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      水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料技術(shù)性能研究

      2018-10-10 01:36:08強(qiáng)
      山西交通科技 2018年4期
      關(guān)鍵詞:油石馬歇爾穩(wěn)定度

      裴 強(qiáng)

      (山西省交通科學(xué)研究院,山西 太原 030006)

      我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展迅速,高速路網(wǎng)不斷完善,而早期建設(shè)的公路已逐漸進(jìn)入大中修期,每年需翻修的瀝青路面逐年遞增。如果大量廢棄翻挖的瀝青混合料,不僅造成資源浪費(fèi),而且破壞生態(tài)環(huán)境,嚴(yán)重不符合交通部關(guān)于“推進(jìn)綠色交通發(fā)展”的工作內(nèi)容。若可將廢舊料全部重新利用,產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益將十分顯著[1]。

      冷再生技術(shù)可有效解決上述問(wèn)題,而且與其他傳統(tǒng)的施工方法相比,可節(jié)省總投資40%~50%。然而目前該技術(shù)未能充分利用舊瀝青材料,再生后的瀝青混合料質(zhì)量也不能達(dá)到路面面層的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),不可用于瀝青上面層。如果可以順利將冷再生技術(shù)引入我國(guó)一級(jí)和二級(jí)公路的面層改建,所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益無(wú)疑是十分巨大的[2]。然而,僅依靠冷再生用特種乳化劑,或是在乳化瀝青冷再生混合料中添加水泥,均較難實(shí)現(xiàn),本課題組開(kāi)發(fā)出一種與廢舊料黏結(jié)性強(qiáng),并兼顧強(qiáng)度和韌性的水性環(huán)氧樹(shù)脂用以提升整個(gè)體系的性能,使再生料達(dá)到上面層的要求。本文考察了水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料的各項(xiàng)技術(shù)性能,并與熱拌瀝青混合料作對(duì)比,為自制水性環(huán)氧樹(shù)脂在冷再生面層的推廣應(yīng)用奠定一定的理論基礎(chǔ)。

      1 冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)[3]

      1.1 主要原材料

      廢舊料,規(guī)格0~19 mm,山西喜躍發(fā)道路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司;乳化瀝青,固含量62%,自制;水性環(huán)氧樹(shù)脂,固含量50%,自制。

      1.2 級(jí)配

      取廢舊石料若干,稱取兩組,每組分成3份進(jìn)行篩分,稱量并計(jì)算每份級(jí)配,篩分結(jié)果如表1所示。篩分?jǐn)?shù)據(jù)符合乳化瀝青冷再生混合料工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍中的細(xì)粒式級(jí)配。在本項(xiàng)目冷再生混合料試驗(yàn)中均選用100%廢舊集料(RAP)。

      表1 廢舊石料篩分結(jié)果 %

      1.3 冷再生混合料試件的成型和養(yǎng)生條件

      采用《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)中馬歇爾方法,將試件每面各擊實(shí)50次,然后在鼓風(fēng)烘箱中(60℃)不脫模養(yǎng)生至恒重(一般不少于40 h),然后再每面擊實(shí)25次,脫模后靜置冷卻12 h,再測(cè)試試件的密度、60℃穩(wěn)定度和流值。

      1.4 最佳含水量的確定

      首先選用無(wú)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量,油石比5%,選取5個(gè)不同含水量,分別為3%、4%、5%、6%和7%制備再生料馬歇爾試件,進(jìn)行干密度的測(cè)試,以確定混合料拌合的最佳含水量,其中含水量為拌合總水量,即包括外加水和乳化瀝青中水兩部分。干密度與含水量的變化關(guān)系曲線如圖1所示。隨著含水量的逐漸遞增,混合料的干密度呈先增后減的趨勢(shì),在4%時(shí)到達(dá)峰值即最大干密度,說(shuō)明試驗(yàn)中,冷再生混合料拌合最佳含水量為4%。

      圖1 冷再生混合料干密度與含水量的變化關(guān)系曲線

      1.5 最佳油石比的確定

      試驗(yàn)采用已經(jīng)確定的最佳含水量4%,分別測(cè)定不同油石比下的干穩(wěn)定度、濕穩(wěn)定度。而濕穩(wěn)定度模擬服役路面所處的惡劣天氣條件,在干穩(wěn)定度養(yǎng)護(hù)條件的基礎(chǔ)上再浸水養(yǎng)護(hù)24 h。結(jié)果以100%RAP瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度作為油石比的函數(shù),如圖2、圖3所示,隨著油石比的增加,馬歇爾干、濕穩(wěn)定度存在一個(gè)峰值,盡管浸水后試件馬歇爾穩(wěn)定度有所下降,但變化趨勢(shì)沒(méi)有發(fā)生改變,與未浸水試件一致,存在最大值,此最大穩(wěn)定度對(duì)應(yīng)的油石比4%即冷再生混合料的最佳油石比。

