抗剝落劑使用于瀝青和地區(qū)區(qū)域石料黏附研究論文

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[摘要]針對青海地區(qū)廣泛分布的酸性花崗巖、砂巖進(jìn)行摻加抗剝落劑改善酸性石料與瀝青黏附性的研究。通過水煮法評定石料與瀝青黏附性的等級,并通過瀝青老化試驗(yàn)確定適合青海地區(qū)采用的抗剝落劑品種以及摻配量。

[關(guān)鍵詞]抗剝落劑;瀝青;黏附性

瀝青與集料的黏附性是評價(jià)瀝青技術(shù)性能的一個(gè)重要指標(biāo),直接影響瀝青路面的使用質(zhì)量和耐久性。良好的黏附性是保證瀝青路面具有足夠高溫穩(wěn)定性、良好的水穩(wěn)定性以及良好的耐久性的重要條件。

酸性石料具有強(qiáng)度高、耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn),是良好的筑路材料。然而由于酸性石料與瀝青的黏附性不好,不能滿足規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求,所以在使用方面局限性很大。青海省地處青藏高原東北部,經(jīng)調(diào)查,省內(nèi)酸性石料蘊(yùn)藏量豐富,并且容易采集、加工。如果采用則可以節(jié)省大量的公路建設(shè)資金,大大降低公路造價(jià)。對于青海省而言,由于特殊的地理位置,惡劣的氣候條件,單一的經(jīng)濟(jì)模式,青海省經(jīng)濟(jì)相對較為落后,公路發(fā)展相對滯后。公路建設(shè)應(yīng)以因地制宜、就地取材為原則,以最小的資金投入、最低的施工成本、最好的使用質(zhì)量為目標(biāo)。因此,解決青海省特有酸性石料與瀝青黏附性的技術(shù)問題具有非常重要、長遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

瀝青抗剝落劑是解決道路石油瀝青與酸性石料黏附性較差問題的一種添加劑,可以通過降低瀝青與集料之間的界面張力來提高瀝青與集料之間的黏附力。目前市場上的抗剝落劑有很多種,根據(jù)青海省的氣候條件、環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)水平以及施工方法,確定適合青海的抗剝落劑品種和摻配量是本課題研究的主要內(nèi)容之一。

1研究的方案

1.1材料的選擇

本課題的目的是研究改善青海地區(qū)酸性石料與瀝青黏附性的技術(shù)。因此集料的母巖是根據(jù)青海路網(wǎng)規(guī)劃,選取路網(wǎng)規(guī)劃路線沿線分布較廣的酸性石料花崗巖、砂巖作為研究對象,同時(shí)選擇堿性石灰?guī)r作為對比。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)中關(guān)于瀝青路面施工氣候分區(qū)的劃分,青海屬于3-2-2區(qū)。晝夜溫差大,紫外線照射強(qiáng),瀝青老化快。再加上考慮到青海省公路建設(shè)的資金等因素,本課題按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)的規(guī)定(見表1.1),選用青海常用的新疆克拉瑪依石化公司廠生產(chǎn)的道路石油瀝青A-110#作為試驗(yàn)用瀝青。

根據(jù)青海省的氣候條件、環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)水平以及施工方法,初步篩選了四種抗剝落劑作為試驗(yàn)用抗剝落劑。分別是四川成都卡洛公司生產(chǎn)的卡洛胺抗剝落劑、西安公路研究所研發(fā)的PA-1型抗剝落劑、江蘇鎮(zhèn)江金陽道路材料發(fā)展科技有限公司研發(fā)的JT-K1型抗剝落劑、上海同濟(jì)大學(xué)制備的TJ-066型抗剝落劑。

1.2實(shí)驗(yàn)方案

先將所選用的三種石料與克拉瑪依A-110#原樣瀝青用水煮法進(jìn)行黏附性等級評定,然后在將所選擇的四種抗剝落劑以不同比例分別摻配于克拉瑪依AH-110#瀝青中,進(jìn)行黏附性等級評價(jià),通過對比,篩選出適合用于青海地區(qū)酸性石料的抗剝落劑的品種以及最佳摻配量。方案如圖1所示。

