DE改性瀝青及其混合料的路用性能研究-太粗啦太硬了受不了,國(guó)產(chǎn)精品青青操
de改性瀝青及其混合料的路用性能研究 摘要：研究了de改性劑的特點(diǎn)及其改性瀝青混合料的路用性能，并從改性原理上進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)該瀝青混合料的疲勞耐久性、高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性均有不同程度的提高，且通過(guò)工程實(shí)例得到了驗(yàn)證。表明de改性瀝青混合料有著較好的研究?jī)r(jià)值與推廣價(jià)值。 關(guān)鍵詞：硅改瀝青 de改性瀝青 硅藻土 瀝青混合料 路用性能 0 引言 關(guān)于瀝青與瀝青混合料性能的改善，已引起了的極大關(guān)注，采用橡膠類(lèi)、熱塑性橡膠類(lèi)和樹(shù)脂類(lèi)等各種聚合物的改性瀝青性能研究已成為當(dāng)今瀝青路面研究的一個(gè)熱門(mén)課題。我國(guó)在“八五”期間對(duì)pe、sbs、以及丁苯橡膠等改性技術(shù)進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究。對(duì)于用無(wú)機(jī)物進(jìn)行瀝青改性我國(guó)的研究非常有限，本文的de是云南生產(chǎn)的復(fù)合型硅改性劑，是一種無(wú)機(jī)的瀝青改性劑。硅改瀝青是美國(guó)在20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)的，曾在美國(guó)的卡爾加里、休斯頓、洛杉磯等地進(jìn)行了兩次大規(guī)模的應(yīng)用研究，當(dāng)時(shí)是將精選的硅藻土作為填料使用，路用效果良好。后來(lái)，德國(guó)在美國(guó)的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步改善，他們發(fā)現(xiàn)，用水洗法提純的硅藻土，許多對(duì)瀝青有害的雜質(zhì)，如粘土礦物、有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦、方解石等無(wú)法全部除掉，于是發(fā)明了“火法”工藝，使硅藻土的提純、活化、擴(kuò)容一次完成，這已不是純硅藻土，而是復(fù)合型的硅酸鹽。de是以硅酸鹽礦物為主要原料，采用德國(guó)下薩克森州v. d.k公司90年代的新技術(shù)與云南陸升的專(zhuān)利技術(shù)，通過(guò)對(duì)原料提純、改性、活化、擴(kuò)容、復(fù)合、偶聯(lián)等多道工序加工而成的。本文就de改性瀝青與瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對(duì)de改性的機(jī)理進(jìn)行探索。 1 de及de改性瀝青 1．1 de的物性及特點(diǎn) de改性瀝青分為ⅰ、ⅱ、ⅲ型，ⅰ型用于堿性瀝青混合料改性；ⅱ型用于基質(zhì)瀝青改性；ⅲ型適用于酸性集料改性。本文所采用的de-ii型改性劑，即用于基質(zhì)瀝青改性，有如下特點(diǎn)：(1)呈粉紅色粉末狀，無(wú)輻射、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)腐蝕。堆積密度小，比表面積大，約為20~30m2/g，無(wú)團(tuán)粒、不結(jié)塊，活性好,用我校進(jìn)口設(shè)備激光粒度分析儀-mastersizer2000得其顆粒分析結(jié)果見(jiàn)圖1。（2）吸附性好。在炒拌瀝青混合料時(shí)，能吸收瀝青散發(fā)出來(lái)的酚、萘、蒽、氰化物等致癌的有毒氣體，減輕了對(duì)人體健康的危害和環(huán)境污染。（3）復(fù)合、偶聯(lián)了多種r4+、r3+、r2+硅酸鹽功能材料。既有活性好、吸附性強(qiáng)的非晶體sio2,還有活性好，有紅外光阻隔作用和高溫抗蠕變、抗熱震、耐腐蝕的硅酸鹽。（4）使用非常方便，即拌即用。將瀝青加熱到160℃，摻入一定劑量的de改性劑，攪拌均勻即成de改性瀝青。 1．2 de改性瀝青 在廣東茂名重交通道路石油瀝青ah-90中加入10%de改性劑，改性瀝青與基質(zhì)瀝青的試驗(yàn)結(jié)果比較見(jiàn)表1。從表1測(cè)定的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出：de改性瀝青與基質(zhì)瀝青相比，①針入度下降，軟化點(diǎn)升高，135℃粘度增大，說(shuō)明高溫穩(wěn)定性有了改善；②當(dāng)量軟化點(diǎn)t800升高，當(dāng)量脆點(diǎn)t1.2降低，說(shuō)明高溫與低溫性能都有改善；③針入度指數(shù)增加，說(shuō)明對(duì)溫度敏感性降低；④薄膜加熱試驗(yàn)的針入度比升高，說(shuō)明抗老化性能有所改善。 