新型瀝青混合料改性劑的試驗研究

(湖南省湘筑工程有限公司， 湖南 長沙 410004)

新型瀝青混合料改性劑的試驗研究

李欣

(湖南省湘筑工程有限公司， 湖南 長沙 410004)

改善瀝青混凝土路面高溫穩(wěn)定性的方法有多種，較為常用的有瀝青改性和添加抗車轍劑等方法，但這2種方法都有成本較高、工藝復(fù)雜等問題。LY新型瀝青混合料改性劑，為改善路面高溫穩(wěn)定性提供了一種新思路。介紹了LY新型瀝青混合料改性劑的特點、配合比設(shè)計及路用性能試驗。

瀝青混合料； 高溫穩(wěn)定性； LY改性劑

0 前言

近年來，隨著交通量的迅猛增長和汽車重載現(xiàn)象的增加，越來越多的瀝青混凝土路面在夏季高溫時出現(xiàn)車轍、推移等破壞現(xiàn)象，對道路行車安全造成極大威脅。因此，提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性為現(xiàn)今瀝青混凝土路面的趨勢。在傳統(tǒng)的瀝青改性工藝中，存在生產(chǎn)能耗高、運輸困難等局限，而大部分抗車轍劑的使用成本較高，在推廣使用過程中也有限制。LY新型瀝青混合料改性劑則是綜合兩者優(yōu)勢的基礎(chǔ)上的一種解決高穩(wěn)定性瀝青混合料成本高、使用不便等問題的產(chǎn)品。本文將通過一系列試驗，驗證其性能的可靠性，為在即將開工的高速公路上應(yīng)用該產(chǎn)品提供理論支持。

1 LY簡介

LY新型瀝青混合料改性劑是一種以硬質(zhì)瀝青為基礎(chǔ)，通過添加工業(yè)廢渣和其他添加劑，經(jīng)過特殊工藝的處理，生產(chǎn)而得一種具有低成本、高性能的瀝青混合料添加劑。其具有諸多特點如下。

1) 粘結(jié)力提高20%～30%以上。

LY新型瀝青混合料改性劑在140 ℃以上高溫融化后，在拌合過程中均勻地裹覆在骨料上，形成粘附性極強的一層薄膜。在基質(zhì)瀝青加入到拌缸后，LY薄膜和基質(zhì)瀝青粘附一起形成極強的粘附力，在混合料冷卻后，轉(zhuǎn)換成極強的瀝青混合料間結(jié)構(gòu)力，從而使得其馬歇爾穩(wěn)定度大大提高。

2) 提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

摻加了LY的瀝青混合料，因LY、石料和瀝青的相互作用，形成的結(jié)構(gòu)力在高溫情況下能夠不易變形，故其穩(wěn)定性有顯著的提高，抗車轍性能比改性瀝青的提高1～3倍(一般在6000次/mm以上，改性瀝青混合料在3000次/mm左右)左右。

3) 提高了瀝青與石料的和易性，對石料的酸堿性要求降低。

LY在和骨料均勻拌合后裹覆在骨料上，從而形成強大的粘附力，其能很好抵抗不利條件對它的影響。同時，LY產(chǎn)品含有大量的氮、氧、有機硫等，使得瀝青極性增加，對石料的浸潤能力、粘附能力大大增強，在長時間高溫條件下，其粘附性還有增強趨勢，大大提高了LY瀝青混合料的抗水損害性能，同時，為堿性石料缺乏地區(qū)修筑高等級瀝青路面增加了新的技術(shù)途徑。

4) 節(jié)省15%～30%的基質(zhì)瀝青。

LY的原材料中本身就含有瀝青成分，在使用LY的同時，能夠減少15%～30%的基質(zhì)瀝青。

2 配合比設(shè)計

LY的使用比較簡單，其主要摻加在普通瀝青或SBS改性瀝青中，對瀝青起到改性和增強路用性能的作用。LY瀝青混合料的配合比設(shè)計和改性瀝青混合料的配合比設(shè)計方法一致，不改變現(xiàn)有的試驗方法和要求，唯一不同之處是在完成配合比設(shè)計后，根據(jù)LY摻量，同步減少配合比中瀝青的用量。本次LY瀝青混合料的瀝青采用A — 70普通瀝青，具體如下。

