石灰拌合方式對(duì)排水性瀝青混凝土的影響

陳 鵬

(重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶 402160)

石灰拌合方式對(duì)排水性瀝青混凝土的影響

陳 鵬

(重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶 402160)

研究評(píng)估何種添加石灰的方法和石灰含量多少可提高排水路面的性能。利用日本排水性鋪裝技術(shù)指針中建議的配比設(shè)計(jì)法，進(jìn)行排水瀝青混凝土的級(jí)配設(shè)計(jì)，確定其最佳瀝青含量后制作Marshall試件，并進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目包括透水系數(shù)試驗(yàn)、穩(wěn)定度流值試驗(yàn)、及不同浸泡天數(shù)(0、1、3、5、10 d)下的間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)和磨耗試驗(yàn)，比較不同添加石灰的方法和不同含量在排水級(jí)配之間的差異性及抗剝脫能力。試驗(yàn)結(jié)果顯示，就不同浸泡天數(shù)的間接抗拉強(qiáng)度而言，1%石灰含量較具有防剝的功效；就石灰拌入方式對(duì)于間接抗拉強(qiáng)度而言，建議先用石灰漿體拌合會(huì)有最佳的效果，干石灰加于濕潤(rùn)骨材上拌合效果也不錯(cuò)；且鹵化2 d的時(shí)間會(huì)比不鹵化直接拌合來(lái)的好;而較不好的方法為先加在冷骨材上，其大部分試驗(yàn)表現(xiàn)甚至比不添加石灰來(lái)的差；在穩(wěn)定度試驗(yàn)方面，干拌方法(同時(shí)拌合)其穩(wěn)定度比濕拌(加于濕潤(rùn)骨材上或是石灰漿體拌合)來(lái)的高。

石灰； 拌合方式； 瀝青； 道路工程

1 概述

水分對(duì)路面所造成的破壞，一直是路面設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要問(wèn)題[1，2]，過(guò)去歐、美、日各國(guó)均發(fā)展出排水性路面，排水路面其最獨(dú)特的性質(zhì)是級(jí)配中使用大量的粗骨材，大概占85%左右，以至于擁有15%～25%的高孔隙率，使水分能迅速的自路面排出[3]；因?yàn)閾碛懈呖紫堵剩瑸r青容易老化，造成剝脫現(xiàn)象[4]，而石灰為最經(jīng)濟(jì)且方便的防剝劑代表[5]；石灰的適當(dāng)添加方式和含量多少對(duì)抗水侵害能力的影響為本研究重點(diǎn)之一。

本研究比較不同添加石灰方式和不同石灰含量下對(duì)排水瀝青混凝土性質(zhì)的影響；采用添加方式有石灰先與水混合成漿體、石灰加于濕潤(rùn)骨材上、骨材加熱后石灰同時(shí)與瀝青一起添加、還有先添加于未加熱骨材上，前述兩種方式漿體和先濕潤(rùn)骨材再細(xì)分為有鹵化跟不鹵化，所以一共六種拌合方式。目的想要探討以下兩項(xiàng): ①石灰拌合方式對(duì)排水瀝青混凝土性能的影響； ②石灰含量多少的比較差異。

2 試驗(yàn)方法

本研究石灰添加使用方式有下列幾種方式:

A.代號(hào)C: 先將石灰與冷粒料混合，之后再一起加熱和瀝青拌合予以制成瀝青混凝土，此種過(guò)程，石灰落在粒料表面為填縫料的角色。

B.代號(hào)T: 在骨材加熱之后，在拌入瀝青時(shí)，同時(shí)也加入石灰(與烘干的熱骨材粒料一起拌合)模擬在拌合機(jī)里面一起拌合的情況，此種方法較為方便。

C.代號(hào)S: 先將石灰與水以3∶7的比例混合成漿體，再與粒料拌合之后，分為兩種處理方式：一種將石灰漿體處理后的粒料，靜置2 d，稱為所謂的鹵化(S — A)，以使石灰能與粒料充分作用；而另一種不鹵化(S — B)則為馬上加熱粒料拌合。

D.代號(hào)W: 骨材先添加6%的水，使骨材表面濕潤(rùn)之后，再添加石灰進(jìn)去，也是分為2種處理方式： ①將石灰處理后的粒料，靜置2 d，稱為所謂的鹵化(W — A)； ②不鹵化(W — B)則為馬上加熱粒料拌合。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 室內(nèi)透水試驗(yàn)結(jié)果分析

