消石灰改善沥青混合料性能研究

消石灰改善沥青混合料性能研究XXXXX摘要：为了更好的提高和改善沥青混合料的路用性能，在沥青混合料中掺加消石灰来代替矿粉来进行级配设计和混合料试验研究。首先阐述消石灰掺加工艺、目标级配与最佳掺量，再从沥青混合料室内试验（高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能）角度来评价掺加消石灰前后的沥青混合料的综合性能。试验表明：用消石灰代替石灰石矿粉，不但能提高沥青混合料的疲劳特性，且还能在一定的程度上改善混合料的高温、低温综合性能，因此，值得广泛推广应用。关键词：道路工程；消石灰；沥青混合料；路用性能0前言高速公路快速发展，重交通和重载现象日趋严重，沥青路面的各种表面功能都衰减很快，从而直接影响到汽车的行驶安全和舒适性。如何改善提高已建高等级公路的使用性能已是公路行业普遍关注的问题之一[1-2]。沥青混合料中掺加消石灰作为抗剥离措施在国外使用较多，国内尽管在《公路沥青路面施工技术规范》中有用消石灰作为抗剥离措施的相关规定，但实际工程中运用较少，且消石灰抗剥离的短期、长期性能的研究较少。本文进行了消石灰的最佳掺量下沥青混合料路用性能研究。1外掺剂通过提高沥青与集料之间的粘附性来达到预防和减少水损害的发生，一般说来，提高集料和沥青之间粘附性的主要措施有三种：（1）使用高质量的集料；（2）使用针入度小的沥青；3）添加外掺剂。常使用的外掺剂主要有两种，一种是化学外掺剂，另外一种是消石灰或水泥外掺剂。化学外掺剂多数是液体胺类或金属皂类表面活性剂。这些表面活性剂能有效地降低沥青表面张力，促进集料表面的湿润，从而达到提高沥青和集料占附性的目的。但是使用化学抗剥落剂，特别是一些胺类抗剥落剂的沥存在以上的问题：（1）热稳定性差。用水煮法试验显示，某种掺加胺类抗剥落剂的沥青与石料的粘附性在刚掺加2h后试验的剥落率仅为2%，高温储存24h后试验剥落率为20%，储存48h后的剥落率达30%，储存72h后的剥落率为34%。（2）长期性能较差。使用化学抗剥落剂初期效果比较明显，但使用几年后，强度衰减明显，这反而容易产生水损害。2在国际上比较普遍的抗剥离做法是使用消石灰和水泥来替代产部分矿粉。比如在日本的规范〈沥青路面要纲〉中规定“抗剥落剂是以防止沥青混合料产生剥落破坏主要目的而添加的外加剂。一般采用消石灰，也可以使用油脂为主要成分的胺类、酰胺类、季胺类等阳离子表面活性剂”。在美国，是以消石灰和水泥作为最基本的抗剥离措施。早在二十世纪七十年代，美国的乔治亚（GEORGIO）、得克萨斯（TEXAS）等放就开始使用石灰来解决水稳定性问题。1998年的电话调查显示消石灰已成最为流行的抗剥落剂。目前在美国至少有15个州的沥青混合料中使用消石灰[1-5]。在我国尽管在〈公路沥青路面施工技术规范〉中有以下的规定“当用于高速公路、一级公路的石料为酸性石料时，宣使用针入度小的沥青，并采用下列抗剥离措施，使沥青与矿料的粘附性符合本规范附录C表C.0.8的要求”。抗剥离的措施是：（1）用干燥的磨细消石粉或生石灰、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的1.5%-2%；（2）在沥青中掺加抗剥落剂；（3）将粗集料用石灰浆处理后使用。但在实际工程中大都是采用液体胺类抗剥落剂。因此掺加消石灰和液体抗剥剂沥青混合料的短期和长期性能研究是本章的重点。2消石灰掺加工艺在实际施工中生产单位喜欢用液体抗剥落剂的一个很重要的原因就是液体抗剥落剂掺加工艺简单。对消石灰来说如何采用简单工艺把消石灰掺加到集料表面是非常重要的，这不但关系到消石灰作为抗剥落剂的推广使用，而且直接影响消石灰对沥青混合料抗水损害的效果。消石灰的掺加工艺归纳起来大致有两种，一种是对沥青进行处理，另一种是对集料进行处理。对沥青处理就是将消石灰作为改性剂将基质沥青改成沥青胶浆，在沥青胶浆和集料进行拌和。对集料的处理常用的方法有：干掺法、稀浆法、石灰水法和干消石灰处理潮湿集料法。试验表明，这些掺加工艺都能提高沥青混合料的抗剥落性能，但各有利弊，现分析如下：（1）干掺法该法是将消石灰直接和集料进行拌和，让消石灰覆盖在集料表面，然后再加入沥青进行拌和。干掺法按照掺加工艺又可以分为两种：一种是直接干掺法。直接干掺法是在生产沥青混合料时，在拌和厂将消石灰直接加入到拌和楼里。这种方法的关键在于如何准确计量，保证消石灰的掺量。另一种是间接干掺法。即在生产矿粉时按照一定的比例将消石灰加入到矿粉中，这种方法适合大规模的工业化生产，而且能比较准确计量消石灰的掺量。但不论是采用直接还是间接的方法都是确保集料是在裹覆消石灰以后才与沥青拌和，这对间歇式拌和机比较容易实现，而且该方法操作简单易行，因此大多数情况下都采用干掺法这种掺加工艺。干掺法的特点是在拌和时，消石灰会因密度小而随热气逸出并作为粉尘回收，从而造成消石3灰的实际掺量产生偏差。