基于高温性能的沥青胶浆中消石灰掺量确定方法.pdf

2011年2月第2期
城市道桥与防洪
科技研究
基于高温性能的沥青胶浆中消石灰掺量确定方法
杨戈,陈璟23,闫増辉4
(1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海市201804;2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064
3.中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安710068;4.中国石油广西销售公司,广西南宁530021)
摘要:沥青胶浆中消石灰掺量显著影响沥青混合枓路用性能。该研究利用不同掺量的消石灰替换矿粉后配制沥青胶浆,进
行软化点、动态剪切流变试验及粘度试验,研究消石灰对沥青胶浆髙温性能,抗老化性能和施工和易性的影响,进而确定生产
过程中消石灰掺配比例。结果表明,消石灰替换矿粉后,沥青胶浆高温性能有明显改善,但过量的消石灰会影响沥青混合料综
路用性能,故建议消石灰掺量不超过30%
关键词;沥青胶浆;消石灰;高温性能
中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:1009-7716(2011)02-0071-03
表2沥青性能指标
0引]言
沥青混合料性能受沥青及填料共同形成的沥
针人序软化15℃延25℃_旋转簿膜烘箱老化(63,5)
点/C度/cr
密度质量损针入度15℃延
青胶浆影响显著,沥青胶浆虽然在混合料中所占
(0.1mm
g"cem3失/%比/%度/em
的比例较小,但它对沥青混合料路用性能影响巨
8459.5>1001.01320.003
62.0
大,因此,为改善沥青混合料性能使用各种填料是
表3沥青胶浆消石灰矿粉捨配比例
工程中常常采取的持施之一。国内外对沥青胶浆粉酸比
编号
比例(消石灰:矿粉:沥青
性能进行了较多研究到,但多集中于试验室内沥
I-0.8
0.160.64:1.00
青胶浆性能与预测,现场使用过程中所确定的粉
0.8
0.24:0.5
胶比及填料掺量多依靠经验,缺乏理论与试验支
II-0.8
0.32:0.48:1.00
撑。填料不同掺配比例对沥青胶浆性能影响非常
I-1.0
0.2:0.8:1.00
显著,本文即在室内试验基础上研究消石灰粉替
II-1.0
0.3:0,7:1.0
换部分矿粉时,不同消石灰粉掺配比例的沥青胶
I-1.0
0.4:0.6:1.00
浆高温性能变化规律,明确胶浆中消石灰填料掺
I-1.0
0.24:0.96:1.00
量确定方法。
l.2
I-.0
0.36:0.84:1.00
1原材料与试验
0.48:0.72:1.00
1.1原材料
动态剪切流变仪( Dynamic Shear Rheometer)是
本研究矿粉为工程中常用的石灰岩磨制矿一种评价高分子材料动态剪切流变特性的通用仪
粉,消石灰采用西安富平生产的消石灰粉,消石灰器。试验采用应变控制模式,应变值y=12%,将试
粉各项指标见表1。沥青为SK-90#基质沥青,各项样夹在两块25mm的平行板之间,板间距为1mm
性能指标见表2,均符合现行规范要求。试验中采其中一块板固定,另一块板围绕着板中心轴来回
用消石灰代替部分矿粉,沥青胶浆的掺配比例见转动,转动频率=10rad/s,约等于1.59Hz,试验方
表3
法为 AASHTO标准TP5。
表1消石灰指标
(2)粘度试验
美国SHRP研究计划推荐采用 Brookfield!旋转
指标
MgO/%CO%0.9mm筛通0.125mm筛
过率/%通过率/%
粘度计方法( ASTM D440)测定不同温度下沥青
试结果
83.64
0.38
10.46
的粘度,并在其沥青结合料性能规范中提出13℃
1.2试验位器与方法
的粘度不得超过3Pa·s,以控制沥青混合料的施
(1)动态剪切流变试验
工性能。本研究即采用美国 Brookfield的DV-I
型旋转粘度仪,对掺配消石灰的沥青胶浆在不
收稿日期:2010-12-28
作者简介:杨戈(1980-),男,溯南长沙人,博土,从事道路与
同条件下的粘度进行测试,以确定消石灰最佳
机场工程研究工作。
用量。
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2试验结果分析与讨论
粉胶比0.8
口粉胶比1.0
2.1动态剪切流变试验
70
口粉胶比1.2
沥青结合料在沥青混合料的拌和、摊铺过程?8
6
以及后期沥青路面的使用过程中都存在老化现部6
象,故SHRP沥青结合料评价体系在进行分级时,
要求满足旋转薄膜老化后的沥青残留的物车辙因
58
子C"/sin8不能低于2.2kPa。本文借鉴该方法研究
短期老化对沥青胶浆高温性能的影响,并将沥青
编号
胶浆车辙因子G/sin8=2.2kPa时的温度作为该类
图2消石灰搀量对沥膏胶浆软化点影响图
胶浆的老化温度阈值。
试验利用旋转薄膜烘箱将配制好的沥青胶浆石灰掺量的增加,沥青胶浆软化点均发生明显增
进行短期老化,老化时保证沥青胶浆在老化瓶中
长。这主要是因为沥青中含有少量羧酸( Carboxylic
形成的胶浆薄膜厚度相同,采用DSR对老化后的
与亚砜( Sulfoxide),使得沥青呈现弱酸性。石灰的
沥青胶浆进行动态剪切试验,由试验结果分析得
主要成分是氧化钙(CaO),加水消解后,成为氢氧
到的C/sin8=2.2kPa的老化温度阈值见图1。
化钙(Ca(OH)2)。氢氧化钙是强碱物质,pH值大于
12,当氢氧化钙与沥青中的羧酸接触时,即发生化
82「一粉胶比.8
学反应,生成不易溶解的钙盐,使得沥青粘度增
81粉胶比1.0
80上一粉胶比1.2
强,从而改善了胶浆的高温性能。
当消石灰替换量相同时,沥青胶浆软化点随
粉胶比的增加而有较大幅度变化。主要是因为同
石灰岩矿粉相比,消石灰粉粒度较细,等量消石灰
粉的比表面积更大,从而增加了与沥青反应的面
积,随着粉胶比的增加,由于填料的体积增强作用
和沥青与填料的物理化学作用(形成结构沥青),
沥青的粘度提高,宏观上即表现为沥青胶浆软化
编号
老化温度阙值
点提高
研究表明,沥青中掺加矿粉后致使沥青胶浆
可以看到,沥青胶浆老化以后随着粉胶比由软化点升高,矿粉掺加前后软化点差值不宜大于
0.8变为1.2逐渐增大,老化温度阈值有了较大的11℃,否则,可能会因为沥青胶浆的劲度增长过
提高;在各种粉胶比系列中,总体变化趋势为消多而影响沥青混合料其他使用性能。本试验中未
石灰掺量越高,老化温度阈值越大。即在车教因加矿粉前,基质沥青的软化点为59.5℃,参照上
子G"/sin8=2.2kPa的条件下,老化温度國值随粉述研究结论,则沥青胶浆软化点最高不能超过
胶比的增大而提高,随消石灰掺量的增加而提高。70.5℃。可以看到在粉胶比为1.2时,Ⅲ号胶浆软
究其原因,认为当粉胶比小且消石灰掺量低时,固化点为72.4℃,已超过上述标