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    面向农村公路养护的几种沥青改性剂性能试验研究

    放大字体  缩小字体 发布日期:2016-11-04  作者:小九  浏览次数:51
    核心提示:随着中国高等级公路的迅猛发展,作为干线公路网支撑的农村公路受到了国家的日益重视。目前国内外对高等级公路的沥青路面新材料的

    随着中国高等级公路的迅猛发展,作为干线公路网支撑的农村公路受到了国家的日益重视。目前国内外对高等级公路的沥青路面新材料的应用研究比较完善,但农村公路的相关研究较少;截止至2012年底,贵阳市管养的农村公路总里程达8073.77km,己硬化路面6067.027km,硬化率达75%;由此可以看出:为有效改善农村公路路面的路用性能,有必要开展农村公路养护新材料的应用研究。现代交通对沥青路面的高温抗车辙能力的要求进一步加强,而采用高质量的沥青材料或改性沥青成为提高沥青路面质量的主要技术措施之一。Budunsel、PRS和PRCR沥青改性剂作为提高沥青路面抗车辙能力及水稳定性的新材料,广泛运用于公路的建设和养护中;SAK及RH温拌沥青改性剂作为改善沥青路面施工工艺的新材料,也受到了人们的广泛关注。

    该文分析和对比5种沥青改性剂的基本性能,分别用这5种沥青改性剂铺设试验路段,通过车辙试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验,研究和分析5种沥青改性剂对农村公路路用性能的改善作用。

    试验材料与试验设计

    试验用原材料

    依据JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》(以下简称04规范)(全文涉及部分简写),选取试验材料为基质沥青、Budunsel、PRS、PRCR改性剂与SAK、RH温拌沥青改性剂。基质沥青采用中海油A级70#道路石油沥青,其技术指标均符合04规范要求。Budunsel(布敦赛尔)天然岩沥青改性剂是产自南太平洋印度尼西亚布敦岛的沥青混合料添加剂;PRS抗车辙剂由法国PRINDUSTRIE有限公司与法国中央路桥实验室LCPC于1990年共同研制,其主要成分为改性的高密度PE及低密度PE,属于热塑性树脂类;PRCR改性剂是法国路面实业有限公司生产的全效高性能添加剂;SAK是由美国、德国、日本科学家根据最新技术联合研制生产出的一种新型普适温拌沥青改性剂;RH温拌沥青改性剂是由交通运输部公路科学研究院开发的,是以蜡为主的有机降粘剂,采用“湿法”工艺进行改性。

    试验设备

    研究用到的主要试验检测仪器:车辙试验机成型机,自动车辙试验机,沥青混合料理论密度双筒试验仪,马歇尔稳定度测定仪,马歇尔电动击实仪以及电子静水天平。

    试验方案

    确定Budunsel的掺量为改性后沥青用量的3%,PRS的掺量为改性后沥青用量的0.15%、0.3%,PRCR的掺量为改性后沥青用量的0.3%,SAK的掺量为改性后沥青用量的0.15%、0.3%,RH的掺量为改性后沥青用量的0.3%,矿料级配采用AC-13。分别用上述5种材料铺设试验路段,采用车辙试验,以车辙试验动稳定度为指标评价沥青混合料的高温稳定性与抗车辙性能;采用浸水马歇尔试验,以浸水马歇尔试验残留稳定度为指标评价沥青混合料的水稳定性;采用冻融劈裂试验,以冻融劈裂试验的残留强度比为指标评价沥青混合料的水稳定性。

    取每种试验样品数量为100kg;样品检测环境条件为:温度20~22℃,相对湿度63%~65%。

    试验路段

    结合试验试点路线研究,分别用上述5种材料对贵阳市农村公路路面养护大中修工程铺设试验路段。路线涵盖九农线、马改线、桐羊线、永石线以及新牛线等路段。试验试点路段沥青改性材料掺量如前所述。

    试验结果与分析

    车辙试验结果与分析

    经检测,添加Budunsel、PRS、PRCR及掺量为0.3%的SAK的沥青混合料样品所检车辙试验指标符合04规范技术要求;掺量为0.15%的SAK及掺量为0.3%的RH的沥青混合料样品所检车辙试验指标不符合04规范技术要求。

    可知:掺量为0.15%的SAK及掺量为0.3%的RH沥青混合料所检指标低于技术要求,说明添加掺量为0.15%的SAK及掺量为0.3%的RH对沥青混合料的抗车辙性能改善效果不大,添加SAK的沥青混合料通过加大改性剂掺量满足所检指标技术要求,但对沥青混合料抗车辙性能改善效果仍较低;添加Budunsel、PRS(0.15%)、PRS(0.3%)及PRCR的沥青混合料的车辙试验动稳定度均高于技术要求,说明通过添加沥青改性剂有效提高了沥青的抗车辙性能,对改善沥青的高温稳定性具有显著效果。随着PRS改性剂掺量的加大,沥青混合料的路用性能提高明显。进一步量化分析发现,添加Budunsel的沥青混合料的车辙试验动稳定度高于技术要求1.46倍,添加0.15%的PRS沥青混合料的车辙试验动稳定度高于技术要求1.41倍,添加0.3%的PRS沥青混合料的车辙试验动稳定度高于技术要求2.20倍,添加PRCR的沥青混合料的车辙试验动稳定度高于技术要求1.37倍,量化结果表明:掺量为0.3%的PRS对于改善沥青的高温稳定性效果最为显著。

