硅藻土改性瀝青夾雜料報(bào)告林22

1、1原材料1.1硅藻土硅藻土是以蛋白石為主要礦物組分的硅質(zhì)生物沉積巖，質(zhì)地多孔，具有良好的吸收性、吸附性、過(guò)濾性和漂白作用，是一種非常重要的非金屬礦產(chǎn)。國(guó)外從20世紀(jì)80年代就將硅藻土作為改性劑加入瀝青混合料中，用于改善瀝青混合料的強(qiáng) 度、粘性、熱壓縮致密等性能，并取得了多項(xiàng)專利。國(guó)內(nèi)20世紀(jì)在90年代后期開(kāi)始研究硅藻土陶粒代替礦粉作為瀝青路面混合料填料使用。之后，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)安大學(xué)、 同濟(jì)大學(xué)、吉林工學(xué)院等大學(xué)也展開(kāi)了硅藻土改性瀝青混合料相關(guān)研究，涉及改性 機(jī)理、改性瀝青性能、改性瀝青混合料配合比及路用性能的相關(guān)研究，并取得了一 定的成果。與其他改性劑相比硅藻土具有以下優(yōu)勢(shì)：改性路面性能好、造價(jià)低、

2、施 工工藝與普通瀝青路面的施工完全相同，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度較大，水穩(wěn)性能得到大 幅度提高，抗裂性有了明顯改善，能提高瀝青路面的抗老化和疲勞性能，可用于國(guó) 產(chǎn)或進(jìn)口基質(zhì)瀝青改性。圖1硅藻土圖2硅藻土多孔結(jié)構(gòu)圖本試驗(yàn)采用“廈門路宏通環(huán)?？萍加邢薰尽碧峁┑幕钚怨铻r青改性劑(LHT-B )，該改性劑呈淺灰色粉末狀、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)異味。如圖1、圖2所示1.2瀝青試驗(yàn)采用合新牌70號(hào)A級(jí)普通瀝青，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1,滿足規(guī)范要求表1合新牌70號(hào)A級(jí)普通瀝青指標(biāo)測(cè)定結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目單位規(guī)定值測(cè)定值密度g/cm3-1.041針入度0.1mm608053.4延度（15 C）cm> 100> 100軟化點(diǎn)

3、6;C> 4649.8粘度（135 C）Pa.s0.765動(dòng)力粘度（60 C）Pa.s> 180448.03彈性恢復(fù)（25 C）%18.5TFOT針入度0.1mm39.5延度（15 C）cm-軟化點(diǎn)C54.3粘度（135 C）Pa.s0.782動(dòng)力粘度（60C）Pa.s865.8彈性恢復(fù)（25C）%281.3集料試驗(yàn)集料采用凝灰?guī)r，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合施工規(guī)范要求；礦粉采用石灰石磨 制成的石粉，外觀干燥潔凈、無(wú)團(tuán)粒。其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合施工規(guī)范要求。集料密 度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。表2集料密度材料名骨料1510mm骨料105mm礦粉50mm石粉材料凝灰?guī)r凝灰?guī)r凝灰?guī)r碳酸鈣表觀相對(duì)密度2.68

4、42.6852.6892.662 （視密度）2性能檢驗(yàn)2.1硅藻土摻配方法硅藻土的摻配有兩種方法，分為濕法摻配和干法摻配。濕法摻配即將硅藻土直 接摻加到基質(zhì)瀝青中做成硅藻土改性瀝青，再將改性瀝青與礦料一起拌合制成硅藻 土改性瀝青混合料。干法摻配為將硅藻土與礦粉混合摻加到瀝青混合料中。硅藻土 與瀝青相容性較好，采用干法摻配也能達(dá)到較好的改性效果，在實(shí)際施工中使用干 法，能夠大大減少工作量，可以不需要提前對(duì)硅藻土改性瀝青進(jìn)行加工，準(zhǔn)備專門 的存儲(chǔ)器皿，不必考慮儲(chǔ)存和輸送過(guò)程中可能產(chǎn)生的離析問(wèn)題。因而在施工時(shí)，可 以采用干法摻配拌制硅藻土改性瀝青混合料，以減少工作量。2.2礦料級(jí)配選擇結(jié)構(gòu)決定性能，

