外加剂对沥青混合科水稳定性的影响

材料篇163外加剂对沥青混合科水稳定性的影响的研究王亚兵(西安市公路勘察设计院，陕西西安710065)摘要：对捧加不同剂量消石灰、水泥、胺类抗剥落剂的沥青混合料进行了残留稳定度试验和冻融劈裂试验，同时对未老化、短期老化、长期老化沥青混合料进行水稳定性试验研究。.研究结果表明：消石灰、水泥、抗剥落刑均能提高沥青混合料的水稳定性，消石灰、水泥的最佳剂量为1%、2%，抗剥落剂为0•4%;掺消石灰的沥青混合料经长期老化后表现出最好的水稳定性。关键词：沥青混合料；水稳定性；外加剂；老化沥青路面的水损害是我国高速公路沥青路面早期病害的主要形式之一[1]，其主要的破坏形式有三种：松散、坑洞和唧浆W。引起沥青路面水损害的因素很多，如沥青混合料孔隙率过大、路面渗水、道路排水系统不完善、路面压实不足等，但是根本原因是沥青与集料的黏附性不足，沥青从集料表面发生剥落造成[3_4]。为了减少水损害的发生，国内外相关研究人员提出使用抗剥落剂、消石灰等外加剂提高沥青与矿料之间的黏附性及沥青混合料的水稳定性^6]。目前，关于外加剂对沥青混合料的水稳定性的改善已有很多研究成果，i旦仍存在两点不足：首先是往往根据经验而非通过试验得出外加剂的最佳掺加量；其次是只注重外加剂对未老化沥青混合料水稳定性的改善效果而没有考虑外加剂在使用多年后的效果。本文通过测定不同消石灰、水泥、胺类抗剥落剂掺量的沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比TSR，分析两者随掺量的变化规律，最终得出最隹掺量；通过短期老化和长期老化沥青混合料的水稳定性试验结果，对比分析不同外加剂的抗老化性能，并推荐外_剂。1原材料及实验方案为提高沥青混合料的水稳定性能及沥青与酸性石料的黏附性，如花岗岩、石英岩等，通常需要加入外加剂。目前，主要的外加剂类型有消石灰、水泥和抗剥落剂，本文选择以上三种外加剂作为对比分析。对消石灰进行检测，结果如表1。由试验结果可知，有效(：3〇和\1的含量为69.5%,满足技术标准中对I级消石灰有效Ca〇和MgO含量大于65%的要求。采用425#普通硅酸盐水泥，其基本性质见表2。抗剥落剂采用PA-1型沥青抗剥落剂，技术指标均满足标准要求。沥青混合料AC-16所用粗集料为花岗岩，经岩性分析得出Si02含量为69.1%,其他技术指标如表3。沥青采用卡拉玛依90#A级沥青，.技术指标如表4。表1消石灰的基本性质细度/%活性成分含量/%0.71mm0.125mmCaO+MgO0.249.2869.5表2水泥的基本性质细度80pjn初凝时间终凝时间3d强度/MPa283强度/MPa/%/h/h抗压抗折抗压抗折5.123.754.1221.544.584B.3911.32164公路建设与交通环境集料磨耗值/%集料压碎值/%集料吸水率/%9-5-16mm4.75-9.5mm针片状顆粒含量9.5〜16mm针片状顆粒含量4.75-9.5mm与沥青的黏射性(水煮法)/级毛体积相对密度9.5-16mm4.75~9.5mm表观相对密度9.5〜16mm4.75~9.5mm表3粗集料技术指标试验项目试验结果技术要^TT5~35—23.6300.6863.01.1723.015.62013.4202-2.620-2.590-2.6682.452.6712.45表4沥青技术指标沥青混合料采用AC-16,级配采用规范中值规定级配，经马歇尔设计方法确定最佳油石比为5.1%。向沥青混合料中加入消石灰、水泥和抗剥落剂三种外加剂，以对比研究不同种类外加剂对沥青混合料7JC稳定性的影响；同时，变化每一种外加剂的剂量，以研究外加剂剂量对水稳定性的影响规律，三种外加剂的变化范围如下：(1)消石灰：〇%~3%，级差为1%,为消石灰与矿质混合料的内掺比例。