改进型硅藻土AC-16沥青混合料配合比设计及路用性能试验研究

赖　辉

(重庆市市政设计研究院，重庆　400029)

改进型硅藻土AC-16沥青混合料配合比设计及路用性能试验研究

赖辉

(重庆市市政设计研究院，重庆400029)

摘要：以AC-16沥青混合料为试验对象，采用改进型硅藻土改性沥青作为胶结料，通过路用性能试验，验证不同改进型硅藻土掺量下沥青混合料的水稳定性能和高温稳定性。试验结果表明：改进型硅藻土可提高AC-16沥青混合料的标准马歇尔稳定度、浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比；掺入硅藻土后的冻融劈裂强度有所降低，且随着掺量增加降低越来越明显；改进型硅藻土能显著提高AC-16沥青混合料的高温稳定性，当掺量为13%(占沥青质量)时其动稳定度提高近85%。

关键词：道路工程；硅藻土改性沥青；沥青混合料；路用性能

为了提高沥青路面使用性能，弥补普通沥青性能指标的不足，国内外早在20世纪40年代就开始了改性沥青技术的研究[1-2]。通过在基质沥青中添加改性剂、助剂等物质以改善沥青的路用性能，如针入度、软化点和延度等指标，以适应更为苛刻的气候和交通条件。我国也在上世纪90年代初开始了改性沥青技术的研究，并将其成功应用于工程实践[3-5]，先后开发了SBS、SBR、PE等聚合物改性沥青，还有湖沥青改性沥青、岩沥青改性沥青、橡胶粉改性沥青、硅藻土改性沥青等无机类改性沥青。实践表明，改性沥青的使用，一方面在一定程度上提高了沥青混合料的使用性能，如抗车辙性能和抗水损坏性；另一方面，还使沥青路面使用寿命得以延长。

目前，SBS和SBR聚合物改性沥青是使用最为广泛的改性沥青，由于供不应求，导致SBS改性沥青价格逐年攀升，最终致使沥青路面修筑成本越来越高。近年来，有人开始关注硅藻土、湖沥青、岩沥青等无机类改性沥青技术[6-8]。过去，人们通常把无机矿料视作一种惰性材料，其多数被当作填充料使用，而人们对于无机矿料的吸附和分散作用没有深入认识，尤其是对矿料与沥青之间存在的界面化学作用缺乏深入研究。对于硅藻土而言，其特殊的微观构造使其具有良好的吸附和分散效果，当与沥青结合后，沥青膜的吸附能力和粘韧性便可以得到提高，集料表面沥青膜厚度会得到增加，混合料的路用性能也能得到改善，如抗车辙性能、水稳定性和抗老化性能等。近几年来，硅藻土改性沥青在国内也已经得到应用，如重庆向黄路、国道320线2级公路(芒瑞段)和国道326线2级公路。应用结果表明，硅藻土改性沥青混合料可提高沥青路面的摩擦系数和高温稳定性等路用性能。本文以改进型硅藻土AC-16沥青混合料为研究对象，通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和车辙试验来研究不同改进型硅藻土掺量下沥青混合料的水稳定性能和高温稳定性等路用性能。

1改进型硅藻土AC-16沥青混合料配合比设计

1.1级配组成设计

进行路用性能试验前，应先进行沥青混合料配合比的设计，包括级配组成设计和沥青用量确定2方面。按AC-16沥青混合料目标配合比设计的1#、2#集料采用三棵桩石场生产的碎石，3#集料采用头酒房石场生产的碎石。矿粉采用三棵桩石场生产的矿粉，矿粉掺量为2%。硅藻土采用四川省宏辉科技有限公司提供的材料。集料密度试验结果见表1。各档集料(I档：5～15 mm；II档：3～5 mm；III档：0～3 mm)和筛分结果见表2，试验方法参照JTG E42—2005《公路工程集料试验规程》的有关规定。

表1　集料密度试验结果

表2　集料筛分结果

根据矿料筛分结果，按照JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》设计AC-16沥青混合料配合比。本次试验优选3种矿料级配，即级配1、级配2和级配3。各种矿料用量见表3，合成级配见表4，且各合成级配均满足规范的要求。

表3　AC-16沥青混合料3种级配的矿料比例

采用上述3种AC-16沥青混合料矿料级配和4.7%油石比，双面各击实75次成型3组马歇尔试件，试验结果见表5。

由表5可以看出，级配1、级配2和级配3各项体积指标均满足规范要求。因此，结合试验结果和工程经验，最终选择了级配2为最佳级配方案进行后续试验。

1.2沥青用量确定

基质沥青采用韩国双龙70号A级道路石油沥青，其各项检测结果均满足JTG F40—2004的要求。AC-16沥青混合料按级配3矿料掺配，选用5种不同的油石比，成型标准马歇尔试件进行马歇尔稳定度试验，试验结果见表6。

结合表6数据，根据沥青混合料配合比设计方法可计算得到最佳沥青用量初始值为4.54%，最佳沥青用量中值为4.65%，故平均油石比为4.6%。以最佳油石比为4.6%成型马歇尔试件，试验结果见表7。

表4　AC-16沥青混合料矿料合成级配

表5　AC-16沥青混合料矿料3个级配马歇尔试验结果

表6　AC-16沥青混合料马歇尔试验结果

表7　AC-16沥青混合料马歇尔最佳油石比试验结果

2路用性能试验

采用硅藻土掺量分别为0、11%、13%、15%、17%的硅藻土改性沥青配制混合料，硅藻土掺量为硅藻土质量占沥青质量的百分比。硅藻土添加采用湿法拌和，方法如下：先将基质沥青加热到约160 ℃，然后按照各自比例将硅藻土加入到基质沥青中，并搅拌约10 min，待硅藻土颗粒和沥青充分融合并均匀分散后即可使用。