此研究針對(duì)所設(shè)計(jì)的馬歇爾試件進(jìn)行室內(nèi)透水試驗(yàn)，借此作為評(píng)估瀝青混凝土排水能力的指標(biāo)。其透水系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 拌合方式的透水試驗(yàn)結(jié)果(1代表加入1%石灰)Table1 Permeabilitytestresultsofmixingway下列拌合方式透水系數(shù)/(cm·s-1)T+1C+1W-B+1W-A+1S-B+1S-A+10%0．0970．09080．0940．10080．10390．10350．088

在相同加入1%石灰下，數(shù)據(jù)顯示，對(duì)透水系數(shù)并沒(méi)有很明顯的影響，透過(guò)變異數(shù)分析結(jié)果顯示，方式不同之間并不會(huì)造成顯著差異。結(jié)果如表2所示。

表2 不同拌合方式對(duì)透水系數(shù)的ANOVATable2 DifferentwaysofmixofpermeablecoefficientANOVA變?cè)碨S自由度MSFP值臨界值組間0．00074650．0001492．919960．23443．105875組內(nèi)6．12E-04125．1E-05———總和0．0013617————

針對(duì)不同含量用同時(shí)拌合的方式，加入1%提高了一點(diǎn)點(diǎn)透水能力，但隨著加到2%、3%卻是下降，但趨勢(shì)并沒(méi)有很明顯(見表3)；然后比較石灰添加量多少(0、T+1、T+2、T+3)與透水系數(shù)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有顯著的變化，顯示石灰含量對(duì)于透

表3 透水試驗(yàn)結(jié)果(不同石灰含量)Table3 Permeabletestresults下列石灰含量的透水系數(shù)/(cm·s-1)0%T+1T+2T+30．0880．0970．09330．089

水的能力無(wú)明顯的影響。變異數(shù)分析結(jié)果見表4。

表4 不同石灰含量對(duì)透水系數(shù)的ANOVATable4 DifferentlimecontentofpermeablecoefficientANOVA變?cè)碨S自由度MSFP值臨界值組間0．00023837．93E-053．989490．096474．06618組內(nèi)1．79E-0582．24E-06———4總和0．00025611————

3.2馬歇爾穩(wěn)定度、流值試驗(yàn)結(jié)果分析

穩(wěn)定度為試件破壞時(shí)所能承受最大荷載，穩(wěn)定度越大代表瀝青黏度大、骨材較具有多角性，即內(nèi)磨擦力大。而流值則代表混合料的塑性高低，在交通荷載下產(chǎn)生永久變形的程度。流值是在穩(wěn)定度試驗(yàn)時(shí)，量測(cè)試件受最大荷載時(shí)的垂直變形。對(duì)于本研究所測(cè)得的穩(wěn)定度、流值試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由試驗(yàn)結(jié)果得知:石灰添加方式對(duì)于穩(wěn)定度影響有明顯差異；而且添加石灰1%比沒(méi)加石灰的確會(huì)增加其穩(wěn)定度；對(duì)于加入水分方式先濕潤(rùn)骨材和石灰漿體的穩(wěn)定度都比較偏低，鹵化過(guò)后更加會(huì)降低其值,可能水分跟骨材反應(yīng)過(guò)久所造成。而無(wú)水

表5 不同拌合方式的穩(wěn)定度、流值試驗(yàn)結(jié)果Table5 Testresultsofdifferentmixingways名稱T+1C+1W-B+1穩(wěn)定度/kN5．565．094．24流值/mm3．533．464．58W-A+1S-B+1S-A+10%3．714．564．083．884．753．884．053．98

分的同時(shí)拌合和先加在冷骨材上的方式穩(wěn)定度較高，推測(cè)原因可能為水分進(jìn)入骨材后可能影響其內(nèi)磨擦力變小，會(huì)使得所能承受最大荷載(穩(wěn)定度)變低；而同時(shí)拌合的方式穩(wěn)定度最大。而其對(duì)于不同添加方式對(duì)穩(wěn)定度的變異數(shù)分析如表6所示。

表6 不同拌合方式對(duì)穩(wěn)定度的ANOVATable6 DifferentmixingwaysforstabilitydiagramANOVA變?cè)碨S自由度MS拌合方式54399．42510879．88組內(nèi)761．56126．9167總和55160．9211—FP值臨界值85．724621．7E-054．387374——————

在添加不同含量方面，選擇穩(wěn)定度最高的方式(同時(shí)拌合)來(lái)添加，發(fā)現(xiàn)添加含量越多時(shí)，穩(wěn)定度有逐漸上升的趨勢(shì),但上升幅度并不顯著(見圖1)。