2.1 級配設(shè)計

本次研究采用AC — 16型級配，按照規(guī)范級配設(shè)計要求，各檔集料篩分結(jié)果如表1，具體摻配比例如表2所示，設(shè)計合成級配曲線如圖1。

表1 礦料篩分結(jié)果篩徑/mm通過率/%10～18mm5～10mm3～5mm0～3mm礦粉19100100100100100169721001001001001324431001001001009516932100100100475021510010010023602056016571001180204259466100060204177396100030204872719950150204622049840075020439127908

由表1的篩分結(jié)果，按AC — 16的級配要求設(shè)計本次合成級配，設(shè)計結(jié)果如表2，以此得級配設(shè)計曲線圖如圖1所示。

表2 級配設(shè)計結(jié)果表%摻配比例10～18mm5～10mm3～5mm0～3mm礦粉253017253

圖1 級配曲線圖

2.2 確定最佳瀝青用量

具體流程和方法如下：

1) 按照表2的配合比進行集料參配，定LY摻量為油石比的15%(LY使用范圍為油石比的15%～20%，具體使用時根據(jù)實際需求而定，為便于表述，后述簡用“A-70+LY”表示 LY瀝青混凝土)，同時減少15%的瀝青用量。

2) 混合料拌合溫度170～180 ℃，將加熱的粗細集料導(dǎo)入到拌合鍋中拌合。

3) 加入LY均勻拌合，隨后1～2 s加入70#瀝青，進行拌合60 s，然后加入礦粉拌合60 s。保持在要求的溫度內(nèi)拌合。

4)擊實溫度140～160 ℃。

5) 通過對試件物理指標、力學(xué)性能指標的測定，得出A — 70+LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果，見表3。

表3 不同油石比的A-70+LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果油石比/%毛體積密度/(g·cm-3)理論相對密度/(g·cm-3)空隙率/%40243726156814452471259647965024782577382855249525592506(4～6)VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mm142522132730135644139031137720134234136816145732(≥135)(65～75)(≥80)(15～40) 注：以上各項指標均為4個試件的算術(shù)平均值；括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

依據(jù)A — 70+LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果(表3)和試驗關(guān)系曲線，按照AC — 16馬歇爾配合比設(shè)計要求和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40 — 2004)中熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計方法，確定油石比范圍為4.53%～4.92%，綜合考慮，最后選取最佳油石比為4.8%(因LY主要成分為瀝青，故此量為實際油石比的量，即：實際A — 70瀝青用量為4.08%，LY為0.72%)。最佳油石比下，LY瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果見表4。

從表4結(jié)果可知，本次配合比結(jié)果滿足規(guī)范和技術(shù)的要求。

表4 LY—15%瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果油石比/%LY/%毛體積密度/(g·cm-3)理論相對密度/(g·cm-3)空隙率/%VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mm4807224772585419813669013334(4～6)(≥135)(65～75)(≥80)(15～40) 注：括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

3 路用性能試驗

為評價LY多功能瀝青混合料改性劑的路用性能，本試驗以瀝青用量最佳油石為4.8%，瀝青混合料膠接料分別采用：A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY(LY用量為油石比的15%)和SBS改性瀝青，進行瀝青混合料制件，進行瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和車轍試驗，通過試驗結(jié)果比對，檢驗和評價LY瀝青混合料的路用性能。

3.1 浸水馬歇爾試驗

將A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY和SBS改性瀝青等每種類型混合料定為一組，每組制備4個試件，按相關(guān)規(guī)范要求進行浸水馬歇爾試驗，所得試驗結(jié)果取VMA、VFA、穩(wěn)定度和流值的算術(shù)平均值，所得試驗結(jié)果如表5。

表5 3種不同的瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗結(jié)果混合料類型60℃，1h試驗數(shù)據(jù)60℃，48h試驗數(shù)據(jù)VMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mmVMA/%VFA/%穩(wěn)定度/kN流值/mm殘留穩(wěn)定度/%A—7013470311192913370994327843A—70+LY132716136833132713120234879SBS133711148536131717133937901

