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石灰掺加方式对沥青混合料水稳定性的影响

更新时间:2009-03-28

1 引言

沥青混合料的水损害能明显降低沥青路面的使用寿命[1-2]。沥青混合料的水损害通常是由水分侵入沥青与集料的粘结界面,在荷载、温度等环境因素作用下导致沥青从集料表面剥落,从而使混合料整体丧失强度,最终加速和引发各类沥青路面的破损,如坑槽、疲劳和车辙等[3-4]

石灰作为最早在沥青混合料中应用的无机类抗剥落剂,无论是改善混合水稳定性的机理研究还是工程实际应用,在欧美等国家均已取得明显的优势和成果[5-6]。《壳牌沥青手册》中将石灰改善机理描述为:对于消石灰的作用,石灰与沥青中的羧基酸发生作用,反应产物可以使允羰基化合物粘附于集料表面。这些化合物极性较水分子更强,从而不易为水所置换,从而使混合料上的沥青更难剥落而具有较好的耐久性[7]。据不完全统计,目前美国各州至少10%的沥青路面采用石灰作为抗剥落剂改善沥青混合料的水稳定性[8]。但是国内关于石灰在混合料中应用的研究较少,而且主要集中在石灰在沥青混合料中掺量的优选和与其他抗剥落剂改善效果对比方面,而忽略了石灰本身掺加方式对混合料水稳定性的耐久性方面的影响[9-10]

本文为了弥补国内对石灰掺加方式研究方面的空白,将干法、湿法两种掺加方式与沥青混合料的短期老化与长期老化相结合,研究在未掺加石灰、干法与湿法分别掺加2%石灰后,沥青混合料全生命周期过程中水稳定性的变化情况,以期更好地研究石灰改善混合料水稳定性效果和得出更高效的石灰使用方法,提高沥青路面整体抗水损害能力,为工程实际应用提供科学的理论依据。

给予综合对症治疗:予阿托伐他汀钙片20 mg,1次/d口服,以降血脂;予口服降糖药或胰岛素已控制血糖;根据具体病情,给予降血压、改善脑部血液循环等治疗;再予阿司匹林肠溶片100 mg,1次/d口服。治疗3个月为1个疗程,共1个疗程。

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2 试验方案与方法

2.1 试验方案

①与干法沥青混合料相同,三种老化状态下湿法沥青混合料的残留稳定度比和冻融劈裂强度比TSR也有明显提高,而且改善效果略微优于干法沥青混合料,这说明湿法掺加石灰同样能够改善混合料全生命周期过程中水稳定性。

Brief Analysis on Low-temperature Corrosion Solution About Air Preheater of Coal-fired Units TAN Canshen,WU Afeng(56)

2.2 试验方法

本文选择干法和湿法作为石灰掺加方式,具体操作如下:

蒋大伟把车停在宏达公司门口,郑馨突然又变卦了:我不想去了!蒋大伟吃惊地:你不想要钱了?郑馨说:我不想见到那个主管!蒋大伟耐心地:是他们欠你的,你应该理直气壮才是!郑馨犹豫了一下,慢慢腾腾下了车。两人走到传达室门口,门卫问:你们找谁?蒋大伟努努郑馨,郑馨说:我找……组装科主管王运丰。门卫拿起电话:王主管吗?门口有人找你!一个女孩!叫什么名字?郑馨犹豫了一下:郑馨。门卫:她叫郑馨,好好。门卫放下电话:王主管叫你到他办公室去。

2.2.4 长期老化方法

现状水质不达标的水功能区,污染物入河量大于计算纳污能力的,以水功能区纳污能力作为限制排污总量;污染物入河量小于计算纳污能力的,以污染物现状入河量作为限制排污总量。

干法是直接用石灰代替等质量的矿粉,在混合料拌和时,将石料与石灰先简单拌合,使石灰均匀裹覆在集料表面,之后再喷洒沥青和矿粉进行拌合。

2.2.2 湿法

该方法同样是用石灰代替等质量的矿粉,不同之处在于,首先需要将石灰与水按照一定比例混合制成石灰乳,然后用制成的石灰乳与石料拌合,最后再将石料烘干,与普通石料一样使用。

2.2.3 短期老化方法

信息系统建设 经过多年的建设,各高校都已存在数量众多、业务多样的信息系统,但这些系统无论是从功能还是数据上,都是基于各自业务范围的,存在的问题主要是不同业务系统之间的数据整合、服务共享的问题。因此,高校需要建立统一的身份认证中心、门户中心、数据中心,建立面向全校范围的信息化服务大厅,面向用户提供即时服务,屏蔽业务系统和业务逻辑,提供跨平台和多终端的智能化、个性化服务,提升用户体验和使用价值,这是信息系统建设的挑战和重点工作。

沥青混合料短期老化主要是为了模拟混合料在拌合与施工过程中的老化。试验时,根据要求的集料级配和油石比,用小型沥青混合料拌合机在标准条件下拌合混合料;然后将沥青混合料均匀的摊铺在搪瓷盆中,厚度约 21kg./m2~22Kg/m2,将混合料在 135℃±3℃的烘箱中强制通风加热4h±5min,每小时在搪瓷盆中翻拌一次,加热完成后,从烘箱中取出待用。