      圖2 冷再生混合料馬歇爾干穩(wěn)定度曲線

      圖3 冷再生混合料馬歇爾濕穩(wěn)定度曲線

      2 乳化瀝青冷再生混合料路用性能

      最佳含水量和最佳油石比確定之后,考察不同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)冷再生混合料路用性能的影響。

      2.1 劈裂試驗(yàn)

      劈裂強(qiáng)度是瀝青路面結(jié)果設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。采用已經(jīng)確定的最佳含水量和最佳油石比制作試件,按照規(guī)范要求養(yǎng)生后,在規(guī)定條件下測(cè)定劈裂抗拉強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度比,結(jié)果如表2、圖4所示[4]。

      表2 劈裂試驗(yàn)結(jié)果

      測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,所選4種乳液中,隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加,劈裂強(qiáng)度先增大后減小,在15%時(shí)達(dá)到最大;干濕劈裂強(qiáng)度比緩慢增大,抗水損害性逐漸增強(qiáng)。

      圖4 水性環(huán)氧摻量對(duì)劈裂強(qiáng)度的影響

      2.2 馬歇爾穩(wěn)定度

      馬歇爾試驗(yàn)用于測(cè)定瀝青混合料試件的破壞荷載和抗變形能力,而浸水馬歇爾試驗(yàn)是對(duì)混合料抗水損害性能的評(píng)價(jià)。將兩組馬歇爾試件分別放入60℃恒溫水浴中30~40 min或48 h,測(cè)定得到馬歇爾穩(wěn)定度及浸水馬歇爾穩(wěn)定度。數(shù)據(jù)處理如表3。

      表3 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

      試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化見(jiàn)表3、圖5,所選4種乳液中,隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加,馬歇爾穩(wěn)定度增大,相應(yīng)的形變變小。這主要是由于水性環(huán)氧的含量越大,體系的熱固屬性就越強(qiáng),塑性變形就越小。而體系的固化程度越高,抵御水侵害的能力越強(qiáng),殘留穩(wěn)定度就越高。

      圖5 水性環(huán)氧摻量對(duì)穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度的影響

      2.3 凍融劈裂試驗(yàn)

      凍融劈裂試驗(yàn)是將混合料進(jìn)行凍融循環(huán),測(cè)定水損害前后劈裂破壞強(qiáng)度比,進(jìn)而評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

      表4 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

      表4、圖6中試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,同前面試驗(yàn)結(jié)果一致,4種乳液在凍融劈裂試驗(yàn)中,隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加凍融劈裂強(qiáng)度比逐漸增大,冷再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能得到提升,已能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中普通瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)。

      圖6 水性環(huán)氧摻量對(duì)TSR的影響

      2.4 車轍動(dòng)穩(wěn)定度

      測(cè)定冷再生混合料的高溫抗車轍能力,可檢驗(yàn)混合料的高溫穩(wěn)定性。試件規(guī)格為300 mm×300 mm×50 mm,試驗(yàn)溫度采用60℃,試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

      表5 冷再生混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度

      動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)顯示,水性環(huán)氧樹(shù)脂的摻加提升了混合料的熱固屬性,賦予其更高的高溫抗車轍能力。且隨著環(huán)氧樹(shù)脂摻量的加大,混合料高溫穩(wěn)定性增長(zhǎng)的幅度越大,抗永久變形能力、抗剪切能力也呈比例增長(zhǎng)[5]。

      2.5 低溫抗裂性

      測(cè)定冷再生混合料在試驗(yàn)溫度-10℃、加載速度50 mm/min時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì),評(píng)價(jià)冷再生混合料的低溫抗裂性能。結(jié)果如表6所示。

      表6 冷再生混合料低溫抗裂性

      如表6所示,再生混合料的低溫抗裂性能隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加先增大后減小。其原因是少量水性環(huán)氧樹(shù)脂的加入改善了混合料的低溫性能,而一但加入水性環(huán)氧樹(shù)脂過(guò)多后,將使體系的剛度變大,韌性降低,變形能力減弱,使混合料的低溫抗裂性能降低。

      3 結(jié)論

      自制的水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青與廢舊料黏結(jié)性強(qiáng),可提升整個(gè)體系的性能,使冷再生混合料兼具環(huán)氧樹(shù)脂強(qiáng)度高、黏度大、具有一定熱固性的特點(diǎn),從而具有較強(qiáng)的黏結(jié)力、高溫穩(wěn)定性、優(yōu)越的彈性恢復(fù)能力、較高的抗壓、抗變形能力等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)水性環(huán)氧摻量為15%時(shí),所制備冷再生混合料的綜合性能較高,在100%使用廢舊料的情況下,仍可達(dá)到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中普通瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn),可應(yīng)用于瀝青路面面層的改建。

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