5、瀝青混合料是由瀝青、礦料和空隙組成的三相體，瀝青混合料 的使用性能決定于瀝青品質(zhì)及用量、礦料品質(zhì)及級(jí)配。但礦料和礦料級(jí)配是瀝青混 合料的骨架，是容納和附著瀝青的基礎(chǔ)，影響著瀝青用量以及瀝青在混合料中的作 用。本研究中擬采用性能較好的 AC-13C型級(jí)配，參照永泰試驗(yàn)路的相關(guān)研究成 果，級(jí)配見(jiàn)表3,級(jí)配曲線見(jiàn)圖3,確定的最佳瀝青用量為為5.12%。表3 AC-13C級(jí)配表圖3 AC-13C級(jí)配曲線2.3瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)根據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)程(JTG F40-2004)和公路工程瀝青及瀝 青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20-2011)，采用活性硅改性瀝青的摻量為瀝青用量的 0%、12%、1

6、5%、18%，成型馬歇爾試件，測(cè)定混合料的各種體積參數(shù)和馬歇爾穩(wěn) 定度及流值，實(shí)驗(yàn)中各種混合料馬歇爾物理指標(biāo)如表4、圖4所示。表4試驗(yàn)結(jié)果瀝青含量硅藻土摻 量毛體積密 度空隙率礦料間隙 率飽和度穩(wěn)定度流值5.12%02.3435.516.566.88.3726.8122.345.316.768.410.2328.6152.3415.116.66911.0128.533182.3385.216.76911.1529.40.00.10.5溫度/°c283032343638404244464850525456586062亠2V46*8,101214fa161802022245/15.15.

7、65-5 彌5.45.4535-35.2101520硅藻土周量W)5.2D 411105101520-i.-逗說(shuō)哎50051015ZD硅潼土.用量圖4硅藻土用量與物理指標(biāo)關(guān)系從表4可以看出1、從毛體積密度結(jié)果上看，硅藻土的加入使空隙率增大隨著硅藻土摻量的增 加，瀝青混合料毛體積密度略有減小，分析其原因主要是在配合比設(shè)計(jì)中采用硅藻 土部分代替礦粉，保持粉料總量不變的思想進(jìn)行。而硅藻土疏松多孔，密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小 于礦粉密度，最終造成硅藻土改性瀝青混合料密度略低于普通瀝青混合料。2從空隙率結(jié)果看，活性硅改性劑瀝青混合料的空隙率低于基質(zhì)瀝青混合料的 空隙率，主要原因是硅藻土顆?？梢跃鶆蚍稚⒌交旌狭现衼?lái)填充多

8、余的孔隙，可明 顯降低孔隙率，這個(gè)特性與加入礦粉相同。2、從馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果看，活性硅改性劑瀝青混合料的穩(wěn)定度明顯高于基質(zhì)瀝 青混合料馬歇爾穩(wěn)定度，主要原因是硅藻土吸附瀝青中的輕質(zhì)油份，使瀝青變得粘 稠，同時(shí)多孔的硅藻土與瀝青形成更多的結(jié)構(gòu)瀝青，增大了混合料的抗剪能力。硅 藻土含量大于15%后，增長(zhǎng)速度變緩，所以建議硅藻土摻量為 15%。2.4硅藻土瀝青混合料路用性能采用活性硅改性瀝青的摻量為瀝青用量的 0%和15%，根據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)程(JTG F40-2004)和公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTGE20-2011)成型馬歇爾試件和車轍板，通過(guò)對(duì)試件物理指標(biāo)、力學(xué)指標(biāo)、高溫穩(wěn)定性

9、的測(cè)定和對(duì)比，得出試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。表5硅藻土改性瀝青混合料性能指標(biāo)瀝青基質(zhì)瀝青硅藻土改性瀝青要求改性劑摻量015%空隙率(%)5.55.136礦料間隙率VMA(%)16.516.6>14瀝青飽和度VFA(%)66.8696575穩(wěn)定度MS ( kN )8.3711.01> 8.0殘留穩(wěn)定度8892.5> 80流值(0.1mm)26.828.5332024動(dòng)穩(wěn)定度(次/mm )8424091>2400從表5可以看出:1、從殘留穩(wěn)定度結(jié)果看，加入硅藻土后，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度大于基質(zhì)瀝 青混合料殘留穩(wěn)定度，表明硅藻土能有效改善了瀝青混合料抗水穩(wěn)定性，主要原因 是硅藻土的多孔