干法沥青混合料残留稳定度和TSR结果见图1、图2。

2.2.1 干法

首先将沥青混合料按照上述方法进行短期老化试验,然后按照标准的马歇尔成型方法制作马歇尔试件;将试件在室温条件下冷却不少于16h,然后脱模;最后将试件在85℃±3℃的烘箱中强制通风加热5d±0.5h,5d后,将试件取出,自然冷却不少于16h待用。

这些政策,再加上允许办证券交易所的政策,集沿海经济技术开发区十条政策、五大特区的九条政策和特区都没实施的五大政策(外资可以办百货超市,办银行、保险、财务公司,办保税区,办证券交易所和扩大浦东新区五个审批权)于一体。正是由于这些政策特点,记得当时有一天,镕基同志对我和同事们说了浦东新区命名的内涵:“新区新区,不叫特区,不特而特,特中有特,比特区还特。”

3 原材料试验

3.1 基质沥青

①以干法在沥青混合料中掺加一定量的石灰后,其三种老化状态下的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比TSR均有明显提高,说明干法掺加石灰能明显提高沥青混合料整个生命周期过程中的水稳定性,减少沥青混合料水损害发生;

 

表1 试验用SK90#沥青技术指标

  

技术指标针入度(25℃,g,5s)软化点15℃延度,cm/min)10℃延度,(5cm/min)动力粘度(65℃)密度(25℃)单位0.1mm℃cm cm Pa·s g/cm3实测值96 46.0>100>100 176 1.0287规范值80~100≥43≥100≥45≥160实测

3.2 石灰

石灰采用西安本地产的消石灰,MgO+CaO有效成分含量为79.14%,满足技术标准(GB 15947-9)中对I级消石灰MgO+CaO含量大于65%的要求。

3.3 集料

本文混合料所用集料为本地生产的花岗岩石料,其表观密度见表2。

 

表2 试验用花花岗岩集料密度

  

粒径/mm表观密度/kg·m-3 13.2 2.711 9.5 2.611 4.75 2.763 2.36 2.707 1.18 2.720 0.6 2.725 0.3 2.719 0.15 2.704 0.075 2.711矿粉2.731

3.4 混合料级配

本文混合料所用级配类型为AC-13混合料,其中混合料油石比为5.0%,掺加石灰后油石比提升0.2%。

 

表3 试验用AC-13级配

  

AC-13筛孔/mm级配/%上限/%下限/%通过系列筛孔质量百分比/%16 100 100—13.2 96.5 100 90 9.5 77.4 85 68 4.75 43.4 68 38 2.36 31.3 50 24 1.18 22.4 38 15 0.6 15.4 28 10 0.3 10.6 20 7 0.15 7.9 15 4 0.075 5.3 8 4

4 试验结果分析

干法和湿法两种石灰掺加方式下,原状沥青混合料、短期老化沥青混合料和长期老化沥青混合料的浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验结果分别见表4与表5。

 

表4 沥青混合料浸水马歇尔试验结果

  

混合料类型 混合料老化状态原状马歇尔残留稳定度/%83.35 AC-13+0%石灰 短期老化83.96长期老化77.66原状92.86 AC-13+干法2%石灰 短期老化95.13长期老化80.51原状92.36 AC-13+湿法法2%石灰 短期老化94.54长期老化浸水时间/min 40 24h+40 40 24h+40 40 24h+40 40 24h+40 40 24h+40 40 24h+40 40 24h+40 40 24h+40 40 24h+40马歇尔稳定度值/kN 9.85 8.21 11.47 9.63 11.64 9.04 12.04 11.18 12.31 11.71 12.88 10.37 12.18 11.25 12.64 11.95 12.79 10.4281.47

 

表5 沥青混合料冻融劈裂试验结果

  

混合料类型 混合料老化状态原状冻融循环/次冻融劈裂强度比/%69.55 AC-13+0%石灰 短期老化75.80长期老化63.98原状83.76 AC-13+干法2%石灰 短期老化88.53长期老化76.80原状84.57 AC-13+湿法法2%石灰短期老化90.95长期老化0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1马歇尔稳定度值/kN 6.24 4.34 6.57 4.98 6.83 4.37 6.96 5.83 9.68 8.57 9.87 7.58 7.13 6.03 9.95 9.05 10.04 7.89劈裂强度/MPa 0.6178 0.4069 0.6505 0.4931 0.6762 0.4129 0.689 0.577 0.958 0.848 0.977 0.750 0.705 0.597 0.985 0.883 0.994 0.78178.59

4.1 干法沥青混合料水稳定性分析

在对选修课中跨学科课程设置的评价上,60%的学生认为跨学科课程只有1~2门,课程门数设置太少;30%的学生认为跨学科课程应设3门以上。选修课中跨学科课程的设置与学生个性化发展有密切的联系,跨学科课程设置不足将会限制学生综合素质的发展。

  

图1 干法沥青混合料浸水马歇尔试验结果

  

