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WG－I溫拌劑對(duì)水工瀝青混凝土性能的影響

導(dǎo)讀:通過(guò)研究 WG－Ⅰ溫拌劑對(duì)水工瀝青以及瀝青混凝土性能的影響，得到了溫拌劑的應(yīng)用條件及方式; 通過(guò)檢測(cè)不同摻量 WG－Ⅰ溫拌劑對(duì)水工 90 號(hào)瀝青的黏度、三大指標(biāo)( 針入度、軟化點(diǎn)、延

來(lái)源：未知發(fā)布日期：2019-09-25 14:37【大中小】

研究背景

瀝青混凝土在我國(guó)水利設(shè)施中廣泛應(yīng)用，常作為防滲材料和穩(wěn)定材料應(yīng)用于土石壩中的防滲部位、渠道防滲加固層、透水壩的濾水構(gòu)造及其他方面。目前，瀝青混凝土的制備是將溫度為165～175 ℃的瀝青與 165～185 ℃的熱骨料進(jìn)行拌合，隨后在≥120 ℃的溫度下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攤鋪與碾壓。隨著拌合溫度的升高，骨料表面裹附的瀝青膜越薄，瀝青的高溫老化程度就越深，低溫破壞應(yīng)變隨之減小，混凝土表面容易出現(xiàn)溫縮裂縫，這將對(duì)瀝青混凝土的整體防滲性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，有必要研究低溫條件下瀝青混凝土的溫拌技術(shù)，同時(shí)提升瀝青混凝土的力學(xué) 性能。自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外開展了瀝青混凝土溫拌技術(shù)的研究，該技術(shù)旨在降低瀝青混凝土的拌合及攤鋪溫度，同時(shí)保持其性能。溫拌技術(shù)通常采取瀝青與骨料在較低溫度條件下( 100 ～ 140 ℃) 進(jìn)行拌合，使物理性能到達(dá)或靠近熱拌瀝青混凝土，從而在拌合過(guò)程中減少燃料消耗、節(jié)約生產(chǎn)成本、減少有害氣體排放、延長(zhǎng)瀝青混凝土的應(yīng)用時(shí)間等。目前，國(guó)內(nèi)外企業(yè)通常在瀝青中加入溫拌劑，實(shí) 現(xiàn)低溫拌合瀝青混凝土。已經(jīng)研制并推廣的溫拌劑有幾十種，其溫拌方式主要為泡沫瀝青法、有機(jī)添加劑法、表面活性添加劑法，這 3 種方式均可實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土的低溫拌合。研究表明不同溫拌劑的適用范圍、使用條件、工藝設(shè)計(jì)及適用效果均有所不同。WG－Ⅰ溫拌劑為表面活性劑型溫拌劑，本文主要研究 WG－Ⅰ溫拌劑不同摻量對(duì)瀝青性能、劈裂試驗(yàn)的影響，并對(duì)比了常規(guī)瀝青混凝土( 瀝青、骨料溫度均為 170 ℃ ) 與溫拌劑摻量為 2%的溫拌瀝青混凝土( 瀝青溫度為 170 ℃，骨料溫度為 120 ℃ ) 在拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)中的性能，確定 WG－Ⅰ溫拌劑的應(yīng)用條件，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供相應(yīng)技術(shù)參考。

原材料及試驗(yàn)方法

溫拌劑 WG－Ⅰ溫拌劑為棕黃色液體，密度為0．910 ～ 0．950 g /cm3 ，20 ℃時(shí)黏度為 520 mPa·s，屬于表面活性劑型溫拌劑。使用時(shí)，通常將其摻入到溫度為 100 ℃以上的基質(zhì)瀝青中，攪拌均勻后備用。它能夠與瀝青形成膠束結(jié)構(gòu)，通過(guò)降低瀝青的黏度，從而降低瀝青混凝土的施工溫度。瀝青混凝土配合比選擇通過(guò)配合比優(yōu)選試驗(yàn)，確定級(jí)配指數(shù)為0．4，礦粉含量為 12%，油石比為7%，可作為本文劈裂及性能試驗(yàn)中瀝青混凝土的配合比。
試驗(yàn)方法結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，采用溫差拌合法制備馬歇爾試件，即瀝青溫度為 170 ℃，骨料溫度為 120 ℃，正反擊實(shí) 35 次成型馬歇爾試件，并對(duì)試件進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，通過(guò)分析溫拌劑摻量與應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系曲線，得到最適合的溫拌劑摻量，隨后對(duì)比其在拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)中的性能。