2 de改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì) 用與瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)相同的方法——馬歇爾設(shè)計(jì)法確定出集料的合理級(jí)配與油石比，然后以油石比±0.3%作為瀝青用量,以經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)改變de的摻加量(8-12%),制作馬歇爾試件,測(cè)出相應(yīng)的物理與力學(xué)指標(biāo),確定出瀝青改性劑de的摻加量。如用克拉瑪依重交瀝青ah-70，配制出ac-25i玄武巖瀝青混合料，先確定出在不加de時(shí)的用油量為4.5%,然后以4.5±0.3%作為瀝青用量，根據(jù)表2確定出de改性劑的摻加量。從表2可以看出，油石比取4.2%時(shí)比較合適，而de摻量的影響不太明顯，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，取de摻加量為10%。表2中空隙率普遍偏小，與計(jì)算時(shí)采用的礦料密度與瀝青混合料試件的密度測(cè)試方法有關(guān)，本次試件密度測(cè)試方法采用“水中重法”，礦料密度采用了表觀密度。 所以推薦油石比為4.2%，de摻量為10%。 3 de改性瀝青混合料的路用性能研究 對(duì)于ac-20i型de（試驗(yàn)時(shí)de摻量為10%）改性瀝青混合料,我們綜合研究了其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、疲勞耐久性，并與基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)其路用性能，為進(jìn)一步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。結(jié)合工程實(shí)際，試驗(yàn)時(shí)采用了不同產(chǎn)地與標(biāo)號(hào)的瀝青。 3.1 高溫穩(wěn)定性 用車(chē)轍試驗(yàn)所測(cè)的動(dòng)穩(wěn)定度來(lái)反映瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。通過(guò)用克拉瑪依ah-70對(duì)ac-20i瀝青混合料試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其基質(zhì)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度為1300～1600次/mm,而de改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高為2423～2625次/mm。說(shuō)明de 改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有顯著提高。 3.2 水穩(wěn)定性 用殘留穩(wěn)定度以及凍融劈裂比來(lái)評(píng)價(jià)de改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果可以參照表2，基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度為88.9%（表中未列出）?？梢钥闯?，de改性瀝青混合料有著良好的水穩(wěn)定性。另外，在我校大型設(shè)備mts——材料試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了凍融劈裂試驗(yàn)。表中瀝青混合料類(lèi)型為：ac-20i, 從表3中可以看出，雖然凍融前劈裂強(qiáng)度相當(dāng)?shù)珦郊觗e改性后對(duì)凍融劈裂比有明顯的提高。 3.3 低溫抗裂性能 按照《公路工程瀝青于瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》jtj052-2000，對(duì)瀝青混合料用低溫彎曲應(yīng)變來(lái)反映其低溫抗裂性能。試驗(yàn)在-10℃，以50mm/min的加載速率將40mm×40mm×250mm的彎曲小梁破壞，計(jì)算出破壞時(shí)的Zui大彎拉應(yīng)變、強(qiáng)度與勁度模量。試驗(yàn)時(shí)，瀝青為埃索ah-90,混合料為ac-20i,比較加與不加de改性劑兩種瀝青混合料的低溫性能，見(jiàn)表4。 3.4 疲勞耐久性 為了便于比較，對(duì)加與不加改性劑2種瀝青混合料采用相同的應(yīng)力水平進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，瀝青為埃索ah-90,混合料為ac-20i。加載波形:半正弦波;頻率:10hz；試件尺寸：50mm×50mm×250mm的彎曲小梁。