將選定的比較適合青海公路建設(shè)的抗剝落劑(不少于兩種),按最佳摻配量摻加到瀝青中進(jìn)行薄膜加熱試驗(yàn),對瀝青老化前后的黏附性能進(jìn)行比較。方案如圖2所示。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

自20世紀(jì)30年代以來,出現(xiàn)了許多評定瀝青與礦料黏附性的試驗(yàn)方法。目前國際上通用的方法有水煮法、水浸法、光電比色法和攪動水凈吸附法等。本課題按照我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052-2000)的規(guī)定,采用水煮法評定瀝青與集料的黏附性。具體步驟如下:

水煮法的具體方法是:

①將集料過篩,篩孔尺寸為19mm、13.2mm。選取粒徑13.2mm~19mm,形狀接近立方體的規(guī)則粗集料5個(gè),用潔凈的水洗凈,放置溫度為105℃±5℃的烘箱中烘干,然后放在干燥器中備用。

②將一個(gè)大燒杯盛水,放置到有石棉網(wǎng)的加熱爐上煮沸。

③將集料逐個(gè)用細(xì)線在中部系牢,再放置105℃±5℃的烘箱內(nèi)1h。

④準(zhǔn)備瀝青試樣。

本課題采用的瀝青是克拉瑪依A-110#袋裝瀝青。從袋中表面瀝青以下,側(cè)面以內(nèi)5cm以上部位取樣。將取出的瀝青試樣放入盛樣器皿中帶蓋放入恒溫烘箱中,加熱至完全熔化(烘箱溫度設(shè)置為135℃~150℃)。將盛樣器中的瀝青通過0.6mm的濾篩過濾,立即分別裝入5個(gè)擦拭干凈并且干燥的瀝青盛樣器皿中。在這個(gè)過程中如果瀝青溫度下降,可放入烘箱中適當(dāng)加熱,但加熱次數(shù)不得超過兩次。

①逐個(gè)取出加熱的礦料顆粒,用線提起,浸入瀝青試樣中45s后,輕輕拿出,注意使集料顆粒完全被瀝青膜所裹覆。

②將裹覆附瀝青的集料顆粒懸掛于試驗(yàn)架上,下面鋪一張紙,使多余的瀝青流掉。并在室溫下冷卻15min。

③待集料顆粒冷卻后,逐個(gè)用細(xì)線提起,浸入盛有煮沸水的大燒杯中央,調(diào)整加熱爐,使燒杯中的水保持微沸狀態(tài)。(注意:微沸指的是容器表面后破裂的現(xiàn)象。)為避免脫落的瀝青在取出集料顆粒時(shí)又粘回集料表面的現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)將脫落漂浮在液體表面的瀝青用紙粘走。

④浸煮3min后,將集料顆粒從液體中取出,觀察集料顆粒表面瀝青膜的剝落程度,按規(guī)定評定瀝青與集料的黏附性等級(注意:為避免已脫落但仍聚集成團(tuán)黏附在集料顆粒表面的瀝青在取出顆粒時(shí)又鋪展開,造成沒有剝落的假象,應(yīng)在未取出時(shí)就先觀察瀝青膜的剝落情況,做好記錄)。

⑤同一試樣應(yīng)平行試驗(yàn)5個(gè)集料顆粒,并由兩名以上經(jīng)驗(yàn)豐富的試驗(yàn)人員分別評定后,取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

瀝青與集料黏附性的評定方法見表2。

先將所選擇的石料按試驗(yàn)規(guī)程的要求制作成試驗(yàn)樣本,進(jìn)行瀝青原樣與集料的黏附性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表3。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知,克拉瑪依瀝青A-110#瀝青雖然是路用石油瀝青中各項(xiàng)指標(biāo)均較好的瀝青,但是與酸性石料的黏附性也不能滿足規(guī)范要求的等級。除從西久線K676+900處取來的砂巖試樣剛剛達(dá)到規(guī)范要求的黏附性等級Ⅳ級外,幾乎沒有符合規(guī)范要求不小于Ⅳ級的標(biāo)準(zhǔn)。而石灰?guī)r均達(dá)到規(guī)范的要求,驗(yàn)證了酸性石料與瀝青黏附性較差的事實(shí)。