图2 干法沥青混合料冻融劈裂试验结果

从图1、图2可以看出:

本文采用的胶结料为SK90#基质沥青,其各项技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004[11]要求,具体指标见表1。

(3)结果:对比乌头碱加热不同时间的HPLC图,筛选出乌头碱变化情况较明显的图谱(图1)进行分析,发现乌头碱在浸泡过程中峰面积逐渐增大,表明其较多的溶解在水溶液中,尚无较明显的色谱峰出现,在加热后开始发生变化,20 min内基本水解完全,并有新的色谱峰出现,表明有新的成分产生,并且伴随加热时间的延长,所生成的化合物含量有所增加而乌头碱本身含量有所下降,表明乌头碱在加热过程中发生了变化,转变成了其他成分,这与文献结果[6-8]一致。将加热不同时间的样品检测后得到色谱图中较明显的色谱峰峰面积进行比较,选出变化较为明显的色谱图及其对应的样品,进行液质联用测定。

  

图3 湿法沥青混合料浸水马歇尔试验结果

  

图4 湿法沥青混合料冻融劈裂试验结果

4.2 湿法沥青混合料水稳定性分析

从图3、图4可以看出:

为了评价石灰掺加方式对沥青混合料水稳定性产生的影响,本研究选用干法和湿法两种石灰掺加方式,研究未掺加石灰与干法、湿法分别掺加2%石灰的三种沥青混合料在未老化和经过短期老化与长期老化之后的水稳定性变化情况。以浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比TSR作为评价指标,同时为保证变量的统一,试验过程中采用统一混合料级配和油石比,且石灰的掺量一致,均为石料总质量的2.0%。

②与干法沥青混合料相同的是,两种混合料不同老化状态下,残留稳定度与冻融劈裂强度比TSR的绝对值大小具有相同的大小关系:短期老化>原状>长期老化,不同的是,在改善效果上,冻融劈裂试验结果存在略微差别,然而这并不影响得出如下结论:短期老化能促进沥青混合料抵抗水损害能力的能力,延长路面的使用寿命。

  

图5 干法、湿法沥青混合料马歇尔试验结果对比

  

图6 干法、湿法沥青混合料冻融劈裂试验结果对比

4.3 干法、湿法沥青混合料水稳定性对比分析

从图5、图6可以看出:

①以干法、湿法在沥青混合料中掺加等量石灰后,湿法沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比TSR试验结果比干法的好,但是两种方法差别不明显。究其原因应该是:石灰作为碱性材料,主要成分为Ca(OH)2,而无论是干法还是湿法,都能够保证石灰均匀地分布在集料的表面且不改变其有效成分Ca(OH)2的含量,在集料与沥青胶结料拌合时,石灰与沥青中的酸、酸酐等发生化学反应,生成不溶于水的盐,凝结于集料表面,保证了沥青与集料的有效粘结,从而提高混合料抵抗水损害能力,最终使两种掺加方式之间不会产生明显的差别。

②结合表4、表5发现,短期老化后,三种类型沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比TSR最高,较原状混合料提升1%~6%,且掺石灰后效果更明显,即该状态下混合料的水稳定性最好。这是因为短期老化过程中,混合料在135℃高温下通风4h,沥青中的轻质组分如:芳香分、饱和分挥发,沥青质的相对含量增加,从而提高了沥青的粘度,使得沥青充分浸润到沥青的空隙中,在集料表面吸附也变得更强。而当以干法或湿法掺加石灰后,石灰因比表面积较填料更大,会吸附更多的沥青粘结在集料的表面,从而再次提高两者之间的粘结,使得短期老化后混合料水稳定性效果更好。

③综合表4、表5还可以发现,长期老化后,三种类型沥青混合料的水稳定性较原状沥青混合料有明显的衰减,这是因为长期老化后,沥青性能下降明显,从而导致了该现象的发生,但是以干法或湿法掺加石灰后,在一定程度上,均能弥补沥青性能衰减而导致的水稳定性下降,使混合料长期老化后浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比能够满足规范要求。

综上所述,干法和湿法沥青混合料三种老化状态下的水稳定性没有明显差别,但是考虑到工程应用的可操作性和经济因素,本文推荐以干法在混合料中掺加石灰。

5 结语

通过以上试验研究,本文得出以下主要结论:

①无论是以干法还是湿法在沥青混合料中掺加石灰,均能够明显改善混合料全生命过程中的水稳定性,增强其抵抗水损害的能力,延长路面的使用寿命。

②与干法掺加方式相比,湿法有着微小的优势,以该种方法在混合料中掺加石灰能取得更好的效果,但是考虑到工程实际操作的可行性,本文推荐采用干法,即在混合料拌合时直接将石灰与集料同时投入拌合楼,与沥青拌合。

③经过短期老化之后,混合料会因为沥青粘度增加表现出水稳定性提高,而长期老化后混合料水稳定能性会因沥青下能降低,但是石灰的存在,会在一定程度上促进短期老化混合料水稳定性增强、抑制长期老化后混合料水稳定性衰减。

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马英新
《内蒙古公路与运输》2018年第02期文献

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