防水剂处理石料提高与沥青粘附性试验研究

沥青与集料的粘附好坏直接影响到路面的使用质量和耐久性。研究二者界面间的相互作用,提高粘附性是防治沥青路面水损害发生的主要途径之一。玄武岩石质坚硬、致密、耐磨性强,能充分发挥集料间的嵌挤作用,但石料显酸性,与沥青粘附性差,容易在水作用下造成沥青膜的剥落,导致沥青路面的掉粒、松散、坑槽等水损害破坏。目前提高酸性石料与沥青粘附性常用的方法有:在沥青中掺加抗剥离剂;掺加石灰粉或水泥等碱性粉料;石灰浆处理等。本研究采用有机硅防水剂(水性硅氧烷)按照一定比例制成水溶液,处理玄武岩石料,以期改善石料与沥青粘附性等级,增强沥青混合料强度、动稳定度,从而延长道路的使用寿命。沥青混合料组成材料粗集料粗集料采用邢台产玄武岩,技术指标见表1。

细集料
邢台县产石灰岩,表观相对密度2.694g/cm3,坚固性(>0.3mm)5%,含泥量(小于0.075mm)1%,砂当量75%。
矿粉
邢台县产石灰岩矿粉,表观密度2.680g/cm3,含水量0.3%,粒度范围< 0 . 6 0 m m 1 0 0 % , < 0 . 1 5 m m 9 1 . 9 % ,<0.075mm 75.0%,亲水系数0.3。
沥青
山东滨州AH-70沥青,针入度72( 2 5 ℃ , 0 . 1 m m ) , 延度大于1 0 0 c m(15℃),软化点48℃,密度1.002g/c m 3(15℃),TFOT后残留物针入度比65.3%(25℃),残留物延度11cm(10℃),残留物质量损失-0.33%。
防水剂
石家庄产有机硅防水剂,无毒无味,不产生环境污染。
抗剥离剂
重庆交通科研设计院研制的AR-78,非胺类高分子有机盐类产品,外观为黄色片状固体,熔点60±2℃,PH值约7,分解点大于380℃,不与乳化剂、橡胶、聚乙烯等常用沥青改性剂发生化学反应,无毒无腐蚀性。

防水剂浓度、石料与沥青粘附性关系
确定防水剂浓度
防水剂与水比例分别采用0∶1、1∶4、1∶6、1∶8、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20,配制不同浓度的液体,防水剂用量与石料吸水率的关系见图1。将石料倒入液体中几秒钟后捞出、晾干,按照JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》T0307-2005,粗集料吸水率方法测定石料吸水率,按照JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,T0616-1993沥青与粗集料的粘附性试验方法,水煮法、水浸法分别测定石料与沥青的粘附性,试验结果见表2。


采用不同浓度防水剂
验证采用不同浓度防水剂处理石料,高温下拌和沥青混合料,是否会降低石料与沥青粘附性。防水剂与水的比例采用1 ∶ 8 、1 ∶ 1 2 、1 ∶ 1 4 、1 ∶ 1 6 、1 ∶ 1 8 、1∶20,重复上述试验过程,石料晾干后,在烘箱中加热到180℃以上,保持30min后取出,测定石料吸水率,水煮法、水浸法分别测定石料与沥青的粘附性,试验结果见表3。


由以上试验结果可以看出,采用防水剂溶液处理石料后,经过高温,其吸水率没有增加、与沥青粘附性等级没有降低,因此综合考虑施工时的水平以及经济效益,推荐防水剂浓度1∶16为最佳用量,进行下一步试验。用防水剂经济用量1∶16溶液处理石料后,按照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》AC-16的要求,矿料配合比为(10~20)mm∶(5~10)m m ∶ ( 3 ~ 5 ) m m ∶ 机制砂∶ 矿粉= 1 8 % ∶ 3 0 % ∶ 8 % ∶ 4 0 % ∶ 4 % , 经马歇尔试验,找出最佳油石比,对比组有:用未经处理的石料;采用传统工艺,用2%石灰粉代替矿粉;掺加抗剥离剂。为简化记录,1∶16组记为A组、未经处理石料组记为B组,用2%石灰粉代替矿粉为C组,掺加抗剥离剂为D组。A组马歇尔试验结果见表4。
由以上试验结果可知最佳油石比4.2%,稳定度12.1kN。
B组马歇尔试验结果见表5。
由以上试验结果可知最佳油石比4.4%,稳定度8.0kN。
C组马歇尔试验结果见表5。
由以上试验结果可知最佳油石比4.4%,稳定度10.1kN。
D组马歇尔试验结果见表7
由以上试验结果可知最佳油石比4.4%,稳定度12.0 kN。
进行马歇尔试验、冻融劈裂试验、动稳定度试验A 、B 、C 、D 各组在最佳油石比的情况下,拌制沥青混合料进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、动稳定度试验,试验结果见表8。


以上试验结果表明:石料经防水剂处理后,较大地提高了沥青混合料的高温力学性能,沥青混凝土的水稳性显著提高,抗水剥落能力显著改善。

结论
通过对防水剂使用、玄武岩与沥青的粘附性、玄武岩沥青混合料水稳性和高温稳定性方面的初步研究与分析,得出如下结论:
使用防水剂处理石料,石料与沥青粘附性等级由三级提高到五级。
使用防水剂处理石料,清洁石料,最佳油石比从4.4%降为4.2%,减少沥青混合料用油量4 . 5 % , 石料吸水率由0.65%降低至0.08%。
使用防水剂处理石料与不作处理石料相比,在最佳油石比条件下,稳定度由8.0kN提高到12.1kN,提高了5 1 . 2 % ; 残留稳定度由7 6 . 5 % 提高到88.5%,提高了15.7%,残留强度比由72.5%提高到85.2%,提高了17.5%,动稳定度由760次/mm提高到1710次/mm,提高了125%。
使用防水剂处理石料与掺加2%石灰粉对比,在最佳油石比条件下,稳定度由10.1kN提高到12.1kN,提高了19.8%,残留稳定度由81.3%提高到88.5%,提高了8.9%,残留强度比由7 8 . 5 % 提高到8 5 . 2 % , 提高了8 . 5 % ,动稳定度由1400次/mm提高到1710次/mm,提高了22.1%。
使用防水剂处理石料与采用掺加0.3%抗剥离剂组对比,在最佳油石比条件下,稳定度为12.0kN和12.1kN,基本相同;残留稳定度由83.5%改变为88.5%,提高了6.0%;残留强度比由81.5%到85.2%,提高了4.5%;动稳定度由1650次/mm到1710次/mm,提高了3.6%。
综上所述,使用该防水剂处理玄武岩,石料与沥青粘附性优于其他方法处理效果。

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