傅海龍

(鄭州路橋建設(shè)投資集團(tuán)有限公司 鄭州 450100)

0 引 言

瀝青路面因具有行車噪聲小、平整度好、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便,以及可回收利用等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)高速公路建設(shè)中得到廣泛使用.在瀝青路面施工過程中，往往需要將瀝青加熱至160 ℃以上，而瀝青為有機(jī)高分子材料，較高的加熱溫度會(huì)使其發(fā)生老化，并產(chǎn)生大量瀝青煙，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，損害施工人員身體健康.隨著國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，綠色公路理念越發(fā)引起道路工程科研工作者的重視，其中溫拌瀝青技術(shù)近年來逐漸應(yīng)用于公路建設(shè)，其通過在瀝青中摻入溫拌劑降低瀝青高溫黏度，進(jìn)而降低其施工溫度，能有效減少施工中瀝青煙排放量和加熱瀝青過程中的能源消耗[1-5].

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)熱拌瀝青，溫拌瀝青高溫性能更優(yōu)，但低溫性能和抗水損害性能往往較差，這一定程度上制約了溫拌瀝青技術(shù)的推廣[6-9].而另有研究表明，使用硅藻土對(duì)瀝青進(jìn)行改性能使其路用性能得到一定改善，尤其對(duì)于抗水損害性能效果明顯[10-13]，因此，可嘗試使用硅藻土改善溫拌瀝青低溫性能和抗水損害性能，但現(xiàn)有研究對(duì)此較少涉及.為此，本文制備硅藻土改性溫拌瀝青，對(duì)其粘附性、高溫性能和低溫性能進(jìn)行研究，對(duì)進(jìn)一步改善溫拌瀝青性能有一定積極意義.

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

1) 瀝青 基質(zhì)瀝青采用90JHJA級(jí)道路石油瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)見表1.

表1 基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

2) 硅藻土 采用硅藻殘骸和軟泥固結(jié)而成的硅藻土，主要成分為SiO2，具有表面粗糙、硬度大、耐酸堿和含活性成分等特點(diǎn)，主要技術(shù)指標(biāo)見表2.

表2 硅藻土主要技術(shù)指標(biāo)

3) 溫拌劑 采用有機(jī)降粘型溫拌劑Sasobit，試驗(yàn)中摻量為瀝青質(zhì)量的3%，主要技術(shù)指標(biāo)見表3.

表3 溫拌劑主要技術(shù)指標(biāo)

4) 集料 采用玄武巖和花崗巖兩種集料，主要技術(shù)指標(biāo)見表4.

表4 集料主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 改性瀝青制備方法

加熱基質(zhì)瀝青至160～165 ℃，摻入Sasobit后使用高速剪切機(jī)以5 000 r/min速率剪切30 min制得溫拌瀝青，進(jìn)而在同一溫度下?lián)饺牍柙逋晾^續(xù)以相同速率剪切30 min制得硅藻土改性溫拌瀝青.

2 硅藻土對(duì)溫拌瀝青粘附性影響

瀝青與集料粘附性是影響瀝青混合料抗水損壞性能的重要指標(biāo)，因此，有必要研究硅藻土對(duì)溫拌瀝青粘附性的影響.文獻(xiàn)[14]提出采用水煮法評(píng)價(jià)瀝青與集料粘附性，該方法存在較大主觀性，對(duì)粘附性差異不大的瀝青區(qū)分度差.為此，本文采用改進(jìn)水煮法試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青粘附性，其主要步驟如下：①取粒徑13.2～19 mm集料洗凈后置于105 ℃烘箱中烘干，并使用鐵絲將集料系牢，稱量質(zhì)量記為m0；②將鐵絲系住的集料浸入160 ℃瀝青試樣中45 s后提出置于試驗(yàn)架上冷卻15 min，使多余瀝青流掉，稱量質(zhì)量記為m1；③將鐵絲系住的集料放入微沸水中煮一定時(shí)間后取出，稱量質(zhì)量記為m2；④根據(jù)式(1)計(jì)算瀝青損失率作為粘附性評(píng)價(jià)指標(biāo).