2.1浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验采用JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的方法，目的就是对硅藻土改性沥青混合料抗剥落性能进行研究，试验结果见表8。

表8　硅藻土改性沥青混合料残留稳定度试验结果

注：硅藻土掺量按沥青质量计算。下同。

从表8数据可以看出，当硅藻土掺量小于13%时，随着硅藻土掺量的增加，混合料标准马歇尔稳定度和浸水残留稳定度均逐渐提高，但增加幅度不大；当硅藻土掺量达到15%时，混合料标准马歇尔稳定度和浸水残留稳定度开始减小，说明此时硅藻土掺量过多，已对混合料路用性能产生负面影响；而当硅藻土掺量为17%时，马歇尔试件浸泡于60 ℃水中48 h后出现松散和掉粒现象，试件完整性受到破坏，故该组掺量的试件直接报废，残留稳定度直接定为0。

2.2冻融劈裂试验

冻融劈裂试验按照JTG E20—2011规定的方法进行，可验证硅藻土改性沥青混合料的水稳定性。鉴于浸水马歇尔试验结果，冻融劈裂试验硅藻土最大掺量调整为15%，具体试验结果见表9。

表9　硅藻土改性沥青混合料冻融劈裂试验结果

从表9数据可以看出，掺入硅藻土后，马歇尔试件浸水前和浸水后的劈裂强度均有所降低，表明在沥青混合料中掺入硅藻土后，其间接抗拉强度有所降低。但是，随着硅藻土掺量的增加，劈裂强度比有所提高，表明硅藻土的加入对混合料的水稳定性有一定改善作用。

2.3车辙试验

对于硅藻土改性沥青混合料的高温性能采用车辙试验进行评价，试验方法参考JTG E20—2011规定的方法进行。本次试验仅验证了硅藻土掺量为13%时AC-16沥青混合料的抗车辙性能，试验结果见表10。

表10　硅藻土AC-16改性沥青混合料车辙试验结果

车辙试验后观察试件发现，不掺硅藻土时，AC-16沥青混合料车辙板表面轮迹明显；而掺入13%硅藻土时，车辙板表面基本无轮迹。从表10数据可以看出，不掺硅藻土时，试件动稳定度为1 368次/mm；而掺入13%硅藻土时，试件动稳定度达到2 533 次/mm，比不掺硅藻土时的动稳定度提高了85%，说明硅藻土的掺入显著提高了沥青混合料的高温性能。

3结论

本文对改进型硅藻土AC-16改性沥青混合料的路用性能进行了试验研究，得到如下结论。

1) 改进型硅藻土可提高AC-16沥青混合料的标准马歇尔稳定度、浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比；但掺入硅藻土后，马歇尔试件的冻融劈裂强度有所降低，且随着硅藻土掺量增加AC-16沥青混合料冻融劈裂强度降低越来越明显。

2) 改进型硅藻土能显著提高AC-16沥青混合料的高温稳定性，当掺量为13%(占沥青质量)时其动稳定度提高了近85%。

参 考 文 献

[1]房军，谭忆秋，李智慧，等.硅藻土改性沥青低温性能的研究[J].石油沥青，2015(5)：26-29.

[2]朱东鹏，章金钊，陈建兵，等.多年冻土地区硅藻土改性沥青混合料路用性能研究[J].中国公路学报，2013(4)：23-28.

[3]鲍燕妮.硅藻土改性沥青研究[D].西安：长安大学，2005.

[4]邓秋红.硅藻土改性沥青及其质量控制技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.

[5]王国安.多年冻土地区硅藻土改性沥青性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2010.

[6]李剑，郝培文，梅庆斌，等.硅藻土改性沥青及其混合料路用性能研究[J].石油沥青，2003(4)：29-32.

[7]鲍燕妮，蒋相华.硅藻土改性沥青混合料路用性能室内试验研究[J].公路工程，2010(4)：80-88.

[8]张国辉，杨立森，刘学民，等.硅藻土改性沥青混凝土路用性能研究[J].北方交通，2006(9)：9-11.

Experimental Research on Mix Design and Road Performance of Improved Diatomite AC-16 Asphalt Mixture

LAI Hui

Abstract:With AC-16 asphalt mixture as the test object, this paper verifies water stability performance and high-temperature stability of asphalt mixture with different contents of improved diatomite via the test of road performance by means of improved diatomite modified asphalt as cementing agent. The results of test show that improved diatomite can improve standard Marshall stability, residual stability in immersion and frozen-thaw split strength ratio of AC-16 asphalt mixture. The frozen-thaw split strength after mixing of diatomite reduces, and reduction becomes more and more obvious with increase of dosage; improve diatomite can remarkably improve the high-temperature stability of AC-16 asphalt mixture, and its dynamic stability is improved by approximate 85% when dosage is 13% (in mass of asphalt).

Keywords:road project; diatomite modified asphalt; asphalt mixture; road performance

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.010

基金项目：交通运输部西部建设科技项目(2014 318 J15 070)

收稿日期：2016-01-22

作者简介：赖辉(1986-)，男，江西省赣州市人，硕士，工程师。

文章编号：1009-6477(2016)03-0039-04中图分类号：U414.1

文献标识码：A