掺橡胶粉及沸石粉的半柔性路面路用性能研究.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-04-27作者简介:牛盼(1987),男,山西永济人,工程师,研究方向为沥青路面。掺橡胶粉及沸石粉的半柔性路面路用性能研究牛盼(山西交通控股集团有限公司运城南高速公路分公司,山西 运城 044000)摘要:为提高半柔性路面的路用性能,分析了沸石粉和橡胶粉对半柔性路面的综合改性效果,研究了掺沸石粉和橡胶粉的半柔性路面的抗压强度、抗折强度、干燥收缩率、弹性模量、渗透性和耐久性等指标。结果表明:半柔性路面强度随沸石粉掺量的增大先增大后减小,在沸石粉掺量为15%时性能最佳,此时混合料抗压强度增长16.5%86.2%,抗折强度增大34.5%72.7%,
2、同时具有减少干燥收缩和增加半柔性路面的渗透性和耐久性的能力;掺加橡胶粉对SFP试件抗压强度和干缩性能有一定影响,对抗折强度有大幅提升。关键词:橡胶粉;天然沸石粉;半柔性路面;力学强度;水泥砂浆中图分类号:U414文献标识码:B0 引言半柔性路面(SFP)由多孔沥青混合料和水泥砂浆组成,一般选用空隙率为20%30%的多孔沥青混合料作为基体,用特定的水泥砂浆进行灌浆而成,兼具沥青混凝土路面的柔性和水泥混凝土路面的刚性1-2。然而由于半柔性路面多孔混合料基体的结构特性和水泥砂浆的材料特性,再加上外界环境因素的作用,导致半柔性路面材料易发生胀缩变形进而产生裂缝,这是阻碍半柔性路面发展的重要原因3。因此
3、,有必要在混合料及砂浆中加入添加剂,以提高半柔性路面的力学性能、耐久性能及结构变形协调能力。研究表明,沸石粉的主要化学成分是二氧化硅,可作为砂浆生产中水泥的替代品,可以使砂浆更密实稳定,并增加其强度;橡胶粉(WTR)加入多孔沥青可增加沥青和集料之间的黏合力,提高其抗永久变形的能力,减少疲劳破坏和裂缝的可能性4。鉴于此,本文将使用天然沸石粉部分替代水泥生产砂浆,并将其灌注到橡胶粉改性多孔沥青混合料基体中,来提高 SFP混合物的性能。1 原材料与试验方法1.1 原材料用于生产多孔沥青的材料包括粗细集料、沥青和橡胶粉,而灌浆材料是由含有水泥、天然沸石粉和细集料的砂浆制成。其中,橡胶粉末是作为添加剂使
4、用,而天然沸石则替代了部分水泥。粗集料选用石灰岩,最大粒径为16 mm,技术指标实测值符合规范要求。细集料选用河沙,最大直径为4.75 mm。水泥选用普通硅酸盐水泥。集料的物理特性见表1,水泥技术指标要求见表2。表1 粗集料和细集料的物理特性集料类型粗集料细集料堆积密度/(kg/cm3)2 3402 526比重2.4672.598吸水率(%)1.81.2表2 水泥技术指标要求细度(%)8凝结时间/(min)初凝45终凝600安定性/mm雷氏夹法合格抗压强度/MPa3 d15.028 d32.5抗折强度/MPa3 d2.528 d5.5多孔沥青混合料使用 90#石油沥青,比重为 1.00,软化点
5、超过48,闪点为232;橡胶粉末的尺寸小于4.75 mm;天然沸石经过捣碎和筛分,获得的粉末用30%的盐酸进行活化,用蒸馏水清洗,并在使用前在室温下进行干燥。沸石粉的尺寸为0.3640 mm。活化沸石粉末的化学成分,见表3。表3 活化沸石粉末的化学成分组成材料沸石粉各种化学成分组成比例(%)SiO246.57Al2O316.68Fe2O310.21CaO8.77MgO4.81K2O3.06Na2O2.97TiO20.831.2 级配设计多孔沥青混合料的级配见表4。35总662期2023年第32期(11月 中)表4 多孔沥青混合料级配组成筛孔尺寸/mm通过百分比(%)1610013.290100
6、9.550704.7513272.3610170.65120.075361.3 试验方案1)多孔沥青试样的制作根据经验多孔沥青混合料的最佳沥青用量为3.5%,选择三种橡胶粉末掺量,分别为沥青质量的3%、4%和5%。首先将沥青加热到160,然后加入不同掺量的橡胶粉末,均匀地搅拌,并加热约3 min。然后,将集料在 160 下加热,加入沥青和橡胶混合物中,并在160 的温度下连续搅拌约3 min,然后成型马歇尔试件和小梁弯曲试件备用。2)SFP试件的制作首先,制作4种不同沸石粉掺量(0%,5%,15%,25%)的砂浆混合物,测试其流动性当满足要求后将砂浆灌浆进多孔混合料试样中,用便携式砂浆振动器进
7、行振动,使砂浆进入多孔沥青试样的空隙。对于每个不同的沸石含量的混合物,制备3个SFP试样,并在室温下静置14 d备用。2 试验结果分析2.1 抗压强度测试不同沸石粉和橡胶粉含量的SFP试样的14 d抗压强度,试验结果如图1所示。如图 1所示,随着沸石含量从 0%到 15%的增加,抗压强度明显增加,而在25%的百分比时,抗压强度又显著下降。在沸石粉掺量为15%时,强度达到峰值,相对于不掺沸石粉的SFP试件,15%沸石粉掺量的试件抗压强度增长了16.5%86.2%。掺沸石粉SFP试件抗压强度的增加是由于水泥砂浆强度得到极大的提升,沸石粉在砂浆中的存在,与没有矿物的成分相比,其硬化后变得更密实,强度
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