從以上試驗結(jié)果可知: 摻配A — 70+LY瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度為87.9%，比普通瀝青混合料的水穩(wěn)定性好些，但是略低于SBS改性瀝青混合料，但總體上滿足規(guī)范潮濕區(qū)普通瀝青混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于80%的要求，也滿足規(guī)范潮濕區(qū)改性瀝青混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于85%的要求。

3.2 凍融劈裂試驗

將A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY和SBS改性瀝青等每種類型混合料定為一組，每組制備8個試件，每組試件隨機取4個進行凍融循環(huán)試驗，4個不經(jīng)凍融循環(huán)，按相關(guān)規(guī)范要求進行劈裂破壞試驗，所得試驗結(jié)果取VMA、VFA、破壞最大荷載和劈裂抗拉強度等結(jié)果的算術(shù)平均值，以凍融前后的劈裂抗拉強度之比求得凍融劈裂抗拉強度比，以此評價瀝青混合料的水損壞性，所得試驗結(jié)果如表6。

表6 3種不同的瀝青混合料的凍融劈裂試驗結(jié)果混合料類型未經(jīng)凍融經(jīng)過凍融VMA/%VFA/%破壞最大荷載/N劈裂抗拉強度/MPaVMA/%VFA/%破壞最大荷載/N劈裂抗拉強度/MPa凍融劈裂抗拉強度比TSR/%A—701446421322713314265512893130980A—70+LY1456391109511114564010380104934SBS144645104761041456409541094906

從以上試驗結(jié)果可知，摻配LY — 15%的瀝青混合料的凍融劈裂試驗殘留強度比為93.4%，試驗結(jié)果優(yōu)于SBS改性瀝青，滿足規(guī)范潮濕區(qū)普通瀝青混合料凍融劈裂試驗殘留強度比大于75%的要求，也滿足規(guī)范潮濕區(qū)改性瀝青混合料凍融劈裂試驗殘留強度比大于80%的要求。

3.3 車轍試驗

將A — 70瀝青、A — 70瀝青+LY和SBS改性瀝青等每種類型混合料定為一組，制備瀝青混合料，每組制作3個試件，每個件制成尺寸為300 mm×300 mm×50 mm的標準混合料試件，在60 ℃的溫度下，監(jiān)測其動穩(wěn)定度，試驗結(jié)果如表7所示。

表7 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果混合料類型試樣編號總變形/mmDS/(次·mm-1)試驗結(jié)果平均值151231257A—702535617601378357811117419826429A—70+LY5182971596812620086848720635526SBS8231372416295922286117

從以上試驗結(jié)果可知： 摻配A — 70+LY的瀝青混合料的車轍動穩(wěn)定度為6812次/mm，試驗結(jié)果優(yōu)于SBS改性瀝青的6295次/mm，同時，和普通瀝青混合料相比， LY能夠起到極大提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性作用。

4 結(jié)論

綜上可知：

1) A — 70普通瀝青摻配LY多功能瀝青混合料改性劑能夠減少瀝青的用量，在瀝青價格較高時能夠節(jié)約一定的成本。

2) LY多功能瀝青混合料改性劑能夠提高普通瀝青混合料的水穩(wěn)定性，能夠達到規(guī)范對改性瀝青混合料的技術(shù)要求，但是提升效果弱于SBS改性劑。

3) LY多功能瀝青混合料改性劑能夠有效提升普通瀝青的高溫穩(wěn)定性，即使以15%油石比的摻量，其高溫穩(wěn)定性仍好于SBS改性瀝青。

因此，從本次試驗結(jié)果來看，LY多功能瀝青混合料改性劑各項指標都較優(yōu)秀，可以在實際工程上應(yīng)用。但作為一種新型瀝青混合料添加劑，其實際應(yīng)用效果需要通過在工程上的長期實際應(yīng)用來檢驗其使用效果。

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1008-844X(2017)03-0094-04

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2017-01-16

李 欣(1982-)，女，工程師，從事路橋項目管理工作。