石灰拌合方式对排水性沥青混凝土的影响

陈 鹏

(重庆水利电力职业技术学院， 重庆 402160)

石灰拌合方式对排水性沥青混凝土的影响

陈 鹏

(重庆水利电力职业技术学院， 重庆 402160)

研究评估何种添加石灰的方法和石灰含量多少可提高排水路面的性能。利用日本排水性铺装技术指针中建议的配比设计法，进行排水沥青混凝土的级配设计，确定其最佳沥青含量后制作Marshall试件，并进行各项性能试验。试验项目包括透水系数试验、稳定度流值试验、及不同浸泡天数(0、1、3、5、10 d)下的间接抗拉强度试验和磨耗试验，比较不同添加石灰的方法和不同含量在排水级配之间的差异性及抗剥脱能力。试验结果显示，就不同浸泡天数的间接抗拉强度而言，1%石灰含量较具有防剥的功效；就石灰拌入方式对于间接抗拉强度而言，建议先用石灰浆体拌合会有最佳的效果，干石灰加于湿润骨材上拌合效果也不错；且卤化2 d的时间会比不卤化直接拌合来的好;而较不好的方法为先加在冷骨材上，其大部分试验表现甚至比不添加石灰来的差；在稳定度试验方面，干拌方法(同时拌合)其稳定度比湿拌(加于湿润骨材上或是石灰浆体拌合)来的高。

石灰； 拌合方式； 沥青； 道路工程

1 概述

水分对路面所造成的破坏，一直是路面设计时考虑的重要问题[1，2]，过去欧、美、日各国均发展出排水性路面，排水路面其最独特的性质是级配中使用大量的粗骨材，大概占85%左右，以至于拥有15%～25%的高孔隙率，使水分能迅速的自路面排出[3]；因为拥有高孔隙率，沥青容易老化，造成剥脱现象[4]，而石灰为最经济且方便的防剥剂代表[5]；石灰的适当添加方式和含量多少对抗水侵害能力的影响为本研究重点之一。

本研究比较不同添加石灰方式和不同石灰含量下对排水沥青混凝土性质的影响；采用添加方式有石灰先与水混合成浆体、石灰加于湿润骨材上、骨材加热后石灰同时与沥青一起添加、还有先添加于未加热骨材上，前述两种方式浆体和先湿润骨材再细分为有卤化跟不卤化，所以一共六种拌合方式。目的想要探讨以下两项: ①石灰拌合方式对排水沥青混凝土性能的影响； ②石灰含量多少的比较差异。

2 试验方法

本研究石灰添加使用方式有下列几种方式:

A.代号C: 先将石灰与冷粒料混合，之后再一起加热和沥青拌合予以制成沥青混凝土，此种过程，石灰落在粒料表面为填缝料的角色。

B.代号T: 在骨材加热之后，在拌入沥青时，同时也加入石灰(与烘干的热骨材粒料一起拌合)模拟在拌合机里面一起拌合的情况，此种方法较为方便。

C.代号S: 先将石灰与水以3∶7的比例混合成浆体，再与粒料拌合之后，分为两种处理方式：一种将石灰浆体处理后的粒料，静置2 d，称为所谓的卤化(S — A)，以使石灰能与粒料充分作用；而另一种不卤化(S — B)则为马上加热粒料拌合。

D.代号W: 骨材先添加6%的水，使骨材表面湿润之后，再添加石灰进去，也是分为2种处理方式： ①将石灰处理后的粒料，静置2 d，称为所谓的卤化(W — A)； ②不卤化(W — B)则为马上加热粒料拌合。

3 试验结果与分析

3.1 室内透水试验结果分析

此研究针对所设计的马歇尔试件进行室内透水试验，借此作为评估沥青混凝土排水能力的指标。其透水系数的试验结果见表1。

表1 拌合方式的透水试验结果(1代表加入1%石灰)Table1 Permeabilitytestresultsofmixingway下列拌合方式透水系数/(cm·s-1)T+1C+1W-B+1W-A+1S-B+1S-A+10%0．0970．09080．0940．10080．10390．10350．088

在相同加入1%石灰下，数据显示，对透水系数并没有很明显的影响，透过变异数分析结果显示，方式不同之间并不会造成显著差异。结果如表2所示。

表2 不同拌合方式对透水系数的ANOVATable2 DifferentwaysofmixofpermeablecoefficientANOVA变源SS自由度MSFP值临界值组间0．00074650．0001492．919960．23443．105875组内6．12E-04125．1E-05———总和0．0013617————