圖1 石灰添加量與穩(wěn)定度關(guān)系圖(同時(shí)拌合)Figure 1 lime content and stability diagram (mixing) at thesame time

3.3 間接和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

本研究以6種不同方式拌合的排水性瀝青混凝土，量測(cè)各組瀝青混凝土間的間接抗拉強(qiáng)度。間接抗拉強(qiáng)度結(jié)果如圖2所示，發(fā)現(xiàn)漿體和濕潤(rùn)骨材的方法都可提高間接抗拉強(qiáng)度，尤其是鹵化過(guò)后數(shù)值更高。而漿體鹵化過(guò)后的方式值最高。同時(shí)拌合方式效果不錯(cuò)，而冷拌骨材結(jié)果竟然比沒(méi)加石灰還低，這可能此方式對(duì)抗剝脫比較沒(méi)幫助。方式最好的為鹵化過(guò)后的方法，但若考慮方便性和骨材間粘結(jié)能力的表現(xiàn)，其實(shí)同時(shí)拌合為2者兼具的解決之道。而從表7可以看出：拌合方式對(duì)于間接抗拉強(qiáng)度確實(shí)有顯著的影響。

圖2 石灰拌合方式與間接抗拉強(qiáng)度關(guān)系圖Figure 2 Lime mixing method and indirect tensile strengthdiagram

表7 不同拌合方式對(duì)間接抗拉強(qiáng)度的ANOVATable7 DifferentwaysofmixofindirecttensilestrengthANOVA變?cè)碨S自由度MS組間10．8944552．17889組內(nèi)6．4758120．53965總和17．3702517—FP值臨界值4．0375980．0221353．105875——————

而由圖3可看出：考慮實(shí)驗(yàn)的方便與經(jīng)濟(jì)性，選擇方式為同時(shí)拌合，發(fā)現(xiàn)所加石灰含量愈多，其間接抗拉強(qiáng)度值逐漸增高，證明石灰的確可增加其抗剝脫的能力。

圖3 石灰添加量與間接抗拉強(qiáng)度關(guān)系圖(同時(shí)拌合)Figure 3 Lime content and indirect tensile strength diagram(mixing)at the same time

3.4 浸泡天數(shù)不同的間接抗拉強(qiáng)度分析

本研究的浸水剝脫試驗(yàn)，乃將試件浸泡于60 ℃水中，各0、1、3、5、10 d后取出于25 ℃下養(yǎng)護(hù)24 h后進(jìn)行間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，比較在各種不同方式且都添加1%石灰下，不同浸泡天數(shù)對(duì)于排水性瀝青混凝土有何影響，其損失率又是多少。

由試驗(yàn)結(jié)果可以得知：不同方式的各組試件在經(jīng)過(guò)浸泡之后間接抗拉強(qiáng)度都明顯下降，但下降趨勢(shì)有些許不同。如圖4所示，由于起始第0天間接抗拉強(qiáng)度值已明顯不同，造成拌入方式對(duì)其值下降程度有些差異。若是加以比較，漿體鹵化方式從起初到最后的值都為最高，且鹵化間接抗拉強(qiáng)度損失后的值都比同期未鹵化來(lái)的高，倒是未加石灰的那組雖然一開始間接抗拉強(qiáng)度值比冷拌粒料高，但下降趨勢(shì)卻是比冷拌粒料下降還快。而表8拌合方式和浸泡天數(shù)對(duì)于間接抗拉強(qiáng)度的雙變異數(shù)分析顯示兩種因素對(duì)間接抗拉強(qiáng)度都有顯著影響。

圖4 不同浸泡天數(shù)的間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(1%石灰)Figure 4 Indirect tensile strength test results

表8 拌合方式與浸泡天數(shù)對(duì)間接抗拉強(qiáng)度的雙變異數(shù)分析Table8 Mixingwayandsoakdaysdoublevarianceanalysisoftheindirecttensilestrength變?cè)碨S自由度MSFP值臨界值浸泡天數(shù)10．2271142．556778216．78023．65E-162．866081添加方式20．709354．141859351．17379．17E-192．710891錯(cuò)誤0．235887200．011794———總和31．172329————

