NSP-Ⅱ型水泥改性乳化瀝青膠漿改進(jìn)的研究

張峰寧，王延寧，呂正宗

(汕頭大學(xué) 土木與環(huán)境工程系，廣東 汕頭 515063)

0 前 言

目前國(guó)內(nèi)路面主要使用熱拌瀝青路面，熱拌瀝青散發(fā)出的苯并芘等為致癌物，對(duì)筑路工人的生命健康造成重大威脅，若改用溫拌瀝青或冷拌瀝青可以解決這一問(wèn)題[1-4]。與傳統(tǒng)的熱拌瀝青相比，乳化瀝青混合料存在強(qiáng)度較低[5]和空隙率較高等問(wèn)題[6]。由于乳化瀝青混合料中存有水，因此，也存在抗水損害能力低和耐久性差等問(wèn)題[7]。所以，在實(shí)際工程中乳化瀝青混合料很少作為重要交通路面的結(jié)構(gòu)層使用[8-9]。

呂正宗[10]首次嘗試將快裂型陽(yáng)離子乳化瀝青使用萘系減水劑進(jìn)行預(yù)處理。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的快裂型陽(yáng)離子乳化瀝青受到萘系減水劑分子的保護(hù)，得以與水泥顆粒穩(wěn)定拌和而不破乳，待水被消耗干凈后，乳化瀝青微胞才會(huì)發(fā)生破乳反應(yīng)，還原成瀝青膠泥[10]，得到了不同于傳統(tǒng)意義上的CAC。何苗苗[11]繼續(xù)呂正宗的研究，探索可用作結(jié)合料的CAM，并得到了NSP-Ⅱ型CAM(C/A=0.8，NSP/A=0.03)但由于所用乳化瀝青屬于中裂型陽(yáng)離子乳化瀝青，存在通車(chē)時(shí)間過(guò)久的問(wèn)題(20 h齡期仍有車(chē)轍存在)。為了能使NSP-Ⅱ型CAM更有可行性，需要縮短其齡期，以縮短施工時(shí)間。根據(jù)呂正宗研究：可以通過(guò)增大C/A值來(lái)縮短CAC強(qiáng)度形成的齡期。但將C/A從0.8增加到1.0，并沿用原來(lái)的配制方法，得到新型CAM后，發(fā)現(xiàn)新型CAM與集料拌和形成的車(chē)轍試板出現(xiàn)了乳化瀝青破乳的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)，也發(fā)現(xiàn)CAC的馬歇爾穩(wěn)定度存在過(guò)低的問(wèn)題。

在一次偶然的試驗(yàn)中，研究者發(fā)現(xiàn)了CAM拌合完畢后靜置十余分鐘后CAM性狀發(fā)生較大改變，再經(jīng)攪拌后的CAM與集料拌和形成的車(chē)轍試板便不會(huì)出現(xiàn)破乳現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)馬歇爾試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)靜置后的CAM與集料拌和形成的CAC的馬歇爾穩(wěn)定度有了顯著的提升。為了得到穩(wěn)定高性能的CAM和CAC，需要對(duì)CAM后的靜置時(shí)間的確定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，并將制成的CAC各方面性能進(jìn)行測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)材料

本研究所用乳化瀝青選用陽(yáng)離子中裂型，購(gòu)自維龍石化有限公司。

水泥采用廣州塔牌股份有限公司的P·Ⅱ型硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為P·O42.5。

本研究所用超塑化劑為購(gòu)自汕頭市匯強(qiáng)外加劑有限公司所提供的萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽(Sulphonated Naphthalene Formaldehyde condensates，SNF)，其外表為褐黃色，呈粉末狀，易溶于水，液體為棕褐色黏稠液，本研究使用30%濃度的SNF水溶液進(jìn)行試驗(yàn)，作為乳化瀝青與水泥直接拌和的預(yù)處理藥劑。集料選用潮汕地區(qū)的花崗巖人工破碎集料，實(shí)驗(yàn)級(jí)配參照表1。