针对不同含量用同时拌合的方式，加入1%提高了一点点透水能力，但随着加到2%、3%却是下降，但趋势并没有很明显(见表3)；然后比较石灰添加量多少(0、T+1、T+2、T+3)与透水系数之间的关系，发现并没有显著的变化，显示石灰含量对于透

表3 透水试验结果(不同石灰含量)Table3 Permeabletestresults下列石灰含量的透水系数/(cm·s-1)0%T+1T+2T+30．0880．0970．09330．089

水的能力无明显的影响。变异数分析结果见表4。

表4 不同石灰含量对透水系数的ANOVATable4 DifferentlimecontentofpermeablecoefficientANOVA变源SS自由度MSFP值临界值组间0．00023837．93E-053．989490．096474．06618组内1．79E-0582．24E-06———4总和0．00025611————

3.2马歇尔稳定度、流值试验结果分析

稳定度为试件破坏时所能承受最大荷载，稳定度越大代表沥青黏度大、骨材较具有多角性，即内磨擦力大。而流值则代表混合料的塑性高低，在交通荷载下产生永久变形的程度。流值是在稳定度试验时，量测试件受最大荷载时的垂直变形。对于本研究所测得的稳定度、流值试验结果如表5所示。

由试验结果得知:石灰添加方式对于稳定度影响有明显差异；而且添加石灰1%比没加石灰的确会增加其稳定度；对于加入水分方式先湿润骨材和石灰浆体的稳定度都比较偏低，卤化过后更加会降低其值,可能水分跟骨材反应过久所造成。而无水

表5 不同拌合方式的稳定度、流值试验结果Table5 Testresultsofdifferentmixingways名称T+1C+1W-B+1稳定度/kN5．565．094．24流值/mm3．533．464．58W-A+1S-B+1S-A+10%3．714．564．083．884．753．884．053．98

分的同时拌合和先加在冷骨材上的方式稳定度较高，推测原因可能为水分进入骨材后可能影响其内磨擦力变小，会使得所能承受最大荷载(稳定度)变低；而同时拌合的方式稳定度最大。而其对于不同添加方式对稳定度的变异数分析如表6所示。

表6 不同拌合方式对稳定度的ANOVATable6 DifferentmixingwaysforstabilitydiagramANOVA变源SS自由度MS拌合方式54399．42510879．88组内761．56126．9167总和55160．9211—FP值临界值85．724621．7E-054．387374——————

在添加不同含量方面，选择稳定度最高的方式(同时拌合)来添加，发现添加含量越多时，稳定度有逐渐上升的趋势,但上升幅度并不显著(见图1)。

图1 石灰添加量与稳定度关系图(同时拌合)Figure 1 lime content and stability diagram (mixing) at thesame time

3.3 间接和强度试验结果分析

本研究以6种不同方式拌合的排水性沥青混凝土，量测各组沥青混凝土间的间接抗拉强度。间接抗拉强度结果如图2所示，发现浆体和湿润骨材的方法都可提高间接抗拉强度，尤其是卤化过后数值更高。而浆体卤化过后的方式值最高。同时拌合方式效果不错，而冷拌骨材结果竟然比没加石灰还低，这可能此方式对抗剥脱比较没帮助。方式最好的为卤化过后的方法，但若考虑方便性和骨材间粘结能力的表现，其实同时拌合为2者兼具的解决之道。而从表7可以看出：拌合方式对于间接抗拉强度确实有显著的影响。

图2 石灰拌合方式与间接抗拉强度关系图Figure 2 Lime mixing method and indirect tensile strengthdiagram

表7 不同拌合方式对间接抗拉强度的ANOVATable7 DifferentwaysofmixofindirecttensilestrengthANOVA变源SS自由度MS组间10．8944552．17889组内6．4758120．53965总和17．3702517—FP值临界值4．0375980．0221353．105875——————

而由图3可看出：考虑实验的方便与经济性，选择方式为同时拌合，发现所加石灰含量愈多，其间接抗拉强度值逐渐增高，证明石灰的确可增加其抗剥脱的能力。

图3 石灰添加量与间接抗拉强度关系图(同时拌合)Figure 3 Lime content and indirect tensile strength diagram(mixing)at the same time