10、結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的吸收、吸附作用，增加了結(jié)構(gòu)瀝青的厚度，提高 了瀝青和礦料之間總的粘結(jié)力。2、從車轍試驗(yàn)結(jié)果看，活性硅改性劑瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青 混合料動(dòng)穩(wěn)定度。原因在于加入硅藻土可以顯著改善瀝青混合料的粘結(jié)性，改善瀝 青混合料高溫穩(wěn)定性。2.5硅藻土改性瀝青混合料降溫性能硅藻土松散密度為0.30.5g/cm3，空隙率達(dá)80%90%,是熱、電、聲的不良 導(dǎo)體，熔點(diǎn)16501750C。由于材料中含有大量的微孔、導(dǎo)熱率低、溫度系數(shù)小等 優(yōu)良特點(diǎn)，相關(guān)資料研究表明，硅藻土加入瀝青混合料中，可以降低瀝青混合料的 熱導(dǎo)率，能夠有效阻隔熱量向?yàn)r青面層下的土基傳遞。王國(guó)安等人研究結(jié)果表明相 關(guān)研

11、究表明摻量為15%的硅藻土改性瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)只有普通瀝青混合料 的1/2左右，硅藻土導(dǎo)熱系數(shù)約為0.52 w (mK) -1，普通瀝青混合料導(dǎo)熱系數(shù)約為-11.032 w (mK)。以普通瀝青路面結(jié)構(gòu)為瀝青路面溫度場(chǎng)的典型計(jì)算結(jié)構(gòu)(4cmAC-13+6cmAC- 20C+8cmAC-25C+32cm5%水穩(wěn)基層+20cm4%水穩(wěn)底基層+ 土基)。為簡(jiǎn)便計(jì)算， 在溫度場(chǎng)模擬時(shí)將瀝青上、中、下瀝青面層合為一層，總厚度為18cm，取硅藻土導(dǎo)熱系數(shù)為0.52w (mK) -1，普通瀝青混合料導(dǎo)熱系數(shù)為1.032 w (mK) -1。計(jì)算 福州夏季普通瀝青路面溫度和硅藻土改性瀝青路面溫度。通過(guò)溫度

12、場(chǎng)程序計(jì)算結(jié)果 見(jiàn)圖5、圖6。0.0溫度/c28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 620.10.20.30.40.5圖5硅藻土瀝青路面的路面溫度圖0.0m度 深 表 路 離 距0.10.20.30.40.5溫度/c30 3234 36 38 40 42 44 4648 50 52 54 56 58 60 62圖6瀝青路面的路面溫度圖普通結(jié)果表明，在相同深度（面層以下），硅藻土瀝青混合料最高溫度明顯低于普通瀝青混合料，最高時(shí)能夠達(dá)到5-7C，對(duì)路面的有一定降溫作用3硅藻土改性劑與抗車轍劑性價(jià)比抗車轍劑指以預(yù)防瀝青路面車轍病害為主要應(yīng)

13、用目的的瀝青改性劑。目前國(guó)內(nèi) 外常用的抗車轍劑有以下三種：國(guó)外主要有法國(guó)的PR PLAST和德國(guó)的Domix，國(guó)內(nèi)主要有交通部公路科學(xué)研究院的RA抗車轍劑。多數(shù)抗車轍劑的使用劑量為瀝青混合料的0.30.5%，即每噸瀝青混合料中摻35KG。其性價(jià)比見(jiàn)表6。表6抗車轍劑與硅藻土性價(jià)比項(xiàng) 目RAPR PLASTDomix硅藻土高 溫 穩(wěn) 疋 性添加0.7%以上，動(dòng)穩(wěn)定度能夠達(dá)到4000次/mm以上添加0.4%以上，動(dòng)穩(wěn)定度能夠達(dá)到4000次/mm以上添加0.4%以上，動(dòng)穩(wěn)定度 能夠達(dá)到4000次/mm以上加入15%硅藻 土后，動(dòng)穩(wěn)定度能夠達(dá)到4000以上元/噸18,00028,00035,0007,

