粉煤灰改性沥青胶浆的试验研究_张松榆

粉煤灰综合利用FLY ASH COM PREH EN SIVE UT ILIZAT ION2006 NO.2应用研究粉煤灰改性沥青胶浆的试验研究Test Research on Asphaltum Modified by Fly Ash张松榆,孙迎迎(哈尔滨工业大学材料学院,哈尔滨 150001)摘 要:本文探讨了用粉煤灰代替石灰石作为沥青混合料中填料的可行性,研究了不同等级的粉煤灰不同掺量时,沥青胶浆的主要技术性质及其改性作用;还研究了掺加粉煤灰的沥青胶浆与石料的粘附性能,从而归纳出粉煤灰沥青胶浆的性能及其随粉煤灰品种及掺量的变化而变化的规律,得出用粉煤灰改性沥青的可行性。

关键词:沥青;粉煤灰;主要技术指标;粘附性中图分类号:T V432+17 文献标识码:A 文章编号:1005-8249(2006)02-0025-03(Colleg e of M ater ials,Haer bin univer sity of techno log y,H aer bin 15001)Abstract:In this article the research is abo ut the asphaltum 's technic char acter and the modified:function by using the fly ash w ith the different so rts and different per centag es.M eanw hile it is also including the cong lutinatio n betw een the asphaltum and the stones w hen the asphaltum's char acter is mo dified by the fly ash.Accor ding to those tests w e w ill find the r ule that the asphaltum's character is changing w ith the differ ent sort s and differ ent per centag es,and we can obtain that the aspha ltum's character mo dified by the f ly ash is feasible.Key words:asphaltum;f ly ash;mo stly technic cha racter;co ng lutination收稿日期:2005-09-21我国地域辽阔,气候差异很大,各地的路面结构形式不尽相同,对沥青材料的性能要求不一样。

我国南方沥青路面病害主要是热稳定差,如车辙、拥包、推移、泛油等,需要针入度较小、粘度较高的沥青;北方需要低温塑性好、变形能力强的沥青,以减少沥青的低温缩裂。

在高等级公路沥青路面的面层材料选择中,沥青与石料间的粘附性是一个十分重要的技术指标,直接关系到沥青混合料的热稳定性与耐久性,从而影响到沥青路面的使用品质。

所以研究用粉煤灰取代石灰石矿粉,必须研究它与沥青之间的粘附性。

1 原材料与试验方法111 沥青根据JTJ032-94《公路沥青路面施工技术规范》,在高等级公路中可应用的沥青有AH -130、AH -110、AH -90、AH -70和AH -50。

北方要求有较高的软化点及较好的耐久性,本试验选用AH -50重交通道路石油沥青。

沥青各性能指标的测定依照国家标准JT J052-2000《沥青及沥青混合料试验规程》进行。

所用沥青的主要技术指标见表1。

表1 沥青主要技术指标试验数据序号针入度/1/10mm25e 100g 123平均延度/cm 25e 软化点/e 12平均实测值535152211115未断46474615112 粉煤灰试验采用优级(Y)、Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰作为沥青的填料。

检测数据见表2、表3。

作为沥青混合料中的填料,用01075m m 筛筛余量作为检验其是否合格的标准。

由于粉煤灰颗粒外观很有可能不是球状,并且会出现空壳现象,所以,细度大并不一定代表其比表面积就大。

从试验结果可看出,Y 级灰的比表面积最小,Ⅰ级灰比面积最大,Ⅱ级灰比表面积次之。

Y 级灰中可能有空壳形颗粒。

252006 NO.2 粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION应用研究表2 粉煤灰筛分试验数据种类试样/g筛孔尺寸/mm 分计筛余量/g 12平均分计筛余/%累计筛余/%通过率/%Y 级100016----01000130110110110110119919011515121611151651516515175841250107522152017211621163713562165Ⅰ级100016----0100013014013013501350135991650115261122192415241424185751150107526122510251625165014549155Ⅱ级100016----010001301501401450145014599155011553175212521955219553144616010752918301530115301158315516145表3 粉煤灰密度及比表面积试验数据灰类Y 级Ⅰ级Ⅱ级密度/g/cm 3212221342126比表面积/m 2/kg1851124014236182 粉煤灰改性沥青胶浆基本性能的试验研究211 粉煤灰掺量对石油沥青基本性能的影响按粉煤灰掺入到沥青中的质量百分比分别为10%、20%、30%、40%和50%时,研究粉煤灰掺量对沥青性能的影响,试验结果见图1、图2、图3。

图1 Y 级灰的掺量与沥青主要 图2 Ⅰ级灰的掺量与沥青主要 性能的关系 性能的关系图3 Ⅱ级灰的掺量与沥青主要性能的关系从图1、2、3可看出,3种灰随着掺量的增加,沥青的延度均逐渐下降,开始时下降幅度比较大,以后逐渐变缓,说明粉煤灰的加入,对沥青的塑性影响较大。