3.4 浸泡天数不同的间接抗拉强度分析

本研究的浸水剥脱试验，乃将试件浸泡于60 ℃水中，各0、1、3、5、10 d后取出于25 ℃下养护24 h后进行间接抗拉强度试验，比较在各种不同方式且都添加1%石灰下，不同浸泡天数对于排水性沥青混凝土有何影响，其损失率又是多少。

由试验结果可以得知：不同方式的各组试件在经过浸泡之后间接抗拉强度都明显下降，但下降趋势有些许不同。如图4所示，由于起始第0天间接抗拉强度值已明显不同，造成拌入方式对其值下降程度有些差异。若是加以比较，浆体卤化方式从起初到最后的值都为最高，且卤化间接抗拉强度损失后的值都比同期未卤化来的高，倒是未加石灰的那组虽然一开始间接抗拉强度值比冷拌粒料高，但下降趋势却是比冷拌粒料下降还快。而表8拌合方式和浸泡天数对于间接抗拉强度的双变异数分析显示两种因素对间接抗拉强度都有显著影响。

图4 不同浸泡天数的间接抗拉强度试验结果(1%石灰)Figure 4 Indirect tensile strength test results

表8 拌合方式与浸泡天数对间接抗拉强度的双变异数分析Table8 Mixingwayandsoakdaysdoublevarianceanalysisoftheindirecttensilestrength变源SS自由度MSFP值临界值浸泡天数10．2271142．556778216．78023．65E-162．866081添加方式20．709354．141859351．17379．17E-192．710891错误0．235887200．011794———总和31．172329————

由图5所示，浆体、湿润骨材和同时拌合的损失率都较小，为不错的方法。但特别注意同时拌合方式在第4天时突然损失率变大和冷拌骨材的方式也同为第4天损失率的斜率突然变大，推论浸泡4 d后为浸泡关键的天数，也就是石灰发挥防剥效用最明显的时候；当到达第5天时候到第10天，损失率已达到稳定平缓的趋势。而由图6看出：不同比例的石灰对于不同浸泡天数的影响，发现只有在加入1%石灰时，间接抗拉强度明显增加较多，加到2%石灰对于浸水后间接抗拉强度没有特别明显增加，但3%石灰量就有较高的间接抗拉强度值，间接抗拉强度值下降幅度大约第4天时下降最快。

若来看损失率，如图7所示，没添加石灰损失率最大，添加1%石灰于前期1 d损失率较2%小，中期差不多，到后期浸水10 d后的损失率，也不会差异很大。所以石灰含量1%有较理想表现；而添加3%并没有比1%和2%的抗剥脱能力来的好，添加1%为最适当含量。

3.5 Cantabro磨耗试验分析

磨耗率试验的目的主要在评估沥青混凝土的抗磨损能力，结果如图8所示，显示浆体拌合且卤化的磨耗率最低，且卤化效果都比未卤化好，而浆体拌合都比湿润骨材磨耗率来的少，而磨耗率最高则为先拌合于冷骨材里面的方式，推石灰此时在这角色为填缝骨材，而非原本扮演的防剥剂角色；而从变异数分析看来(见表9)，信心水平95%下，拌合方式的确对排水级配有明显的影响差异。

图7 不同石灰含量的间接抗拉强度损失率关系图Figure 7 Indirect tensile strength loss rate of different contentof lime diagram

图8 拌合方式与磨耗率关系图Figure 8 Mixing way and the wear rate diagram

表9 拌合方式对磨耗率的变异数分析Table9 Varianceanalysisofthewearratemixingway变源SS自由度MSFP值临界值组间434．0383586．80767117．74979．08E-103．105875组内8．846667120．737222———总和442．88517————

3.6 试验结果汇整

比较各种不同拌合方式在各种试验结果的成效，根据各项试验结果，汇整出表10。由表10可以看出:拌合方式除了透水系数试验无明显差异外，其他试验结果都差异明显。而浆体卤化方式(S — A)，除了稳定度表现较差，间接抗拉强度抗剥脱能力跟磨耗表现都是最好，但是在冷拌骨材方法中，除了稳定度较好之外，浸水剥脱和磨耗试验都最不理想。

表10 不同拌合方式对于各项试验的结果整理Table10 Theresultofthedifferentwaysofmixforeachtest试验拌合方式S-AS-BW-AW-BTC透水系数343332间接抗拉强度645231浸水剥脱645231稳定度241365磨耗试验645321总分232019131710

表中的分数以一分到六分区格，表现最理想的为六分，普通为3分，最差的则为一分。若是考虑方便性，同时拌合方式(T)总和分数比湿润骨材但未卤化(W-B)还高，总和表现不错。