14、000水穩(wěn)疋性對(duì)水損害有一 定影響對(duì)水損壞性能影響不大 穩(wěn)定度升高，殘留穩(wěn)定 度略降加入抗車轍劑后，提高了 瀝青路面抗水損害的能力對(duì)水損害有一 定提咼性 價(jià) 比每噸瀝青混合料增加130元每噸瀝青混合料增加110元每噸混合料費(fèi)用增加140元左右每噸瀝青混合 料增加約為50 元綜上所述，采用抗車轍劑能夠較大程度提高瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，但是其材 料成本較高，且不同的抗車轍劑性能差別也較大。添加抗車轍劑要求提高施工溫度，增加施工成本，適用于長(zhǎng)陡坡路段，硅藻土在性價(jià)比上具有較大優(yōu)勢(shì)，比抗車 轍劑價(jià)格便宜一倍，同時(shí)又有節(jié)能、環(huán)保等方面的優(yōu)點(diǎn)。4結(jié)論加入硅藻土后，能有效降低了瀝青混合料的孔隙率，提高了水穩(wěn)

15、定性；同時(shí)具 有良好的抗車轍能力，同時(shí)對(duì)瀝青老化沒(méi)有影響，能夠延長(zhǎng)路面的使用壽命。所以 硅藻土作為瀝青混合料的改性劑能夠提高瀝青路面的路用性能，同時(shí)硅藻土還具有 性價(jià)比高、節(jié)能與環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適合推廣應(yīng)用的一種瀝青添加劑。附現(xiàn)試驗(yàn)段回彈彎沉（見(jiàn)表7、表8圖7、圖8）表7硅藻土 AC-13面層左幅彎沉值委托單 位福州市公路局永泰分局委托編號(hào)LXHT ( 2013) -004工程名 稱省道 203 線 71K+55072K+051段“白改黑”工程工程部位硅藻土 AC-13瀝青面層檢驗(yàn)性 質(zhì)委托試驗(yàn)試驗(yàn)編號(hào)檢測(cè)路 段樁號(hào)K85+053 K85+253 右幅報(bào)告日期2013年11月16日路幅檢測(cè)樁號(hào)實(shí)測(cè)

16、彎沉值（0.01mm ）左幅K71+56021.2左幅K71+58024.5左幅K71+60025.1左幅K71+62028.9左幅K71+64018.7左幅K71+66027.3左幅K71+68026.3左幅K71+70022.9左幅K71+72024.3左幅K71+74021.8左幅K71+76019.1左幅K71+78014.7左幅K71+80014.9左幅K71+82016.9左幅K71+84019.8左幅K71+86030.1左幅K71+88033.6左幅K71+90025.8左幅K71+92027.2左幅K71+94026.9左幅K71+96032.5左幅K71+98039.4左幅

17、K72+00029.6左幅K72+02031.4左幅K72+04022.2平均值（0.01mm）25.004標(biāo)準(zhǔn)差6.02變異系數(shù)（%0.24設(shè)計(jì)指標(biāo)（0.01mm ）37.3表8硅藻土 AC-13面層右幅彎沉值委托單 位福州市公路局永泰分局委托編號(hào)LXHT ( 2013) -004工程名 稱省道 203 線 71K+55072K+051段“白改黑”工程工程部位硅藻土 AC-13瀝青面層檢驗(yàn)性 質(zhì)委托試驗(yàn)試驗(yàn)編號(hào)檢測(cè)路 段樁號(hào)K85+053 K85+253 右幅報(bào)告日期2013年11月16日路幅檢測(cè)樁號(hào)實(shí)測(cè)彎沉值（0.01mm ）右幅K71+56022.7右幅K71+58026右幅K71+60026.6右幅K71+62030.4右幅K71+64020.2右幅K71+66028.8右幅K71+68025.9右幅K71+700