試驗(yàn)結(jié)果與討論

溫拌劑對(duì)瀝青及骨料的影響
黏度值通常用來(lái)表示在一定施工溫度條件下瀝青的拌合容易程度，黏度指標(biāo)是選擇溫拌劑的一個(gè)主要參數(shù)。利用瀝青標(biāo)準(zhǔn)黏度計(jì)來(lái)測(cè)定不同WG－Ⅰ 溫拌劑摻量( 0%，1%，2%，3%，4%，5%) 在不同溫度條件( 95，105，115 ℃) 下的瀝青黏度，探究不同溫拌劑摻量對(duì)瀝青黏度的影響在試驗(yàn)溫度一定的條件下，瀝青黏度隨著WG－Ⅰ溫拌劑摻量升高而減小。115 ℃ 條件下，溫拌劑摻量為 3%，4%，5%的溫拌瀝青的黏度較原瀝青黏度分別下降了 17．69%，27．96%， 30．65%。這表明隨著試驗(yàn)溫度升高，溫拌劑摻量的升高對(duì)瀝青黏度的影響效果逐漸減弱。在溫拌劑摻量一定的條件下，試驗(yàn)溫度越低，溫拌劑對(duì)瀝青黏度的影響越大。同時(shí)，溫拌劑摻量在 4% ～ 5%的區(qū)間上瀝青黏度降幅逐漸減小，因此，隨后瀝青老化試驗(yàn) 采用溫拌劑摻量為 4%。
隨著溫拌劑摻量的增加，溫拌瀝青的軟化點(diǎn)逐漸降低，且 3%，4%，5%摻量下，溫拌瀝青的軟化點(diǎn) 較基質(zhì)瀝青分別下降8．58%，11．37%，13．09%。隨著軟化點(diǎn)逐漸降低，瀝青的溫拌效果愈加明顯。盡管軟化點(diǎn)的降低會(huì)對(duì)瀝青混凝土的高溫?zé)岱€(wěn)定性能造成一定影響，但考慮到土石壩中瀝青混凝土的環(huán)境溫度一般為 20 ℃ 左右，因此，軟化點(diǎn)的小幅度降低對(duì)水工瀝青混凝土的穩(wěn)定性影響較小。隨著溫拌劑摻量的增加，試驗(yàn)測(cè)得溫拌瀝青在 10 ℃的條件下，延度均＞150 cm，表現(xiàn)出良好的延展性。通過(guò)對(duì)比延度為 150 cm 時(shí)不同溫拌瀝青的試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)溫拌劑摻量的提高有助于提升瀝青延度，這體現(xiàn)了溫拌瀝青在低溫條件下具有良好的延展性，間接凸顯出溫拌劑良好的溫拌能力。隨著溫拌劑摻量的增加，溫拌瀝青的密度基本不變，這主要是由于瀝青與溫拌劑密度基本相同。因此，不同摻量的溫拌劑對(duì)溫拌瀝青的密度影響基本可以忽略不計(jì)。
粗骨料與溫拌瀝青的黏附性等級(jí)滿足《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求≥4; 細(xì) 骨料與溫拌瀝青的水穩(wěn)定等級(jí)滿足《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求≥6。綜上試驗(yàn) 結(jié)果表明，溫拌劑摻量為 0% ～ 5%時(shí)，溫拌瀝青與骨料的黏附性均滿足試驗(yàn)要求。在合理的摻量條件下，WG－I 型溫拌劑對(duì)瀝青及骨料性能方面的影響較小，滿足實(shí)際工程需要，可應(yīng)用于碾壓式瀝青混凝土心墻，同時(shí)也可應(yīng)用于瀝青混凝土面板壩、澆筑式瀝青混凝土心墻、公路路面施工以及其他防滲工程中。由于各工程工況有所區(qū) 別，建議使用前重新進(jìn)行性能試驗(yàn)驗(yàn)證。

結(jié) 論

( 1) 試驗(yàn)溫度一定時(shí)，隨著溫拌劑摻量的升高，溫拌瀝青的黏度隨之降低，試驗(yàn)溫度越低，黏度降幅越大。因此，WG－Ⅰ溫拌劑對(duì)降低瀝青黏度有顯著的作用，瀝青拌合溫度越低，降低黏度效果愈加明顯。
( 2) 溫拌劑摻量對(duì)瀝青性能影響結(jié)果顯示: 隨溫拌劑摻量升高，溫拌瀝青密度基本不變，針入度呈遞增趨勢(shì)，軟化點(diǎn)亦有所降低，延度滿足試驗(yàn)規(guī)范要求。這表明溫拌瀝青在滿足工程適用性的同時(shí)能夠降低其低溫黏度，將有利于瀝青混凝土的溫拌技術(shù)研究。
( 3) 4%摻量溫拌劑的溫拌瀝青 2 次老化試驗(yàn)結(jié) 果表明: 加入溫拌劑對(duì)上海昌吉瀝青抗老化性能有所提升，瀝青在 10 ℃ 的延度仍為69．7 cm，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的 8．0 cm; 針入度比為70．1%，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求＞57%。因此，溫拌劑對(duì)提升瀝青的抗老化性能有促進(jìn)作用。
( 4) 通過(guò)對(duì)不同溫拌劑摻量的溫拌瀝青混凝土進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，結(jié)果表明: 隨著溫拌劑摻量的增加，馬歇爾試件的孔隙率基本保持不變，均＜2%; 在溫拌劑摻量＞2%時(shí)，最大間接應(yīng)力基本保持不變。因此在后續(xù)性能試驗(yàn)中采用 WG－Ⅰ型溫拌劑摻量為 2% 的溫拌瀝青混凝土進(jìn)行試驗(yàn)。
( 5) 將溫拌劑摻量為 2%的溫拌瀝青混凝土與常規(guī)瀝青混凝土的彎曲、拉伸以及壓縮性能試驗(yàn)進(jìn) 行對(duì)比，結(jié)果表明，溫拌劑摻量為 2%的溫拌瀝青混凝土的性能基本保持不變，應(yīng)變能力有大幅度提高，這將有利于提升瀝青混凝土適應(yīng)變形及自愈的能力。因此 WG－Ⅰ溫拌劑可以應(yīng)用于瀝青混凝土心墻工程之中。

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