為了能夠準(zhǔn)確地選擇適用于青海酸性石料的瀝青抗剝落劑以及確定抗剝落劑的合理摻量,本課題將四種抗剝落劑各按0.3%、0.4%、0.5%的劑量與克拉瑪依瀝青摻配,分別與所選擇的石料試樣進(jìn)行黏附性試驗(yàn),評定黏附性等級。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出,對于花崗巖來說,卡洛胺、PA-1型、TJ-066型、JY-K1型四種抗剝落劑中卡洛胺和PA-1型這兩種抗剝落劑改善效果明顯。外摻0.3%的抗剝落劑時(shí),已出現(xiàn)改善情況。當(dāng)外摻0.4%時(shí),有明顯改善效果,黏附性等級能達(dá)到Ⅴ級,個(gè)別效果差一點(diǎn)的也達(dá)到了Ⅳ級,滿足規(guī)范要求。TJ-066型和JY-K1型所需摻量大于卡洛胺和PA-1型,直到外摻0.5%時(shí)仍然沒有明顯改善效果。

對于砂巖來說,摻加抗剝落劑的確是改善與瀝青黏附性的好辦法,改善效果十分明顯。從表4可以看出,0.3%的抗剝落劑就能改善砂巖集料與瀝青的黏附性,已經(jīng)能夠滿足規(guī)范要求。當(dāng)外摻0.4%時(shí),黏附性等級均能達(dá)到Ⅴ級。

對于石灰?guī)r而言,由于集料本身與瀝青的黏附性就好,就已經(jīng)能夠滿足規(guī)范的要求,所以添加抗剝落劑改善的效果并不是很明顯。

經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果的分析,初步確定抗剝落劑優(yōu)先選擇的品種是卡洛胺和PA-1型抗剝落劑,最佳摻配量為0.4%。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果,針對0.4%的劑量進(jìn)行了摻加剝落劑的瀝青與集料黏附性的對比試驗(yàn),結(jié)果見表5和圖3、圖4及圖5所示。

通過以上圖表可以看出,對于花崗巖、砂巖等酸性石料來說,四種抗剝落劑中卡洛胺和PA-1型的所需摻量少,抗剝落效果明顯,添加后的瀝青黏附性能穩(wěn)定。而TJ-066型、JY-K1型兩種抗剝落劑需要的摻量大,添加后瀝青的黏附性能不穩(wěn)定。可以判定卡洛胺和PA-1型兩種抗剝落劑與TJ-066型、JY-K1型兩種抗剝落劑相比,抗剝落效果更好。

由于瀝青混合料路面施工和使用過程中是暴露在大氣環(huán)境中的,受光照、降水、氣溫等因素的影響,因此,本課題對摻加抗剝落劑后的瀝青黏附性等級進(jìn)行了瀝青老化前后的對比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表6。

通過試驗(yàn)說明,卡洛胺和PA-1型抗剝落劑適用于改善青海地區(qū)酸性石料與瀝青的黏附性,抗剝落效果好并且穩(wěn)定。

3結(jié)論

綜上所述,得出以下結(jié)論:

(1)通過試驗(yàn)研究分析表明,針對青海地區(qū)特殊的氣候條件和石料特點(diǎn),卡洛胺、PA-1、TJ-066、JY-K1型四種抗剝落劑中,卡洛胺、PA-1兩種抗剝落性能較好,適合用于青海地區(qū)的酸性石料,提高黏附性等級較明顯,性能穩(wěn)定。

(2)根據(jù)不同摻量的對比試驗(yàn)結(jié)果分析,并根據(jù)青海省公路工程施工實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)造價(jià),確定出抗剝落劑的最佳摻量是0.4%。

(3)經(jīng)耐久性抗老化試驗(yàn)驗(yàn)證,卡洛胺、PA-1兩種抗剝落劑的性能穩(wěn)定,老化前后差異不明顯。

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[6]章洪慶,嚴(yán)軍,黃彭.瀝青與集料的黏附性及評價(jià)方法[J].華東公路,2003,5(144):44-46.[作者簡介]錢曉鷗(1973—),女,浙江金華人,碩士,青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授,研究方向:公路設(shè)計(jì)、瀝青混合料、公路環(huán)境保護(hù)。