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WG-I温拌剂对水工沥青混凝土性能的影响

导读:通过研究 WG-Ⅰ温拌剂对水工沥青以及沥青混凝土性能的影响,得到了温拌剂的应用条件及方式; 通过检测不同掺量 WG-Ⅰ温拌剂对水工 90 号沥青的黏度、三大指标( 针入度、软化点、延


返回列表 来源:未知 发布日期:2019-09-25 14:37【
研究背景

沥青混凝土在我国水利设施中广泛应用,常作为 防渗材料和稳定材料应用于土石坝中的防渗部位、渠 道防渗加固层、透水坝的滤水构造及其他方面。目 前,沥青混凝土的制备是将温度为165~175 ℃的沥青 与 165~185 ℃的热骨料进行拌合,随后在≥120 ℃的温度下进行现场摊铺与碾压。随着拌合温度的 升高,骨料表面裹附的沥青膜越薄,沥青的高温老化 程度就越深,低温破坏应变随之减小,混凝土表面容 易出现温缩裂缝,这将对沥青混凝土的整体防渗性和 结构稳定性产生影响。因此,有必要研究低温条件下 沥青混凝土的温拌技术,同时提升沥青混凝土的力学 性能。 自 20 世纪 90 年代以来,国内外开展了沥青混凝 土温拌技术的研究,该技术旨在降低沥青混凝土的拌 合及摊铺温度,同时保持其性能。温拌技术通常采 取沥青与骨料在较低温度条件下( 100 ~ 140 ℃) 进行 拌合,使物理性能到达或靠近热拌沥青混凝土,从而 在拌合过程中减少燃料消耗、节约生产成本、减少有 害气体排放、延长沥青混凝土的应用时间等。 目前,国内外企业通常在沥青中加入温拌剂,实 现低温拌合沥青混凝土。已经研制并推广的温拌剂 有几十种,其温拌方式主要为泡沫沥青法、有机添加 剂法、表面活性添加剂法,这 3 种方式均可实现沥青 混凝土的低温拌合。研究表明不同温拌剂的适 用范围、使用条件、工艺设计及适用效果均有所不 同。WG-Ⅰ温拌剂为表面活性剂型温拌剂,本 文主要研究 WG-Ⅰ温拌剂不同掺量对沥青性能、劈 裂试验的影响,并对比了常规沥青混凝土( 沥青、骨 料温度均为 170 ℃ ) 与温拌剂掺量为 2%的温拌沥 青混凝土( 沥青温度为 170 ℃,骨料温度为 120 ℃ ) 在拉伸试验、弯曲试验、压缩试验中的性能,确定 WG-Ⅰ温拌剂的应用条件,为现场施工提供相应技 术参考。

原材料及试验方法

温拌剂 WG-Ⅰ温拌剂为棕黄色液体,密度为0.910 ~ 0.950 g /cm3 ,20 ℃时黏度为 520 mPa·s,属于表面 活性剂型温拌剂。使用时,通常将其掺入到温度为 100 ℃以上的基质沥青中,搅拌均匀后备用。它能 够与沥青形成胶束结构,通过降低沥青的黏度,从而 降低沥青混凝土的施工温度。沥青混凝土配合比选择 通过配合比优选试验,确定级配指数为0.4,矿 粉含量为 12%,油石比为7%,可作为本文劈裂及性 能试验中沥青混凝土的配合比。
试验方法 结合工程实际应用,采用温差拌合法制备马歇 尔试件,即沥青温度为 170 ℃,骨料温度为 120 ℃, 正反击实 35 次成型马歇尔试件,并对试件进行劈裂 试验,通过分析温拌剂掺量与应力、应变的关系曲 线,得到最适合的温拌剂掺量,随后对比其在拉伸试 验、弯曲试验、压缩试验中的性能。