    水稳性试验

    根据04规范的要求,沥青混合料的水稳定性指标采用浸水马歇尔试验残留稳定度和冻融劈裂试验的残留强度比两个指标来评价。以下根据不同试验结果来综合评价沥青混合料的水稳定性。

    用添加Budunsel、PRS、PRCR、SAK及RH沥青改性剂的沥青混合料铺设试验路段,以浸水马歇尔试验残留稳定度为指标评价沥青混合料的水稳定性。结果表明:添加Budunsel、PRS、PRCR、SAK及RH沥青改性剂的沥青混合料样品的浸水马歇尔试验残留稳定度符合04规范技术要求。

    可知:添加Budunsel、PRS、PRCR、SAK及RH沥青改性剂使沥青混合料的浸水马歇尔试验残留稳定度值高于技术要求,对沥青混合料的水稳定性均有改善,尤其是Budunsel,量化结果表明其改善效果高于技术要求1.08倍;而PRCR对于改善沥青的水稳定性效果较差;对于改性剂SAK和PRS,随着改性剂剂量的加大,沥青混合料的水稳定性无明显增长,添加SAK沥青改性剂的沥青混合料的水稳定性甚至有所降低。

    用添加Budunsel、PRS、PRCR、SAK及RH沥青改性剂的沥青混合料铺设试验路段,采用冻融劈裂试验,以冻融劈裂试验的残留强度比为指标评价沥青混合料的水稳定性。添加Budunsel、PRS、PRCR、SAK及RH沥青改性剂的沥青混合料样品所检冻融劈裂试验的残留强度比符合04规范技术要求。

    可知:添加5种沥青改性剂的沥青混合料的检测指标均高于技术要求,说明添加上述5种沥青改性剂有效改善了沥青混合料的水稳定性。进一步量化分析得到,添加Budunsel、0.15%的PRS、0.3%的PRS、PRCR、0.15%的SAK、0.3%的SAK及RH的沥青混合料分别高于技术要求1.13、1.12、1.06、1.18、1.10、1.11及1.01倍,量化结果表明:Budunsel及PRCR对于改善沥青的水稳定性效果较为显著,而RH对于改善沥青的水稳定性效果较差;对于改性剂SAK和PRS,随着改性剂剂量的加大,沥青混合料的水稳定性无明显增长,添加PRS沥青改性剂的沥青混合料的水稳定性甚至有所降低。

    对比分析浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的结果可以看出:单一采用浸水马歇尔试验残留稳定度或冻融劈裂试验的残留强度比评价沥青混合料的水稳定性不够合理;综合对比试验结果,Budunsel对于改善沥青的水稳定性效果较为显著,而RH效果较差;对于改性剂SAK和PRS,改性剂剂量的加大,对沥青混合料水稳定性的改善效果不大。

    经济性比较

    根据现场施工工艺对比,发现将SAK及RH温拌沥青改性剂应用于农村公路大中修工程能有效降低拌和及摊铺温度。前述试验结果显示,这两种材料对于改善沥青材料的高温稳定性及水稳定性效果不显著。这与相关研究关于SAK及RH温拌沥青改性剂主要用于改善道路工程施工工艺,少用于改善沥青混合料性能的结论较为一致。以下仅针对Budunsel、PRS、PRCR这3种沥青改性剂进行经济性比较分析。从改性剂掺量来看,当使沥青混合料达到相同的改性效果时,PRS改性剂用量最省,而Budunsel改性剂用量最多且其对沥青性能的改善效果并非最优。下面对各类改性剂材料的造价进行对比分析;PRS在贵州地区的价格为18000元/t,按每吨沥青混合料的添加量

    0.3%计,每吨沥青混合料改性剂成本为0.3%×18000元/t=54(元);PRCR改性剂为18000元/t,按

    0.4%掺配,每吨沥青混合料的改性剂成本为0.4%×18000元/t=72(元);Budunsel改性剂价格为6000元/t,添加量为3%,每吨沥青混合料改性剂成本为3%×6000元/t=180(元)。材料造价分析显示,PRS经济性能优于PRCR及Budunsel改性剂。

    结论

    (1)SAK及RH温拌沥青改性剂对于改善沥青材料的高温稳定性及水稳定性效果不明显,但对农村公路养护的施工工艺具有显著的改善效果,且试验结果表明SAK温拌沥青改性剂在性能上略优于RH温拌沥青改性剂。

    (2)PRS、PRCR及Budunsel沥青改性剂能显著提高农村公路路面沥青混合料的路用性能,尤其是高温抗车辙性能;结合材料经济性比较,PRS从性能及经济上优于PRCR及Budunsel沥青改性剂。

    (3)对于改性剂SAK和PRS,随着改性剂剂量的加大,沥青混合料的高温抗车辙性能加大,水稳定性基本不变。

    (4)在农村公路养护施工中,可选用SAK温拌沥青改性剂及PRS沥青改性剂作为沥青混合料的添加剂,可有效改善施工工艺及农村公路路用性能,提高农村公路路面使用品质。

     
     
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