由圖5所示，漿體、濕潤(rùn)骨材和同時(shí)拌合的損失率都較小，為不錯(cuò)的方法。但特別注意同時(shí)拌合方式在第4天時(shí)突然損失率變大和冷拌骨材的方式也同為第4天損失率的斜率突然變大，推論浸泡4 d后為浸泡關(guān)鍵的天數(shù)，也就是石灰發(fā)揮防剝效用最明顯的時(shí)候；當(dāng)?shù)竭_(dá)第5天時(shí)候到第10天，損失率已達(dá)到穩(wěn)定平緩的趨勢(shì)。而由圖6看出：不同比例的石灰對(duì)于不同浸泡天數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)只有在加入1%石灰時(shí)，間接抗拉強(qiáng)度明顯增加較多，加到2%石灰對(duì)于浸水后間接抗拉強(qiáng)度沒(méi)有特別明顯增加，但3%石灰量就有較高的間接抗拉強(qiáng)度值，間接抗拉強(qiáng)度值下降幅度大約第4天時(shí)下降最快。

若來(lái)看損失率，如圖7所示，沒(méi)添加石灰損失率最大，添加1%石灰于前期1 d損失率較2%小，中期差不多，到后期浸水10 d后的損失率，也不會(huì)差異很大。所以石灰含量1%有較理想表現(xiàn)；而添加3%并沒(méi)有比1%和2%的抗剝脫能力來(lái)的好，添加1%為最適當(dāng)含量。

3.5 Cantabro磨耗試驗(yàn)分析

磨耗率試驗(yàn)的目的主要在評(píng)估瀝青混凝土的抗磨損能力，結(jié)果如圖8所示，顯示漿體拌合且鹵化的磨耗率最低，且鹵化效果都比未鹵化好，而漿體拌合都比濕潤(rùn)骨材磨耗率來(lái)的少，而磨耗率最高則為先拌合于冷骨材里面的方式，推石灰此時(shí)在這角色為填縫骨材，而非原本扮演的防剝劑角色；而從變異數(shù)分析看來(lái)(見表9)，信心水平95%下，拌合方式的確對(duì)排水級(jí)配有明顯的影響差異。

圖7 不同石灰含量的間接抗拉強(qiáng)度損失率關(guān)系圖Figure 7 Indirect tensile strength loss rate of different contentof lime diagram

圖8 拌合方式與磨耗率關(guān)系圖Figure 8 Mixing way and the wear rate diagram

表9 拌合方式對(duì)磨耗率的變異數(shù)分析Table9 Varianceanalysisofthewearratemixingway變?cè)碨S自由度MSFP值臨界值組間434．0383586．80767117．74979．08E-103．105875組內(nèi)8．846667120．737222———總和442．88517————

3.6 試驗(yàn)結(jié)果匯整

比較各種不同拌合方式在各種試驗(yàn)結(jié)果的成效，根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，匯整出表10。由表10可以看出:拌合方式除了透水系數(shù)試驗(yàn)無(wú)明顯差異外，其他試驗(yàn)結(jié)果都差異明顯。而漿體鹵化方式(S — A)，除了穩(wěn)定度表現(xiàn)較差，間接抗拉強(qiáng)度抗剝脫能力跟磨耗表現(xiàn)都是最好，但是在冷拌骨材方法中，除了穩(wěn)定度較好之外，浸水剝脫和磨耗試驗(yàn)都最不理想。

表10 不同拌合方式對(duì)于各項(xiàng)試驗(yàn)的結(jié)果整理Table10 Theresultofthedifferentwaysofmixforeachtest試驗(yàn)拌合方式S-AS-BW-AW-BTC透水系數(shù)343332間接抗拉強(qiáng)度645231浸水剝脫645231穩(wěn)定度241365磨耗試驗(yàn)645321總分232019131710

表中的分?jǐn)?shù)以一分到六分區(qū)格，表現(xiàn)最理想的為六分，普通為3分，最差的則為一分。若是考慮方便性，同時(shí)拌合方式(T)總和分?jǐn)?shù)比濕潤(rùn)骨材但未鹵化(W-B)還高，總和表現(xiàn)不錯(cuò)。

4 結(jié)論與建議

① 排水瀝青混凝土以不同浸泡天數(shù)模擬路面長(zhǎng)期受水侵害的影響，以添加1%石灰的間接抗拉強(qiáng)度損失量低于其它添加含量的值，所以以長(zhǎng)期受水侵害而言，添加1%石灰于排水瀝青混凝土的間接抗拉強(qiáng)度部份有較理想的表現(xiàn)。

② 綜合試驗(yàn)表現(xiàn)，比較添加不同含量的浸水剝脫試驗(yàn)，在浸水第5天當(dāng)時(shí)，間接抗拉強(qiáng)度下降最快，而到后期第10天，間接抗拉強(qiáng)度下降的值已經(jīng)到達(dá)底限，趨于平緩。