(2)水泥：0%~3%，级差为1%,为消石灰与矿质混合料的内掺比例。(3)抗剥落剂：〇%~〇.6%，级差为0.2%，为抗剥落剂与沥青的外掺比例。2不同外加剂最佳剂量的确定研究根据所选定的级配和沥青，加入不同种类、不同用量的外加剂，成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。试验结果如表5、图1所示。表5不同外加剂AC-16水稳定性试验结果图1残留稳定度和冻融劈裂试验结果示意图3外加剂长期抗水损害性能研究限后或经老化后的性能。因此，有必要通过试验评价消石灰、水泥和抗剥落剂都可以在不同程度上提不同外加的长期抗水损害性能二高沥青与矿料之间的黏附性，改善混合料的水稳定借鉴SHRP中浙青混合料短期和长期老化试验来性。但上述试验结果只能反映沥青混合料在未经使用获得模拟一定使用年限后的浙青混合料’其方法后的水稳定性，并不能反应沥青混合料在使用一定期如下：试验项目试验值技术要求25*C针入度/(〇.lmm)91.280-10010延度/cm35.52015*€延度/cm100100软化点/$47.142针人度指数PI0.753—1.8~+1.0旋转薄膜加热试验质量损失/%0.12—0.8—0.8(163尤,85min)针人度比/%69.025410t延度/cm8.136用量马歌尔残留稳定度微___________mmm外加剂/%30min稳定度灿48h稳定度/以残留稳定度/%冻前强度/MPa冻后强度/MPamm强度比消石灰08.727.2883.S0.M0.5484.419.028.1590.40.700.6390.029.357.0975.80.590.5084.738.546.6978.30.490.4081.6水泥08.727.28a50.640.54W.419.138.0087.60.670.5785.129.668.7090.10.730.6487.738.567.6489.30.60.5185.0抗剥落剂08.727.2883.50.640.5484.40.29.017.7485.90.670.5988.10.49.4g.691.50.710.6591.50.67.846.7486.00.630.5587.30095908580757065(a)消石灰95S90S85規80(b)水泥残留稳定度1〇〇r+残留稳定度冻融劈裂强度比95•+冻S劈裂强度比材料篇165⑴短期老化试验短期老化主要是用来模拟沥青混合料在施工现场拌和及铺筑过程中的老化。根据所选定的级配和沥青用量，用小型沥青混合料拌和机在标准条件下拌和好混合料。将拌和好的沥青混合料均勻摊铺在搪瓷盘中，松铺厚度21~22kg/m2,将装有混合料的搪瓷盘放入135±1T的烘箱中，在强制通风的条件下恒温4h±5min,并每隔1h将搪瓷盘中的混合料翻拌一次。(2)长期老化试验方法长期老化主要是模拟沥青路面在5~9年服务年限内的老化过程，因此在进行长期老化前需进行短期老化。将短期老化后的混合料，在规定的拌和温度下成型浸水马歇尔试件和冻融劈裂试验试件。将成型好的试件置于（85±3)^烘箱中，在强制通风的条件下连续恒温5d(120h±30min)。按照上述实验方法，将AC-16沥青混合料进行短期老化和长期老化，然后再进行残留稳定度试验和冻融劈裂试验以评价外加剂的长期抗水损害性能。试验方案如下：沥青混合料的级配及最佳沥青用量如上；外加剂用量采用水稳定性试验得出的最佳用量:消石灰为1%，水泥为2%，抗剥落剂为0.4%。根据前述试验方案，成型马歇尔试件，经过短期和长期老化后进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果如表6、图2所示。