La=(m1-m2)/(m1-m0)

(1)

式中：La為瀝青損失率，%；m1為沸煮前集料+瀝青+鐵絲質(zhì)量，g；m2為沸煮后集料+瀝青+鐵絲質(zhì)量，g；m0為集料+鐵絲質(zhì)量，g.

分別以玄武巖和花崗巖為集料，制備硅藻土摻量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0%，6%，8%，10%和12%，溫拌劑摻量為3%的硅藻土改性溫拌瀝青，按上述方法沸煮3，6和9 min后測(cè)定瀝青損失率，見表5.

由表5可知：1) 使用玄武巖時(shí)各個(gè)試驗(yàn)條件和各個(gè)硅藻土摻量下的瀝青損失率均明顯小于花崗巖，表明其與瀝青粘附性較好，分析原因?yàn)榛◢弾r集料中SiO2含量高，其表面親水憎油特性較為明顯，故集料瀝青界面更容易受水分侵蝕.

2) 在溫拌瀝青中摻入硅藻土后，無論玄武巖集料還是花崗巖集料，其瀝青損失率均有明顯下降，表明硅藻土可有效改善溫拌瀝青粘附性.同時(shí)，對(duì)比硅藻土對(duì)兩種集料瀝青損失率的降低幅度發(fā)現(xiàn)，硅藻土對(duì)花崗巖的粘附性改善作用更強(qiáng)，其中各個(gè)硅藻土摻量下兩種集料的瀝青損失率較未摻入硅藻土?xí)r的降低幅度見圖1.沸煮時(shí)間越長(zhǎng)，硅藻土對(duì)溫拌瀝青損失率的降低幅度越大，而沸煮時(shí)間可理解為實(shí)際路面受水分侵蝕的時(shí)間，故表明硅藻土對(duì)長(zhǎng)期受水分侵蝕路面的瀝青集料粘附性的改善效果更好.

表5 瀝青損失率試驗(yàn)結(jié)果

/min(%)/%0681012(%)/%0681012312.1210.919.728.327.6553.8941.2328.5415.4213.42621.3217.3213.1210.429.5467.3051.2238.4222.4318.59931.5425.6719.5213.5711.8789.967.4353.5231.4525.31

圖1 硅藻土對(duì)溫拌瀝青損失率降低幅度影響

3) 隨著硅藻土摻量的增加，兩種集料瀝青損失率均逐漸降低，此時(shí)溫拌瀝青的粘附性得到進(jìn)一步改善.但在各個(gè)硅藻土摻量區(qū)間增加時(shí)改善效率存有差異，其中在6%～10%區(qū)間改善效果最好，在0%～6%和10%～12%區(qū)間則相對(duì)較慢，硅藻土摻量在上述三區(qū)間變化時(shí)其摻量每增加1%，瀝青損失率的降低幅度見圖2.

圖2 硅藻土摻量增加區(qū)間對(duì)溫拌瀝青損失率降低幅度影響

4) 隨著沸煮時(shí)間的增加，兩種集料的瀝青損失率均逐漸增加，此時(shí)瀝青粘附性下降.但摻入硅藻土的溫拌瀝青粘附性下降幅度較小，且是硅藻土摻量越高表現(xiàn)越明顯.其中沸煮時(shí)間由3增加至9 min時(shí)，各種瀝青的瀝青損失率上升幅度見圖3.

圖3 沸煮時(shí)間對(duì)瀝青損失率上升幅度影響

3 硅藻土對(duì)溫拌瀝青高溫性能影響

SHAP計(jì)劃提出采用DSR試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青高溫性能，試驗(yàn)?zāi)塬@得瀝青復(fù)數(shù)模量G*和相位角δ·G*為瀝青抗變形能力，值越大抗變形能力越好;δ為瀝青彈性成分比例，值越小高溫變形恢復(fù)能力越好.制備硅藻土摻量分別為0%，6%，8%，10%和12%，溫拌劑摻量為3%的硅藻土改性溫拌瀝青進(jìn)行70 ℃條件下DSR試驗(yàn)，頻率10 rad/s，得出其車轍因子G*/sinδ，見圖4.