还可看出,尽管粉煤灰的掺入能提高沥青的软化点,降低沥青的针入度,但影响程度都很小。

212 粉煤灰种类对石油沥青基本性能的影响按不同粉煤灰种类,掺灰量相同时,研究粉煤灰种类对沥青性能影响,其试验结果见图4、图5、图6。

图4 粉煤灰种类对沥青延度 图5 粉煤灰种类对沥青针入度 的影响 的影响从图4可得,当粉煤灰掺量为10%和20%时,Ⅱ级灰对沥青延度影响程度最大,延度值从原来的11115cm 降低到5914cm;当掺灰量为30%和40%时,Ⅰ级灰对其延度影响程度最大,延度值从原来的11115cm 降低到4115cm 。

优级灰影响程度最小,其掺灰量达到50%时,其延度值才降低到4315cm 。

说明优级灰对沥青延度的影响最小。

从图5中看出,随着掺灰量的增加,Ⅱ级灰对沥青的针入度影响最小,从42(1/10mm )降到38(1/10m m);Ⅰ级灰影响最大从42(1/10m m)降到28(1/10m m);优级灰的影响程度略小于Ⅰ级灰,从42(1/10m m)降到30(1/10mm ):说明从提高沥青粘性角度考虑,使用Ⅱ级灰比较合适。

图6 粉煤灰掺量与软化点之间的关系掺灰量对沥青与石料粘附性的影响从图6看出,当掺灰量为10%、20%、30%和40%时,三种灰对沥青软化点的影响相差不大,软化点值由原来的4615e 都有升高,但升高的幅度不大,平均4e 左右;当掺灰量为50%时,加入Ⅰ级灰后的沥青软化点值相对高一些,由原来的4615e 升高到53e :说明Ⅰ级灰的掺入量达到50%时,沥青的耐热性有了明显提高。

3 掺入粉煤灰后沥青胶浆与石料粘附性的试验研究311 掺灰量对沥青与石料粘附性的影响主要研究粉煤灰的种类和掺量对沥青与石料间粘附性的影响。

探讨粉煤灰种类及掺量对沥青与石料间粘附性的影响程度。

试验结果见图7。

26粉煤灰综合利用FLY ASH COM PREH EN SIVE UT ILIZAT ION2006NO.2应用研究图7掺灰量对沥青与石料粘附性的影响由图7可知,随着掺灰量不断增加,沥青与石料间的粘附性等级逐渐下降。

其中优级灰下降最快,Ⅰ级灰下降较慢,Ⅱ级灰下降最慢,但其粘附性等级最终下降至等级3,都满足路用沥青粘附性的要求。

(根据JTJ052-2003)312粉煤灰种类对沥青与石料粘附性的影响由不同粉煤灰改性制得的沥青胶浆与石料的粘附图8粉煤灰种类对沥青与石料粘附性的影响性试验结果见图8。

从图8中看出,掺灰量较低时(10%和20%),Y 级灰影响较大,降低了沥青与石料间的粘附性;掺灰量为30%时,Y 级灰与Ⅰ级灰影响程度相对较大,沥青粘附性等级较低;掺灰量为40%和50%时,三种灰对沥青与石料间粘附性的影响程度基本相同,粘附性等级为3。

一般认为,碱性矿粉有利于提高沥青与石料间粘附性,即碱性矿粉表面易形成较为发育的吸附溶化膜,矿粉与矿粉之间通过更多的结构沥青连结,因而具有较高的粘聚力。

粉煤灰碱性较低,因此粘附性有所下降。

但用粉煤灰作为矿粉填入以碱性矿石为基础的沥青混合料中,有利于沥青与石料间的粘附。

313混合矿粉对沥青与石料间粘附性影响的对比试验试验用粉煤灰与矿粉比例为1:1的混合料与AH -50沥青混合后,测沥青与石料间的粘附性。

试验结果显示,填料完全为矿粉时,沥青与石料间的粘附性等级是5;填料为1B1的混合料时,对沥青与石料间的粘附性没有太大的影响。

两种填料都能使沥青与石料间具有很好的粘结作用,粘附性都为5级。

4结论(1)粉煤灰种类相同、掺量不同时,随着掺灰量增加,AH-50沥青的延度降低,塑性下降;沥青的针入度降低,粘性增大;沥青的软化点升高,温度感应性提高。

其中软化点提高最有使用价值,可解决沥青路面高温流淌出现车辙的严重问题。

(2)粉煤灰种类不同、掺量相同时,Y级、Ⅰ级和Ⅱ级灰对AH-50沥青的延度、针入度和软化点影响程度相差不大。

(3)粉煤灰品种相同、掺量不同时,随着掺灰量增加,AH-50沥青与石料间的粘附性有所下降。

在本试验中,粘附性等级最低为3级,但均满足路用沥青粘附性的要求。

(4)粉煤灰种类不同、掺量相同时,Y级、Ⅰ级和Ⅱ级灰对AH-50沥青与石料间粘附性的影响不同。

其中影响程度较大的是Y级灰,其次是Ⅰ级和Ⅱ级灰。

(5)粉煤灰与石灰石粉按1B1比例配制成混合矿粉时,沥青胶浆与石料间的粘附性一样,粘附性等级都为5。

本试验的这一结论为粉煤灰做路用沥青混合料中的矿粉提供了有力的理论支持。

2005年7~8月中国粉煤灰综合利用发明专利目录魏荣森辑录(河南省洛阳市环境监测站471000)一种粉煤灰活性混合材、其制备方法以及一种高性能水泥公开号1636915,公开日2005107113,分类号C04B7/26。