均有所降低，表明在瀝青混合料中摻入硅藻土后，其間接抗拉強(qiáng)度有所降低。但是，隨著硅藻土摻量的增加，劈裂強(qiáng)度比有所提高，表明硅藻土的加入對(duì)混合料的水穩(wěn)定性有一定改善作用。

2.3車轍試驗(yàn)

對(duì)于硅藻土改性瀝青混合料的高溫性能采用車轍試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)方法參考JTG E20—2011規(guī)定的方法進(jìn)行。本次試驗(yàn)僅驗(yàn)證了硅藻土摻量為13%時(shí)AC-16瀝青混合料的抗車轍性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10　硅藻土AC-16改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

車轍試驗(yàn)后觀察試件發(fā)現(xiàn)，不摻硅藻土?xí)r，AC-16瀝青混合料車轍板表面輪跡明顯；而摻入13%硅藻土?xí)r，車轍板表面基本無(wú)輪跡。從表10數(shù)據(jù)可以看出，不摻硅藻土?xí)r，試件動(dòng)穩(wěn)定度為1 368次/mm；而摻入13%硅藻土?xí)r，試件動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到2 533 次/mm，比不摻硅藻土?xí)r的動(dòng)穩(wěn)定度提高了85%，說(shuō)明硅藻土的摻入顯著提高了瀝青混合料的高溫性能。

3結(jié)論

本文對(duì)改進(jìn)型硅藻土AC-16改性瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到如下結(jié)論。

1) 改進(jìn)型硅藻土可提高AC-16瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度、浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比；但摻入硅藻土后，馬歇爾試件的凍融劈裂強(qiáng)度有所降低，且隨著硅藻土摻量增加AC-16瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度降低越來(lái)越明顯。

2) 改進(jìn)型硅藻土能顯著提高AC-16瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，當(dāng)摻量為13%(占瀝青質(zhì)量)時(shí)其動(dòng)穩(wěn)定度提高了近85%。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]房軍，譚憶秋，李智慧，等.硅藻土改性瀝青低溫性能的研究[J].石油瀝青，2015(5)：26-29.

[2]朱東鵬，章金釗，陳建兵，等.多年凍土地區(qū)硅藻土改性瀝青混合料路用性能研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2013(4)：23-28.

[3]鮑燕妮.硅藻土改性瀝青研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005.

[4]鄧秋紅.硅藻土改性瀝青及其質(zhì)量控制技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

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Experimental Research on Mix Design and Road Performance of Improved Diatomite AC-16 Asphalt Mixture

LAI Hui

Abstract:With AC-16 asphalt mixture as the test object, this paper verifies water stability performance and high-temperature stability of asphalt mixture with different contents of improved diatomite via the test of road performance by means of improved diatomite modified asphalt as cementing agent. The results of test show that improved diatomite can improve standard Marshall stability, residual stability in immersion and frozen-thaw split strength ratio of AC-16 asphalt mixture. The frozen-thaw split strength after mixing of diatomite reduces, and reduction becomes more and more obvious with increase of dosage; improve diatomite can remarkably improve the high-temperature stability of AC-16 asphalt mixture, and its dynamic stability is improved by approximate 85% when dosage is 13% (in mass of asphalt).

Keywords:road project; diatomite modified asphalt; asphalt mixture; road performance

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.010

基金項(xiàng)目：交通運(yùn)輸部西部建設(shè)科技項(xiàng)目(2014 318 J15 070)

收稿日期：2016-01-22

作者簡(jiǎn)介：賴輝(1986-)，男，江西省贛州市人，碩士，工程師。

文章編號(hào)：1009-6477(2016)03-0039-04中圖分類號(hào)：U414.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A