圖4 硅藻土摻量對(duì)溫拌瀝青車轍因子影響

由圖4可知，摻入硅藻土后，溫拌瀝青的車轍因子提高，表明硅藻土能改善溫拌瀝青高溫性能.同時(shí)，隨著硅藻土摻量的增加，車轍因子繼續(xù)提高，此時(shí)溫拌瀝青高溫性能進(jìn)一步增強(qiáng)，但硅藻土摻量超過10%后對(duì)溫拌瀝青高溫性能的改善幅度降低，其中硅藻土摻量由0%增加至10%時(shí)，每增加1%硅藻土車轍因子提高0.156 kPa，而硅藻土摻量由10%增加至12%時(shí)，僅提高0.075 kPa，降低了約50%.分析原因一方面為硅藻土為多孔介質(zhì)，能吸收瀝青中輕質(zhì)組分，另一方面硅藻土為惰性介質(zhì)，溫度變化對(duì)其性能影響較小，故高溫下與瀝青形成的復(fù)合體抗變形能力提高.

4 硅藻土對(duì)溫拌瀝青低溫性能影響

SHAP計(jì)劃提出采用BBR試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青低溫性能，試驗(yàn)?zāi)塬@得瀝青勁度模量S隨時(shí)間t變化曲線，t為60 s時(shí)的S為瀝青低溫下變形能力，值越大低溫變形能力越差，硬脆性越明顯，低溫下越容易開裂，同時(shí)取t為60 s時(shí)的S曲線蠕變速率m表征瀝青低溫下應(yīng)力松弛能力，值越大低溫應(yīng)力松弛能力越好，低溫抗裂性越強(qiáng).但研究發(fā)現(xiàn)，通過S和m對(duì)瀝青低溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)可能出現(xiàn)結(jié)果矛盾的現(xiàn)象，故本文采用m/S作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中m/S值越大瀝青低溫性能越好[15-17].制備硅藻土摻量分別為0%，6%，8%，10%和12%，溫拌劑摻量為3%的硅藻土改性溫拌瀝青進(jìn)行-12 ℃條件下BBR試驗(yàn)，得出其m/S見圖5.

圖5 硅藻土摻量對(duì)溫拌瀝青m/S影響

由圖5可知，各個(gè)硅藻土摻量下的m/S值均高于溫拌瀝青，表明硅藻土能改善溫拌瀝青低溫性能.同時(shí)，隨著硅藻土摻量的提高，m/S先升高后降低，其中硅藻土摻量由0%增加至8%時(shí)，m/S提高27.7%，而由8%增加至12%時(shí)，m/S降低3.3%，表明溫拌瀝青低溫性能隨硅藻土摻量的增加呈先變好后變差趨勢(shì)，在摻量為8%時(shí)低溫性能最優(yōu).

5 結(jié) 論

1) 硅藻土能改善溫拌瀝青粘附性，且對(duì)花崗巖的改善作用強(qiáng)于玄武巖，此外沸煮時(shí)間越長(zhǎng)，硅藻土對(duì)溫拌瀝青粘附性的改善作用越強(qiáng).

2) 硅藻土摻量增加時(shí)對(duì)溫拌瀝青粘附性的改善效果提高，但在各個(gè)摻量區(qū)間增加時(shí)改善效率存有差異，其中在6%～10%區(qū)間改善效果最好，在0%～6%和10%～12%區(qū)間則相對(duì)較差.

3) 硅藻土能改善溫拌瀝青高溫性能和低溫性能，對(duì)高溫性能摻量越高改善效果越好，但摻量超過10%后改善幅度降低，對(duì)低溫性能則是隨摻量的提高改善效果先變好后變差，在摻量為8%時(shí)低溫性能最優(yōu).