表6水稳定性试验结果minhkN/MPa/MPammk化化k化化k化化k化化£ft老老紐老老^老老^老老52022646*37秘5484662*5764685565674984-85-75-88-93'86'87'91-83-91-89-77'li1II无消石灰水泥外加剂类型⑷残留稳定度9590858075%消石灰外加剂类型(b)冻融劈裂强度比loo「H未老化s短期老化m长期老化1〇〇「B未老化曰短期老化ni长期老化图2不同老化状态下的水稳定性试验结果示意图由表6及图2可知：(1)当沥青混合料未老化时，外加剂的掺入均提高了混合料的水稳定性，不同最佳剂量下的外加剂的改善效果有所差异；对于残留稳定度，掺0.4%抗剥落剂的效果最优，水泥和消石灰的接近；对于TSR的效果排序为：〇.4%抗剥落剂1%消石灰2%水泥。综合来看，掺加抗剥落剂对未老化混合料水稳定性的改善最为显著；消石灰次之，水泥最差。(2)对于短期老化的混合料，残留稳定度和TSR比未老化的均有所提高；不同外加剂的残留稳定度十分接近，而不同外加剂的TSR则有点差距：1%消石灰2%水泥0.4%抗剥落剂无外加剂。(3)对于长期老化的混合料，残留稳定度的大小排序为1%消石灰2%水泥0.4%抗剥落剂无外加剂；TSR的排序为：1%消石灰2%水泥0.4%抗剥落剂无外加剂；因此，综合考虑长期老化沥青混合料的水稳定性，1%消石灰的效果最佳，2%水泥的次之，0.4%抗剥落剂与无加剂的几乎一致。(4)经短期老化后残留稳定度和TSR值均有所提高，说明混合料经过短期老化以后水稳定性得到了增强。这是因为在165T温度下短期老化4h，使得沥青充分浸润到矿料里，提高了沥青和矿料黏附性。166公路建设与交通环境(5)经长期老化之后，水稳定性指标均发生下降，这是由于长期沥青老化导致沥青表面能下降，导致沥青与矿料间的黏附性降低。,(6)考虑沥青混合料的长期抗水损害性能推荐使用消石灰作为外加剂，对于易挥发、氧化的胺类抗剥落剂则慎用。4结语(1)消石灰、水泥、抗剥落剂均能增强沥青与矿料的黏附性，提高沥青混合料的水稳定性；消石灰、水泥的最佳剂量分别为矿质混合料的1%、2%(内掺），抗剥落剂为沥青的〇•4%(外掺加）。(2)外加剂的加人均提高了短期老化沥青混合料的水稳定性，不同外加剂的效果很接运。(3)外加剂的加入均提高了长期老化沥青混合料的水稳定性，消石灰的效果最佳，水泥的次之，胺类抗剥落剂的效果最差。(4)长期老化后的水稳定性更能代表实际，推荐使用消石灰作为外加剂，对于易挥发、氧化的胺类抗剥落剂则慎用。参考文献[1]苏华才，谢华昌.沥青混合料水破坏试验方法评价及改进设想[J].中南公路工程，2007,32(2):128-131.[2]任毅，李宇峙.一种新型的沥青路面水损害特征分析及处置对策[J].华东公路，2008,169(1):8-10.[3]晏杰芳，邱金亮•沥青路面水损坏分析及防治措施[J].华东公路，2008,174(6):20-22.[4]沙庆林.髙速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.[5]赵恩强，张金喜，王书云，等.有机硅疏水浸溃乳液对沥青混合料水稳定性影响的室内试验研究[J].中外公路，2009,29(1)：204-208.[6]艾长发，陈炯，刘东，等.提高花岗岩沥青混合料水稳定性措施研究[J].中南公路工程，2007,32(2):16-：20.外加剂对沥青混合料水稳定性能的影响研究文献链接作者：王亚兵作者单位：西安市公路勘察设计院，陕西西安710065引用本文格式：王亚兵外加剂对沥青混合料水稳定性能的影响研究[会议论文]2010