泡沫沥青特性与混合料设计方法的试验研究.doc

一、前言
　　随着我国经济建设的快速发展,在公路建设中,已开始大规模地修
　　筑高等级路面,且约80%为沥青路面。随着使用时间的增加,大量高等级路面已经或即将进入维修或改建的高峰期,这将会产生大量翻挖、铣刨的沥青混合料。这些沥青混合料如果被废弃,不但会造成环境污染,而且也是一种浪费，那么泡沫沥青混合料就是利用沥青在高温状态下加水急速膨胀原理，将旧路面铣刨下来的混合料裹附在一起形成的一种新型路用材料，可以作为路面基层及下面层材料,这样既可以废物再利用，又不会造成环境污染，所以说泡沫沥青技术已在我国迅速应用于公路建设中。
　　二、泡沫沥青特性的试验研究
　　试验操作过程中主要是改变发泡温度和用水量来研究膨胀率和半衰期的变化关系,以找到最佳的发泡效果,并在这种状态下拌制泡沫沥青混合料
　　1、试验过程
　　试验中使用了德国Wirtgen公司生产的WLB10型沥青发泡实验机, 它以每秒100g的速度喷射沥青,接受发泡沥青的低碳钢铁捅直径与测量膨胀体积的量尺,与500g沥青的喷射量相对应.
　　试验在室温20度左右进行,使用90号沥青进行发泡,选择140度、150度、和160度三种沥青发泡温度,每种温度下发泡用水量分别取1%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5％,量测其膨胀率与半衰期.由于试验中各种条件都有影响试验结果,试验的重现性不好,为了确保数据的可靠性,每种发泡状态均反复试验3-5次,取其平均值,所得结果绘制成沥青发泡特性曲线.
　　2、有关结论
　　对于同一种沥青,在同一温度下,膨胀率随发泡用水量的增加而增大,半衰期则随用水量的增加而减小.因而通常情况膨胀率与半衰期两者不可能都达到最优.根据试验所得到沥青发泡特性曲线,必须综合考虑膨胀率和半衰期两个因素,得出沥青的最佳发泡温度和发泡用水量,并以此作为确定泡沫沥青混合料拌制条件的参考依据,可得出沥青的最佳发泡条件如表
　　三、泡沫沥青混合料的设计方法
　　由于其特性与用途不同于一般的热沥青混合料,因此对泡沫沥青混合料的配合比设计不能采用常规的热沥青混合料配合比设计方法.参照国外及国内有关研究,试验采用基于泡沫沥青水稳性的配合比设计方法,该方法相对简单,易于操作.
　　90号沥青最佳发泡条件
　　发泡温度/℃ 发泡用水量/％ 膨胀率/倍 半衰期/s
　　150 1.5 11 14
　　在上述确定的发泡条件下,对水泥含量为2%的集料分别采用1%、2%、3%、4%和5%的泡沫沥青,制得不同沥青含量的混合料试样.
　　利用WLB10型沥青发泡实验机喷洒泡沫沥青至一密封容器中存放,并成型马歇而试件(每面击实75次).试件击实后在温室下养生24h后脱模,再置于40度的通风烘箱中进一步养生72h ,以确保混合料中不含水分.
　　(1)控制指标的确定和测试
　　路面基层在行车荷载的反复作用下,主要承受竖向压应力及水平拉应力作用,混合料中集料的骨架支撑作用基本能满足其实际需要.工程实践表明,泡沫沥青混合料基层材料往往是由于基层底部抗拉强度(或粘结强度)不足而开裂.因此,采用间接抗拉强度(ITS劈裂强度)作为混合料设计的控制指标.
　　标准的ITS试验需要测试试件在干燥和浸水两种条件下的ITS值.在试验过程中,试件的垂直变形速率恒为50mm/min,通过测量试件的最大破坏荷载以确定ITS值.测定浸水试件的最大破坏荷载以确定ITS值.测定浸水试件的ITS值,在测试前要将养生过的试件浸入25度的水中24h
　　(2)设计沥青用量的确定
　　在同一坐标轴上绘制所有试件(干燥和浸水)的ITS-沥青含量(加入的沥青)关系曲线.选取浸水试件的最大ITS所对应的沥青含量作为沥青含量的设计值.
　　对马歇尔击实试件,无论是干燥养护还是湿养护,随泡沫沥青用量增加,ITS存在一最大值,而且对于干湿两种养护条件,最大ITS分别对应的泡沫沥青用量相差不大.拌和和压实时要加入一定的水,以利于拌和并得到最大的压实度.但在养生过程中,这些水分将逐渐蒸发,强度进一步增强,此时混合料中会留下空隙从而易使水分进入.导致水损坏.因此根据国外经验,混合料最佳沥青含量选择在对应浸水试件ITS最大值处的沥青用量.
　　(3)结论
　　根据试验结果,最佳泡沫沥青用量在2.3%左右,与热拌沥青混合料相比较低,所以温度变化对泡沫沥青混合料的影响程度要比对典型热拌沥青稳定土混合料的影响要小.
　　从干燥养护试件的ITS结果可以看出,其不同泡沫沥青用量下ITS值在 0.55-0.77Mpa,满足我国现行《公路沥青路面设计规范》有关基层材料设计参考的要求.

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