试验结果与讨论

温拌剂对沥青及骨料的影响
黏度值通常用来表示在一定施工温度条件下沥 青的拌合容易程度,黏度指标是选择温拌剂的一个主 要参数。利用沥青标准黏度计来测定不同WG-Ⅰ 温拌剂掺量( 0%,1%,2%,3%,4%,5%) 在不同温度 条件( 95,105,115 ℃) 下的沥青黏度,探究不同温拌 剂掺量对沥青黏度的影响在试验温度一定的条件下,沥 青黏度随着WG-Ⅰ温拌剂掺量升高而减小。115 ℃ 条件下,温拌剂掺量为 3%,4%,5%的温拌沥青的黏 度较原沥青黏度 分别下降了 17.69%,27.96%, 30.65%。这表明随着试验温度升高,温拌剂掺量的 升高对沥青黏度的影响效果逐渐减弱。在温拌剂掺 量一定的条件下,试验温度越低,温拌剂对沥青黏度 的影响越大。同时,温拌剂掺量在 4% ~ 5%的区间 上沥青黏度降幅逐渐减小,因此,随后沥青老化试验 采用温拌剂掺量为 4%。
随着温拌剂掺量的增加,温拌沥青的软化点逐 渐降低,且 3%,4%,5%掺量下,温拌沥青的软化点 较基质沥青分别下降8.58%,11.37%,13.09%。随着 软化点逐渐降低,沥青的温拌效果愈加明显。尽管 软化点的降低会对沥青混凝土的高温热稳定性能造 成一定影响,但考虑到土石坝中沥青混凝土的环境 温度一般为 20 ℃ 左右,因此,软化点的小幅度降低 对水工沥青混凝土的稳定性影响较小。 随着温拌剂掺量的增加,试验测得温拌沥青在 10 ℃的条件下,延度均>150 cm,表现出良好的延展 性。通过对比延度为 150 cm 时不同温拌沥青的试 验结果,发现温拌剂掺量的提高有助于提升沥青延 度,这体现了温拌沥青在低温条件下具有良好的延 展性,间接凸显出温拌剂良好的温拌能力。 随着温拌剂掺量的增加,温拌沥青的密度基本 不变,这主要是由于沥青与温拌剂密度基本相同。 因此,不同掺量的温拌剂对温拌沥青的密度影响基 本可以忽略不计。
粗骨料与温拌沥青的黏附性等级满足《土石 坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》的要求≥4; 细 骨料与温拌沥青的水稳定等级满足《土石坝沥青混 凝土面板和心墙设计规范》的要求≥6。综上试验 结果表明,温拌剂掺量为 0% ~ 5%时,温拌沥青与骨 料的黏附性均满足试验要求。 在合理的掺量条件下,WG-I 型温拌剂对沥青 及骨料性能方面的影响较小,满足实际工程需要,可 应用于碾压式沥青混凝土心墙,同时也可应用于沥 青混凝土面板坝、浇筑式沥青混凝土心墙、公路路面 施工以及其他防渗工程中。由于各工程工况有所区 别,建议使用前重新进行性能试验验证。

结 论

( 1) 试验温度一定时,随着温拌剂掺量的升高, 温拌沥青的黏度随之降低,试验温度越低,黏度降幅 越大。因此,WG-Ⅰ温拌剂对降低沥青黏度有显著的 作用,沥青拌合温度越低,降低黏度效果愈加明显。
( 2) 温拌剂掺量对沥青性能影响结果显示: 随温 拌剂掺量升高,温拌沥青密度基本不变,针入度呈递 增趋势,软化点亦有所降低,延度满足试验规范要求。 这表明温拌沥青在满足工程适用性的同时能够降低 其低温黏度,将有利于沥青混凝土的温拌技术研究。
( 3) 4%掺量温拌剂的温拌沥青 2 次老化试验结 果表明: 加入温拌剂对上海昌吉沥青抗老化性能有所提升,沥青在 10 ℃ 的延度仍为69.7 cm,远大于规范要求的 8.0 cm; 针入度比为70.1%,远大于规范要求>57%。 因此,温拌剂对提升沥青的抗老化性能有促进作用。
( 4) 通过对不同温拌剂掺量的温拌沥青混凝土 进行劈裂试验,结果表明: 随着温拌剂掺量的增加, 马歇尔试件的孔隙率基本保持不变,均<2%; 在温拌 剂掺量>2%时,最大间接应力基本保持不变。因此 在后续性能试验中采用 WG-Ⅰ型温拌剂掺量为 2% 的温拌沥青混凝土进行试验。
( 5) 将温拌剂掺量为 2%的温拌沥青混凝土与 常规沥青混凝土的弯曲、拉伸以及压缩性能试验进 行对比,结果表明,温拌剂掺量为 2%的温拌沥青混 凝土的性能基本保持不变,应变能力有大幅度提高, 这将有利于提升沥青混凝土适应变形及自愈的能 力。因此 WG-Ⅰ温拌剂可以应用于沥青混凝土心 墙工程之中。