泡沫沥青混合料的特性

文章编号:1671-2579(2003)03-0093-04

泡沫沥青混合料的特性

拾方治,吕伟民 编译

(同济大学,上海市 200092)

摘 要:根据国外有关试验研究,介绍了泡沫沥青混合料的组成、试件的不同成型方法

及有关泡沫沥青混合料性质的试验,并通过对各种试验结果的分析,得出泡沫沥青混合料的

一些特性。

关键词:泡沫沥青混合料;冷再生;特性研究

就地冷再生工艺是使用专业道路再生机械将旧路面材料破碎,注入稳定剂(如石灰、水泥、乳化沥青和泡沫沥青等)以改善再生材料的结构特性。就地冷再生常用泡沫沥青作为稳定材料。泡沫沥青(或膨胀沥青)是空气、水和热沥青的混合物。

本文通过介绍澳大利亚Griffith大学工学院最近有关泡沫沥青混合料的研究成果,初步总结出泡沫沥青混合料的特性,并希望有助于国内在泡沫沥青方面的研究与应用。

1 泡沫沥青混合料的组成

1.1 集料

国外研究表明,用于泡沫沥青稳定的集料范围从优质的碎石到低等级骨料。破碎的混凝土、建筑碎石、炉渣和纯净集料都能与泡沫沥青较好地粘合,而其中一个关键因素就是要有如图1所示的级配曲线。通过试验发现符合图中区域A的材料,其泡沫沥青稳定适用于重交通道路;符合区域B的材料适用于轻交通道路,而且它可以通过加入粗集料调整到区域A;区域C 的材料因缺少石屑而不适合作泡沫沥青稳定。

1.2 泡沫沥青

膨胀率(发泡倍数)和稳定性(持续时间)是泡沫沥青的两个主要性能指标。膨胀率是指在发泡状态下沥青体积与未发泡状态下体积之比;稳定性是指泡沫沥青达到最大体积后缩小到最大体积之半的持续时间。软质沥青通常具有较好的发泡特性。然而沥青的选择很大程度上受环境温度的影响,通常认为最好的发泡效果是使膨胀率和稳定性都达到最优。沥青用量范围的上、下限分别由混合料稳定性损失和水敏感性加以限制。粘结料的最佳含量一般与材料的级配尤其是石屑在混合料中的含量有关,通常为3%~4%左右。此外,为了达到一定发泡性能所需用水量与所用沥青类

型有关。

图1 泡沫沥青混合料集料分级说明

1.3 添加剂

如果再生材料中石屑不足,那么加入水泥或石灰添加剂则有助于加快沥青的分散作用。值得注意的是通过加入一定的表面活性添加剂,只需60s左右的持续时间就能达到15以上的发泡倍数。

2 泡沫沥青稳定料击实

确定泡沫沥青稳定材料的最佳压实度比普通沥青混合料复杂得多,因为这里使用了两种润滑剂(水和沥

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2003年6月

中 外 公 路 93收稿日期:2002-10-31

青)。虽然沥青喷射出热量,但当它与集料接触时温度已降低了许多,因此击实过程中沥青粘性相对较高。在这里水主要有以下几个作用: 促进集料密聚体的分解; 在拌和过程中有利于沥青的扩散;!在集料基体间充当润滑剂。

然而击实之后水只起到降低混合料强度的作用。有关确保最佳拌和与压实效果的最佳用水量各文献有着不同的建议。如:

1)参考文献[2]中提出用于拌和的最佳用水量(OM C)位于集料的∀疏松点#(对于修正的冲击压实度OMC 为70%~80%)。∀疏松点#是在此含水量下给定重量的土,简单处理下就会产生最大的疏松体积。

2)参考文献[3]提出对于修正冲击压实度,混合料的OM C 在集料OMC 的65%~85%范围内。

3)参考文献[4]中用统计的方法,从不同级配混合料中找出了最佳拌和用水量的关系式:

M MC=8.92+1.48(OM C)+0.40(PF)-0.39(BC)式中:MM C ∃∃∃最佳拌和用水量;

OM C ∃∃∃对于修正击实度集料的最佳含水量;

PF ∃∃∃石屑在集料中的百分比;

BC ∃∃∃沥青含量。

近年来,国外实验室制备试件普遍采用旋转压实仪,认为这种方法更真实地模拟了现场的压实情况。不过这种压实仪能够产生比修正冲击压实仪更高的能量,因此由其得到的OMC 要比修正冲击压实仪的低。

3 试验研究

3.1 集料

回收的道路集料首先应在搅拌机里进行搅拌令其混合均匀,经烘箱干燥后,再用振动筛分机进行粒径分析(图1)。从图中可以看出虽然材料中石屑略少,但对用于泡沫沥青稳定来说,它仍在理想的级配范围内。在可修正压实功下确定材料的最佳含水量(OMC)为7.2%,最大干密度为2130kg/m 3

。泡沫沥青稳定材料的用水量设定为5%(最佳含水量的70%)。3.2 试样制备

首先将2%的石灰作为添加剂加入用于泡沫沥青稳定的再生集料中,并在空气中干燥7d,随后在60%烘箱中干燥48h,使其含水量接近为零。3.3 泡沫沥青喷射

试验机械使用维特根公司生产的WLB10型道路

再生机,它以100g/s 速率喷洒沥青,当有泡沫沥青注

入,搅拌机就将材料拌和。早先使用的泡沫沥青喷射装置是沥青与发泡介质在发泡器内混合,发泡后由配管分配到各个喷嘴处喷出,该方式喷嘴易堵且喷洒量不易调节。现用发泡器与喷嘴一体式结构,即沥青与发泡介质在各喷嘴端头处混合,发泡后喷出(图2)。

图2 泡沫沥青喷射系统示意图

3.4 成型试件

采用三种方法:马歇尔击实50次、马歇尔击实75次和旋转压实。而马歇尔击实75次在实际中最为常用。因集料的最大粒径大于20mm,故使用直径为150mm 的模具成型试件。旋转压实试件使用IPC 伺服控制设备在540kPa 压力下进行旋转压实,所有的试件都采用标准为3&的旋转角,旋转压实次数为85。3.5 间接回弹模量试验

试验采用Griffith 的闭环计算机控制重复加载设备UTM 5,它和Notting ham 沥青试验仪相似。在实验中设备放置在温度控制箱里,实验操作时采用: 5脉冲的预处理; 5个加载脉冲;!半正矢1/2(1-cos )波形;∋加载时间为0.1s,上升时间为40s;(50个微应变的可恢复变形;)脉冲重复期为3s 。每个试件分别在压实、烘箱处理和浸水之后检测3次,以确定预养护弹性刚度和稳定性,从中得出最大刚度及材料的水敏感度。国外有文献建议烘干处理应在60%的通风烘箱里烘3d,使沥青老化并降低试件中的水分,随后试件冷却4h,这样就可在预期的温度下进行试验。

4 试验结果

4.1 密度变化

干密度随沥青含量的变化如图3。可见旋转压实仪由于其较高的能量得到的干密度要高于马歇尔击实仪的密度。此外,马歇尔击实仪成型的试件对沥青含量变化敏感,用75次击实取代50次击实而多余的击实功对沥青含量较低的试件几乎没有什么影响。但对

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