③ 從透水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同添加石灰的方式和不同石灰含量，上述兩種因素都不會(huì)對(duì)透水系數(shù)有顯著影響。

④ 添加石灰方式對(duì)穩(wěn)定度有顯著影響，同時(shí)拌入和冷拌骨材的添加方式其穩(wěn)定度都較高，對(duì)于加入水分方式的先濕潤(rùn)骨材(W)和石灰漿體(S)的穩(wěn)定度都比較偏低；鹵化過(guò)后更加會(huì)降低其值，可能水分跟骨材反應(yīng)過(guò)久所造成。推測(cè)可能是水分進(jìn)入骨材后可能影響其內(nèi)磨擦力變小，會(huì)使得所能承受最大荷載(穩(wěn)定度)變低；而同時(shí)拌合(T)的添加方式穩(wěn)定度最大。

⑤ 石灰拌入方式對(duì)于不同浸泡天數(shù)下的間接抗拉強(qiáng)度有顯著影響。就不同浸泡天數(shù)下間接抗拉強(qiáng)度損失率而言，石灰漿體鹵化<濕潤(rùn)骨材鹵化<漿體不鹵化<同時(shí)拌合<濕潤(rùn)不鹵化<加于冷拌骨材，所以對(duì)于最佳添加方式，建議先與石灰漿體先拌合;若是考慮方便性，同時(shí)拌合也為不錯(cuò)的方法。

⑥ 綜觀試驗(yàn)結(jié)果，從磨耗試驗(yàn)或浸水剝脫試驗(yàn)來(lái)看，添加方式都是鹵化效果比不鹵化好，且石灰漿體會(huì)比加于濕潤(rùn)骨材上來(lái)的效果更理想，但先添加于冷骨材的力學(xué)性質(zhì)甚至于比不添加石灰還要差，為較不好的添加方式，推測(cè)石灰添加在冷骨材上為填縫料角色，而失去防剝劑的功能。

⑦ 未來(lái)建議進(jìn)一步研究不同添加石灰的方式應(yīng)用添加于再生排水瀝青混凝土，對(duì)于石灰的拌合方式，建議不同鹵化烘干時(shí)間，看時(shí)間長(zhǎng)短是否對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較佳的表現(xiàn)；還有加壓浸水剝脫試驗(yàn)都可以深入研究其差異性。

[1] 邢明亮.排水路面瀝青混合料的膠漿特性與礦料組成研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2010.

[2] 張娟,靳永崗,劉健.排水路面混合料(OGFC-13)配合比設(shè)計(jì)和路用性能研究[J].石油瀝青,2012(02):4-8.

[3] 吳德軍.排水性瀝青路面防裂材料及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2012.

[4] M. Emin Kutay,Ahmet H. Aydilek,Eyad Masad,Thomas Harman.Computational and experimental evaluation of hydraulic conductivity anisotropy in hot-mix asphalt[J].International Journal of Pavement Engineering,2007(1):6-12.

[5] 易軍艷.基于界面行為的多孔瀝青混合料凍融損傷特性研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012.

Effects of Adding Lime Methods on Porous Asphalt Concrete

CHEN Peng

(Chongqing Water Power Vocational Technology College,Chongqing 402160,China)

This research method of adding lime to assess what and how much lime content can improve the drainage of pavement performance.This research use Japan and pavement drainage technology pointer suggested in proportioning design method, the gradation design of drainage asphalt concrete, to determine the optimum asphalt content after making Marshall specimen, and various performance tests are carried out.Test items include permeable coefficient test, stability, flow value test, or in different number of days (0, 1, 3, 5, 10 days) of the indirect tensile strength test and wear test, add lime to compare different methods and different content differences between drainage grading and stripping resistance.Test results show that in terms of different soaking days of indirect tensile strength, the effect of anti stripping from 1% lime content is;Will stir in lime method for the indirect tensile strength, suggest to use lime slurry mixing will have the best effect, dry lime on moist and good mixing effect on aggregate;And two days is better than no halide halide directly mixing to good;And cold is a bad method first on aggregate, the majority of its fared even worse than not add lime to test;In terms of stability test, dry mixing method (mixing) at the same time its stability specific humidity mixing (on wet aggregate or lime slurry mixing) to high.

lime; mixing way; asphalt; road engineering

2015 — 06 — 11

陳 鵬(1981 — )，男，重慶永川人，講師，從事建筑結(jié)構(gòu)、橋隧與隧道工程研究.

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0289 — 05