（2）稀浆法：该法是在消石灰粉中加适量水，将干石灰粉作成稀浆，然后将稀浆和集料进行拌和。和干掺法相比，这种方法能使消石灰较好地裹覆在集料上，从而有效地提高沥青和集料间的粘附性。此法的缺点主要有两方面。一是不适宜大规模的生产，另一方面是由于拌和时要将消石灰中的水分蒸发，这势必要增加燃料的消耗而降低生产率。（3）石灰水法采用溶度为20-30%石灰水对集料进行处理，这种处理既可以对粗集料进行处理，也可以掺加到石料中一起进入拌合机。试验表明该方法处理集料要比加干消石灰粉效果好，但处理工艺比较复杂。（4）干消石灰处理潮湿集料法该法是将干消石灰粉掺入含水量为3-5%的集料中，这种方法也能有效地、均匀地使消石灰裹附到集料上，操作比稀浆法简单。但也存在增加燃料消耗和降低生产率的问题。通过对以上几种方法比较后建议施工时采用干掺法，在干掺法中推荐使用间接干掺法。此外，经消石灰处理后的集料应立即使用[6-10]。3掺消石灰后沥青混合料路用性能对比研究沥青混合料中渗加消石灰最常用的作做是用消石灰替代常用的石灰石矿粉，本试验亦采用此方法。级配采用AC-16-I型中值（其中矿粉的质量百分比为5%），最佳油石比例为4%；为了得到掺加消石灰后对沥青路面路用性能如高温性能、低温抗裂性能及疲劳性能的影响，因此有必要对掺加消石灰后这些路用性能进行检验。3.1高温稳定性在最佳消石灰掺量下和原状AC-16-I的车辙试验结果见表1。表1车辙试验结果混合料类型动稳定度（600C，1h；次/mm）相对变形%AC—16—I+1.5%消石灰78715.3AC—16—I52322.5从表中的结果看，和未掺加消石灰的沥青混合料相比，掺加消石灰后的动稳定度要明显提高，相对变形下降。这说明掺加消石灰能在一这程度上提高沥青混合料的高温稳定性。3.2低温抗裂性在最佳掺量下的低温弯曲试验结果见表2。试验温度-10℃，加载速率1mm/min。4表2低温弯曲试验结果弯拉强度应力比应力水平（Mpa）疲劳寿命（次）4.80．31．3290520．41．7118040．52．333090．62．71202从表中结果看出，和未掺加消石灰的沥青混合料相比，添加1.5%的消石灰的弯拉应变增大，劲度模量减小。这意味着混合料低温抗裂性能提高。即从低温弯曲试验结果看，掺加消石灰后能提高混合料的低温性能。3.3抗疲劳性能AC-16-I+1.5%消石灰和AC-16-I的疲劳试验结果分别见表3和表4。表3AC-16-I加1.5%消石灰的疲劳试验结果弯拉强度应力比应力水平（MPa）疲劳寿命（次）4.80.31.4299000.41.8119080.52.333380.62.81246表4AC-16-I的疲劳试验结果弯拉强度应力比应力水平（MPa）疲劳寿命（次）2.80.20.5674113120.30.851152450.41.134822680.51.41851389从对比试验结果综合来看，用消石灰部分替代常见的石灰石矿粉不但能提高混合料的水稳定性，而且还能在一定的程度上改善混合料的高温、低温和疲劳性能。4结论（1）本文总结了外掺剂的选择和功能，以及常用的外掺剂。（2）本文总结了在沥青混合料中用外掺剂消石灰代替矿粉，以及其掺加施工工艺。（3）本文进行沥青混合料室内试验（高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能），并对比沥青混合料在已掺加和未掺加消石灰时的路用性能，得出掺加消石灰的沥青混合料在高温稳定性能、低温抗裂性能、抗疲劳性能等方面都有显著提高。其工程价值明显，适合推广应用。5参考文献：[1]姚辉.沥青混合料冷再生技术研究[D].硕士学位论文.长沙:长沙理工大学,2007.6.[2]沈金安,李福普.改性乳化沥青在高速公路沥青路面维修养护中的应用前景[J].石油沥青,2000.14(1).[3]王小妹,熊伟,房月金.道路用改性乳化沥青的研究[J].公路,1997,42(9):55-69.[4]应荣华,姚辉.泡沫沥青现场冷再生混合料设计研究[J].中外公路,2007,52(2):141-144.[5]高英,梁富权.水泥-乳化沥青混合料研究[J].公路.1997,42(8):88-89.[6]蒋甫,应荣华,秦仁杰.昌樟高速公路水损害调查分析与处治措施[J].公路,2006,51(12):200-204.[7]王端宜,邹桂莲,韩传岱.对沥青路面水损害早期破坏的认识[J].东北公路,2001,24(1):23-25.[8]杨慧光,孙杨勇.多雨地区沥青混凝土路面水损害防治技术分析[J].公路,2004,49(11):165-167.[9]王抒音,周纯秀.提高沥青—酸性集料抗水损害的试验研究[J].中国公路学报,2003,16(1):6-9.[10]李剑,史立梅,刘惠敏.沥青混合料中掺加消石灰的抗水损害性能研究[J].公路,2003,48(8):111-113.