表1 試驗(yàn)級(jí)配

2 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

本研究分為兩個(gè)步驟，首先確定CAM所需靜置時(shí)間。因發(fā)現(xiàn)靜置一段時(shí)間后，能夠得到性能較好的CAM，所以可以利用方差分析，以3 min為步長(zhǎng)，根據(jù)28 d齡期CAC的馬歇爾穩(wěn)定值是否與長(zhǎng)期靜置的CAM配制的CAC存在顯著差異來(lái)確定。第二階段為測(cè)定新型CAM拌合而成的CAC的馬歇爾穩(wěn)定值、流值、間接張力強(qiáng)度，比重、肯塔堡飛散磨損比，并與對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比。本研究所用試件采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，使用馬歇爾擊實(shí)儀連續(xù)雙面擊實(shí)75次。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)試驗(yàn)及兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的結(jié)果(如表2)可知，在置信區(qū)間95%以上時(shí)，8 min和11 min的28 d馬歇爾穩(wěn)定值與能夠得到的最佳CAM拌和而成的28 d齡期馬歇爾穩(wěn)定值無(wú)顯著差異。所以在制備CAM時(shí)，攪拌完畢后靜置8～11 min較為合適。從試驗(yàn)分析的角度上來(lái)看，6～7 minCAM會(huì)出現(xiàn)硬化的過(guò)程，結(jié)合數(shù)據(jù)，可以認(rèn)為CAM硬化這一過(guò)程是提升CAC強(qiáng)度的決定性因素。

表2 使用t檢驗(yàn)確定CAM靜置時(shí)間

間接張力強(qiáng)度主要評(píng)估瀝青混凝土低溫抗裂性以及間接反映其抗水剝脫的性質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，SMCA各個(gè)齡期的間接張力強(qiáng)度為0.6～1.36 MPa，而SMA 間接張力強(qiáng)度為0.23 MPa。其中在1、7、14、28 d分別達(dá)到SMA的2.61倍、3.35倍、5.09倍、5.91倍。最主要的加強(qiáng)齡期是前14 d，14 d齡期的間接張力強(qiáng)度可以達(dá)到28 d齡期的86%。

圖1 SMCA與SMA的間接張力強(qiáng)度比較

由圖2可知，SMCA各個(gè)齡期的馬歇爾穩(wěn)定值為23.88 kN～50.90 kN，而級(jí)配相近的SMA馬歇爾穩(wěn)定值為10.95 kN，SMCA的馬歇爾穩(wěn)定值在1 d、7 d、14 d、28 d分別達(dá)到SMA的2.18倍、3.52倍、4.36倍、4.65倍。此外，SMCA在前7 d發(fā)展最為迅速，可以達(dá)到28 d馬歇爾穩(wěn)定值的70%以上。由圖3知，SMCA的流值約為SMA的40%～80%，在1.528～2.706 mm。

圖2 SMCA與SMA馬歇爾穩(wěn)定值比較

圖3 SMCA與SMA流值的比較

根據(jù)比重測(cè)定，SMCA的平均比重為2.178，SMA的平均比重為2.375；根據(jù)肯塔堡飛散實(shí)驗(yàn)結(jié)果，SMCA的磨耗率為5.95，SMA的磨耗率為4.79?？梢钥闯觯琒MCA比重比SMA更小8%，是一種輕量化的路面材料，而耐磨耗能力較SMA有所下降，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)肯塔堡飛散試驗(yàn)后，SMCA較SMA多損失了24%的質(zhì)量。

4 結(jié) 論

1)新型膠漿保證高性能的掛件在于拌和后的硬化效應(yīng)，理想靜置時(shí)間為8～11 min。

2)SMCA的馬歇爾穩(wěn)定值、間接張力強(qiáng)度均優(yōu)于SMA兩倍以上。而流值有所降低，這體現(xiàn)SMCA的變形能力不如SMA。表明SMCA相比于SMA表現(xiàn)出剛性的性質(zhì)。

3)相比于SMA，SMCA是一種輕型材料，但耐磨能力較SMA差。

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