消石灰对改性乳化沥青混合料性能的影响

2018-09-10李建利李乃尧

河南科技 2018年26期

李建利　李乃尧

摘要：为研究消石灰对环氧改性乳化沥青的基本性能及对环氧改性乳化沥青混合料的物理性能、力学性能及路用性能的影响，首先测试与对比不同消石灰添加量下环氧改性乳化沥青的基本性能指标变化趋势，通过试验分析瀝青混合料马歇尔试件的孔隙率、冻融劈裂抗拉强度比和浸水残留稳定度与消石灰添加量的变化关系，确定最佳消石灰添加量。最后测定消石灰添加量为零和最佳添加量时环氧乳化沥青混合料的粘附性、马歇尔稳定度和动稳定度。研究成果可为研发黏结性能好、初期强度形成时间较短、成型强度高、高低温性能和抗水损能力好的冷补料提供新的思路和方法。

关键词：消石灰;环氧改性乳化沥青;环氧改性乳化沥青混合料;力学性能;路用性能

中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0101-02

目前，冷修补在道路养护中的作用日益突出。环氧类乳剂型冷补料[1-3]因污染小、能耗低、施工简便、节约成本的优点使其在坑槽冷修补中发挥着重要作用。由于环氧改性乳化沥青混合料水分蒸发慢、黏结性差和水稳定性低的弱点一直影响其推广性，因而，改善环氧改性乳化沥青混合料的黏结性，对生产出性能优良的改性乳化沥青混合料至关重要。

1 石灰-环氧改性乳化沥青混合料强度形成机理分析

本文研究所用的生石灰主要成分为氧化钙和氧化镁，二者均可在普通环境条件下与水发生化学反应，生成不溶于水的碳酸钙和碳酸镁，且在发生化学反应时释放大量的热量，这也将促进乳化沥青混合料中水分的蒸发。

因生石灰与环氧改性乳化沥青中水及空气中的二氧化碳、二氧化硫等气体最终生成不溶于水的钙盐和镁盐，且均匀分布在混合料中，当钙盐和镁盐强度形成时，可对混合料起到加筋效果。

2 原材料的选择和实验设备

2.1 原材料的性质

2.1.1 环氧改性乳化沥青。本试验所用改性乳化沥青是采用基质沥青乳化，后采用水性环氧树脂和多氨类固化剂进行改性得到的阳离子乳化沥青。

2.1.2 集料。本试验所用的粗集料、细集料均为优质石灰岩，矿粉为碳酸钙粉末。

2.1.3 消石灰。试验采用的消石灰为白色粉末状固体。

2.2 试验设备

研究所用实验设备和仪器主要有高速剪切分散乳化机、恒温循环水浴箱、针入度仪、沥青延度试验仪、沥青软化点试验仪和电子天平等。

3 试验分析

3.1 消石灰对改性乳化沥青性能的影响

将添加量为0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的消石灰分别加入环氧改性乳化沥青中，利用高速剪切分散乳化机将乳液搅拌均匀，并测试石灰环氧改性乳化沥青蒸发残留物的三大指标。

随着消石灰添加量的增加，改性乳化沥青蒸发残留物的针入度和延度不断下降，软化点不断升高，黏度不断增大。因此，添加消石灰可以提高沥青的黏度，增加沥青与集料的黏结力。

3.2 确定消石灰最佳添加量

3.2.1 试验方案与方法。本文在沥青混合料中掺加消石灰的做法是用消石灰代替部分矿粉，级配采用规范规定的LB-13型级配范围的中值，最佳乳液用量为7.8%，沥青用量为4.76%。消石灰代替矿粉采用5种比例进行试验，即消石灰占矿料总重的0.0%、0.5%、1.5%、2.0%和2.5%。最佳消石灰添加量采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验所得残留稳定度和冻融劈裂强度比（TSR）综合确定。

3.2.2 试验方案与方法。将养生完全的马歇尔试件分别进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。

综合分析可知，当消石灰掺量为1.5%时，马歇尔试件的孔隙率最小，冻融劈裂抗拉强度比和浸水残留稳定度最大。此时，沥青混合料性能最优。因此，在乳液用量为7.8%，沥青用量为4.76%时，消石灰最佳掺量为1.5%。

3.3 消石灰对环氧改性乳化沥青混合料性能的影响

3.3.1 粘附性试验分析。在最佳消石灰掺量下的环氧改性乳化沥青混合料的粘附性等级高于未添加消石灰的沥青混合料，以此得出结论，在环氧改性乳化沥青混合料中加入最佳掺量的消石灰可提高混合料的粘附性，提高混合料的抗剥落能力，提高混合料的耐久性。

3.3.2 马歇尔稳定度分析。分别按照石灰剂量为1.5%和石灰剂量0%，油石比为7.8%拌制环氧改性乳化沥青混合料，并制作两种混合料的标准马歇尔试件，养生完全后进行马歇尔稳定度试验。

最佳石灰剂量下的石灰环氧改性乳化沥青混合料的稳定度大于改性乳化沥青混合料的稳定度。这说明，石灰有利于提高环氧改性乳化沥青混合料的热稳定性和抵抗塑性变形的能力。

3.3.3 高温车辙试验分析。分别按照石灰剂量为1.5%和石灰剂量0%，油石比为7.8%拌制环氧改性乳化沥青混合料，并制作两种混合料的车辙板，养生完全后进行高温车辙试验。

石灰环氧改性乳化沥青混合料的动稳定度大于环氧改性乳化沥青混合料的动稳定度，其高温稳定度较好。

4 结论

①消石灰与乳化沥青中的水发生水化反应，促进乳化沥青破乳，缩短环氧改性乳化沥青混合料强度形成的时间。

②在环氧改性乳化沥青中添加消石灰可以改善沥青的高低温性能，提高沥青的黏度，增加沥青与集料的黏结力。

③最佳添加量的消石灰可以提高环氧改性乳化沥青冷补料的密度，减少冷补料的空隙率，提高冷补料的饱和度，提高环氧改性乳化沥青冷补料马歇尔试件在高温和低温条件下抵抗塑性变形的能力。