4 结论与建议

① 排水沥青混凝土以不同浸泡天数模拟路面长期受水侵害的影响，以添加1%石灰的间接抗拉强度损失量低于其它添加含量的值，所以以长期受水侵害而言，添加1%石灰于排水沥青混凝土的间接抗拉强度部份有较理想的表现。

② 综合试验表现，比较添加不同含量的浸水剥脱试验，在浸水第5天当时，间接抗拉强度下降最快，而到后期第10天，间接抗拉强度下降的值已经到达底限，趋于平缓。

③ 从透水试验发现，不同添加石灰的方式和不同石灰含量，上述两种因素都不会对透水系数有显著影响。

④ 添加石灰方式对稳定度有显著影响，同时拌入和冷拌骨材的添加方式其稳定度都较高，对于加入水分方式的先湿润骨材(W)和石灰浆体(S)的稳定度都比较偏低；卤化过后更加会降低其值，可能水分跟骨材反应过久所造成。推测可能是水分进入骨材后可能影响其内磨擦力变小，会使得所能承受最大荷载(稳定度)变低；而同时拌合(T)的添加方式稳定度最大。

⑤ 石灰拌入方式对于不同浸泡天数下的间接抗拉强度有显著影响。就不同浸泡天数下间接抗拉强度损失率而言，石灰浆体卤化<湿润骨材卤化<浆体不卤化<同时拌合<湿润不卤化<加于冷拌骨材，所以对于最佳添加方式，建议先与石灰浆体先拌合;若是考虑方便性，同时拌合也为不错的方法。

⑥ 综观试验结果，从磨耗试验或浸水剥脱试验来看，添加方式都是卤化效果比不卤化好，且石灰浆体会比加于湿润骨材上来的效果更理想，但先添加于冷骨材的力学性质甚至于比不添加石灰还要差，为较不好的添加方式，推测石灰添加在冷骨材上为填缝料角色，而失去防剥剂的功能。

⑦ 未来建议进一步研究不同添加石灰的方式应用添加于再生排水沥青混凝土，对于石灰的拌合方式，建议不同卤化烘干时间，看时间长短是否对试验结果有较佳的表现；还有加压浸水剥脱试验都可以深入研究其差异性。

[1] 邢明亮.排水路面沥青混合料的胶浆特性与矿料组成研究[D].西安：长安大学,2010.

[2] 张娟,靳永岗,刘健.排水路面混合料(OGFC-13)配合比设计和路用性能研究[J].石油沥青,2012(02):4-8.

[3] 吴德军.排水性沥青路面防裂材料及结构优化研究[D].西安：长安大学,2012.

[4] M. Emin Kutay,Ahmet H. Aydilek,Eyad Masad,Thomas Harman.Computational and experimental evaluation of hydraulic conductivity anisotropy in hot-mix asphalt[J].International Journal of Pavement Engineering,2007(1):6-12.

[5] 易军艳.基于界面行为的多孔沥青混合料冻融损伤特性研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2012.

Effects of Adding Lime Methods on Porous Asphalt Concrete

CHEN Peng

(Chongqing Water Power Vocational Technology College,Chongqing 402160,China)

This research method of adding lime to assess what and how much lime content can improve the drainage of pavement performance.This research use Japan and pavement drainage technology pointer suggested in proportioning design method, the gradation design of drainage asphalt concrete, to determine the optimum asphalt content after making Marshall specimen, and various performance tests are carried out.Test items include permeable coefficient test, stability, flow value test, or in different number of days (0, 1, 3, 5, 10 days) of the indirect tensile strength test and wear test, add lime to compare different methods and different content differences between drainage grading and stripping resistance.Test results show that in terms of different soaking days of indirect tensile strength, the effect of anti stripping from 1% lime content is;Will stir in lime method for the indirect tensile strength, suggest to use lime slurry mixing will have the best effect, dry lime on moist and good mixing effect on aggregate;And two days is better than no halide halide directly mixing to good;And cold is a bad method first on aggregate, the majority of its fared even worse than not add lime to test;In terms of stability test, dry mixing method (mixing) at the same time its stability specific humidity mixing (on wet aggregate or lime slurry mixing) to high.

lime; mixing way; asphalt; road engineering

2015 — 06 — 11

陈 鹏(1981 — )，男，重庆永川人，讲师，从事建筑结构、桥隧与隧道工程研究.

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0289 — 05