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，對(duì)該表試驗(yàn)結(jié)果用疲勞的標(biāo)準(zhǔn)方程nf=k(σ1)n 對(duì)曲線回歸，回歸方程標(biāo)在圖2中，用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)進(jìn)行回歸可以得一直線。 從表5可看出，在相同的應(yīng)力下，改性瀝青混合料的疲勞壽命有一定的提高，尤其是在低應(yīng)力水平下，提高幅度顯著。從圖2可看出，改性瀝青混合料的線位高于基質(zhì)瀝青混合料，即疲勞回歸方程中k值增大，抗疲勞性能提高，但n值也相應(yīng)增大，即曲線陡于基質(zhì)瀝青混合料，說(shuō)明疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平的變化也較敏感。 4 de改性機(jī)理探索 4.1 物理吸附作用 de改性劑中,含有60%以上的非晶質(zhì)sio2,它具有大量有序排列的納米微孔,比表面積20~30m2/g。它對(duì)瀝青中的油分，有很強(qiáng)的吸附能力，能吸收自身重量1.3倍的油分,儲(chǔ)存于納米微孔中。瀝青中通常含有40%~60%的油分。瀝青與改性劑混合后，便有一部分油分被吸收到改性劑的納米微孔中，這樣瀝青的4大組分比例關(guān)系發(fā)生了變化，對(duì)溫度敏感的飽和分減少，對(duì)改善高溫穩(wěn)定性有貢獻(xiàn)的瀝青質(zhì)增加，瀝青的粘度、軟化點(diǎn)提高，針入度下降，流動(dòng)性降低，所以高溫不會(huì)泛油。由于這種吸附屬于物理吸附，所以是可逆的。一旦集料表面瀝青膜中的油分逐漸減少，它又會(huì)解吸，釋放出油分，所以能有效延長(zhǎng)路面服務(wù)質(zhì)量。 4.2 化學(xué)吸附作用 除了物理吸附外, de改性劑與瀝青也存在著化學(xué)吸附。在普通瀝青混合料中，凝膠材料通常是“瀝青+礦粉”的混合物，而礦粉細(xì)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于de粉，所以與瀝青的粘附性能要差得多，當(dāng)油石比較高時(shí)，瀝青表面的瀝青膜偏厚（大于8~11微米）時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較多的自由瀝青，成為集料產(chǎn)生相對(duì)位移的潤(rùn)滑劑，路面會(huì)產(chǎn)生推移、擁抱等病害。加入de后，由于其獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，能夠與瀝青結(jié)合形成結(jié)構(gòu)瀝青膜，而不是像與礦粉結(jié)合形成的粉膠瀝青膜，即使有富余瀝青，也不是自由瀝青,而是微粒結(jié)構(gòu)瀝青，使瀝青與de之間進(jìn)行了化學(xué)吸附。微粒結(jié)構(gòu)瀝青，潤(rùn)滑性不好，流動(dòng)性差，這樣就不容易產(chǎn)生高溫下的推移、擁抱等病害。 從上述機(jī)理分析可以看出，de改性劑能有效改善瀝青混合料的高溫性能，要改善低溫性能還有待于進(jìn)一步研究，這與我們的試驗(yàn)結(jié)果是吻合的。 5 de改性瀝青混合料的工程應(yīng)用 de改性瀝青至2004年已經(jīng)推向市場(chǎng)5年了。5年來(lái)，已鋪各種de改性瀝青混凝土路面40多條，所建路面當(dāng)?shù)貧夂蚧旧隙际菍儆谙难谉岫瑴貐^(qū)或者夏熱冬溫區(qū)。2003年在元江-磨黑高速公路上使用后，經(jīng)檢查驗(yàn)收，路面工程總分為96.06分，評(píng)為優(yōu)良工程。硅改瀝青在高速公路上，有用作上面層、也有用作中、下面層。效果都不錯(cuò)。元磨高速公路上k216+500~k218+500處一高橋——元江大橋，全長(zhǎng)801m,面層ak-16a全部采用硅改（de）改性瀝青，效果良好。幾年來(lái)，對(duì)已鋪的de 改性瀝青混合料路面都進(jìn)行了觀察和抽樣，共采集抽樣1061件，測(cè)試結(jié)果表明：集料粘結(jié)牢固，密實(shí)度好，空隙率低，強(qiáng)度高，流值比較低。通車(chē)已4年的高速公路無(wú)任何早期損壞的痕跡。 6 結(jié)語(yǔ) de改性瀝青混合料不論是從室內(nèi)試驗(yàn)研究還是從工程應(yīng)用上，都有著良好的效果，能明顯改善基質(zhì)瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍、水穩(wěn)定性、疲勞耐久性。對(duì)于炎熱區(qū)是一種較為理想的新型的硅改瀝青混合料，經(jīng)濟(jì)、科學(xué)。對(duì)于提高工程質(zhì)量，節(jié)約工程投資是較為理想的。具有廣泛的推廣價(jià)值與研究?jī)r(jià)值。
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