摘要：为研究不同掺量的消石灰和矿粉对沥青胶浆流变性能的影响，采用动态剪切流变仪对胶浆进行频率扫描试验，结果表明适当掺量的消石灰能降低胶浆温度敏感性能，提高复合剪切模量和车辙因子，有效改善胶浆的抗水损害和抗高温变形的能力。
关键词：水损害；消石灰；沥青胶浆；复合剪切模量
1 概述
在沥青混合料中沥青胶浆起到填充集料空隙和粘结作用。“战略公路研究计划”研究表明，沥青胶浆对于高温变形的奉献率为29%，对于疲劳变形的奉献率为52%，对温缩裂缝的奉献率为87%[1]。集料与胶结料的黏附性能差是导致沥青路面的水损害的根本原因，沥青与矿粉搅拌均匀形成的胶浆才是沥青混合料中实际发挥黏结作用的主导因素，而不是单纯的沥青，从而应该从胶浆角度进行力学性能的改进，达到提高混合料抗水损害性能的目的[2]。本文通过动态流变试验，研究了在频率扫描对消石灰和矿粉的在不同掺量下对沥青胶浆的复合剪切模量及车辙因子等流变指标的影响。
2试验材料与方法
2.1 试验材料基本性质
本试验采用70号基质沥青进行研究，其基本性能指标见表1，试验过程按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 [3] 相应规定进行。
表1基质沥青性能试验结果
试验项目 试验结果 技术要求 针入度（0.1mm） 69.3 60~80 软化点（℃） 45.5 ≥46 延度（cm） >150 ≥100 蜡含量（%） 1.5 ≤2.2 闪点（℃） 299 ≥260 密度（15℃）（g/cm3） 1.125 实测 溶解度% 99.9 ≥99.5
本试验采用的石灰岩集料性能试验结果见表2~5，试验过程按照《公路工程集料试验规程》 [4]和《公路沥青路面施工技术规范》相关规定进行。
表2 细集料性能试验结果
试验项目 试验结果 技术要求 表观相对密度 2.720 ≥2.50 砂当量% 76 ≥ 60 棱角性s 52 ≥ 30 坚固性 % 3.2 ≤12
表3 粗集料性能试验结果
试验项目 试验结果 技术要求 集料密度 13.2～26.5mm 表观相对密度 2.717 ≥2.50 毛体积相对密度 2.673 / 吸水率% 0.7 ≤3.0 4.75～13.2mm 表观相对密度 2.603 ≥2.50 毛体积相对密度 2.709 / 吸水率% 0.9 ≤3.0 2.36～4.75mm 表观相对密度 2.814 ≥2.50 毛体积相对密度 2.719 / 吸水率% 1.4 ≤3.0 压碎值% 19.4 ≤28 洛杉矶磨耗值% 22.8 ≤30 针片状含量% 13.2～26.5 8.2 混合料 ≤18 4.75~13.2 12.2 粘附性等级级 5 ≥4 坚固性% 5.1 ≤12 软石含量% 0.9 ≤5
本文所用添加剂为无机类消石灰，矿粉为石灰石矿粉，其性能指标如表4～5所示。
表4 矿粉性能试验结果
试验项目 试验结果 质量要求 表观密度（g/m3） 2.705 ≥2.50 含水量（％） 0.6 ≤1 粒度范围（％） < 0.6mm 100 100 < 0.15mm 94.4 90~100 < 0.075mm 85.9 75~100 外观 无团粒结块 无团粒结块 亲水系数 0.6 ﹤1
表5 消石灰试验结果
2.2 流变性能评价方法
本文粉胶比选用1.0进行研究，填料由消石灰和矿粉两部分组成，其两者之间掺加质量比分别为：1.纯矿粉（LA）；2.矿粉﹕消石灰=2﹕1（LH2）；3.矿粉﹕消石灰=1﹕1（LH1）；4.矿粉﹕消石灰=1﹕2（LH0.5）。对不同矿粉和消石灰掺量下沥青胶浆的流变性能采用动态剪切流变仪（DSR）进行研究。对于沥青胶结料的抗车辙性能，采用复数剪切模量与相位角的正弦值之商车辙因子（）作为表征沥青胶结料抗高温永久变形的能力。越高，抗高温永久变形能力则越强。沥青胶浆的动态流变性能采用频率扫描模式进行，频率扫描范围采取0.1~100rad/s，扫描温度分别为采取30°C、40°C和50°C，以此研究频率和温度对沥青胶浆流变性能的影响。
3试验结果分析
在温度30°C﹑40°C和50°C下，矿粉和消石灰的不同掺量对沥青胶浆复合剪切模量（）的影响见图1～3所示。由图所示，对同种沥青胶浆，随扫描频率的增大而增加，这是因为扫描频率越高，荷载作用时间越少，胶浆产生的变形就越小，随之增大。由图1可以看出30°C的频率从0.1rad/s增加至100rad/s，样品LH2的从5.5×104增加到1.5×107，数量级增加了三个；与基质沥青对比，掺矿粉或混掺矿粉和消石灰混都能较大幅度的增加，例如在荷载频率10rad/s下，单掺矿粉为1.8×106/Pa，同样频率下基质沥青为3.6×105/Pa。
图1 30°C下随扫描频率变化结果
图2 40°C下随扫描频率变化结果
图3 50°C下随扫描频率变化结果
图4 60°C下不同沥青胶浆试验结果
随着温度的继续升高，LH0.5的与其它胶浆相比呈现增加态势。由如图2和图3可见，LH0.5与LH1的趋势线几乎重叠，均大于LA和LH2，说明掺加消石灰可改善沥青胶浆高温性能，适当掺量的消石灰可以改善提高沥青胶浆的，30～40℃为影响的敏感温度，当低于此温度时，过多消石灰掺量会使模量相对减小；当高于此温度段时，随着消石灰掺量的增加，沥青胶浆复合剪切模量增加到一定程度后趋于稳定。
采用60℃车辙因子评价沥青胶浆抵抗高温永久变形能力，由图4所示，LH0.5与LH1的趋势线近乎重叠，均大于LH2和LA结果。说明适当掺加消石灰可以改善沥青胶浆的高温稳定性能，但随着消石灰掺量的增加，车辙因子增加到一定程度后趋于稳定，改善幅度不再明显。
4 结论
本文采用动态剪切试验研究不同掺量的矿粉和消石灰对沥青胶浆流变性能的影响，结果表明，相比基质70号沥青，掺加了矿粉和消石灰的沥青胶浆的复合剪切模量明显提高，温度30～40℃为消石灰影响的敏感温度；60℃车辙因子结果表明掺加消石灰可以明显改善胶浆的抗高温变形性能。
参考文献：
[1]刘丽.沥青胶浆技术性能及评价方法研究：[硕士学位论文].陕西：材料学系，2004
[2]贾渝.沥青混合料水损害试验方法及评价.石油沥青，1993
[3]中华人民共和国交通部.JTJ 052-2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程.北京：人民交通出版社，2000
[4]中华人民共和国交通部.JTG E42-2005，公路工程集料试验规程.北京：人民交通出版社，2005
[5]冯浩.基于粘弹性理论的沥青胶浆试验特性研究：[硕士学位论文].湖南：道路与铁道工程系，2008
论文作者:彭毅
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2016/11/8
标签：消石灰论文; 沥青论文; 性能论文; 矿粉论文; 频率论文; 密度论文; 车辙论文; 《基层建设》2015年11期论文;