WG－I温拌剂对水工沥青混凝土性能的影响

导读:通过研究 WG－Ⅰ温拌剂对水工沥青以及沥青混凝土性能的影响，得到了温拌剂的应用条件及方式; 通过检测不同掺量 WG－Ⅰ温拌剂对水工 90 号沥青的黏度、三大指标( 针入度、软化点、延

来源：未知发布日期：2019-09-25 14:37【大中小】

研究背景

沥青混凝土在我国水利设施中广泛应用，常作为防渗材料和稳定材料应用于土石坝中的防渗部位、渠道防渗加固层、透水坝的滤水构造及其他方面。目前，沥青混凝土的制备是将温度为165～175 ℃的沥青与 165～185 ℃的热骨料进行拌合，随后在≥120 ℃的温度下进行现场摊铺与碾压。随着拌合温度的升高，骨料表面裹附的沥青膜越薄，沥青的高温老化程度就越深，低温破坏应变随之减小，混凝土表面容易出现温缩裂缝，这将对沥青混凝土的整体防渗性和结构稳定性产生影响。因此，有必要研究低温条件下沥青混凝土的温拌技术，同时提升沥青混凝土的力学性能。自 20 世纪 90 年代以来，国内外开展了沥青混凝土温拌技术的研究，该技术旨在降低沥青混凝土的拌合及摊铺温度，同时保持其性能。温拌技术通常采取沥青与骨料在较低温度条件下( 100 ～ 140 ℃) 进行拌合，使物理性能到达或靠近热拌沥青混凝土，从而在拌合过程中减少燃料消耗、节约生产成本、减少有害气体排放、延长沥青混凝土的应用时间等。目前，国内外企业通常在沥青中加入温拌剂，实现低温拌合沥青混凝土。已经研制并推广的温拌剂有几十种，其温拌方式主要为泡沫沥青法、有机添加剂法、表面活性添加剂法，这 3 种方式均可实现沥青混凝土的低温拌合。研究表明不同温拌剂的适用范围、使用条件、工艺设计及适用效果均有所不同。WG－Ⅰ温拌剂为表面活性剂型温拌剂，本文主要研究 WG－Ⅰ温拌剂不同掺量对沥青性能、劈裂试验的影响，并对比了常规沥青混凝土( 沥青、骨料温度均为 170 ℃ ) 与温拌剂掺量为 2%的温拌沥青混凝土( 沥青温度为 170 ℃，骨料温度为 120 ℃ ) 在拉伸试验、弯曲试验、压缩试验中的性能，确定 WG－Ⅰ温拌剂的应用条件，为现场施工提供相应技术参考。

原材料及试验方法

温拌剂 WG－Ⅰ温拌剂为棕黄色液体，密度为0．910 ～ 0．950 g /cm3 ，20 ℃时黏度为 520 mPa·s，属于表面活性剂型温拌剂。使用时，通常将其掺入到温度为 100 ℃以上的基质沥青中，搅拌均匀后备用。它能够与沥青形成胶束结构，通过降低沥青的黏度，从而降低沥青混凝土的施工温度。沥青混凝土配合比选择通过配合比优选试验，确定级配指数为0．4，矿粉含量为 12%，油石比为7%，可作为本文劈裂及性能试验中沥青混凝土的配合比。
试验方法结合工程实际应用，采用温差拌合法制备马歇尔试件，即沥青温度为 170 ℃，骨料温度为 120 ℃，正反击实 35 次成型马歇尔试件，并对试件进行劈裂试验，通过分析温拌剂掺量与应力、应变的关系曲线，得到最适合的温拌剂掺量，随后对比其在拉伸试验、弯曲试验、压缩试验中的性能。

试验结果与讨论

温拌剂对沥青及骨料的影响
黏度值通常用来表示在一定施工温度条件下沥青的拌合容易程度，黏度指标是选择温拌剂的一个主要参数。利用沥青标准黏度计来测定不同WG－Ⅰ 温拌剂掺量( 0%，1%，2%，3%，4%，5%) 在不同温度条件( 95，105，115 ℃) 下的沥青黏度，探究不同温拌剂掺量对沥青黏度的影响在试验温度一定的条件下，沥青黏度随着WG－Ⅰ温拌剂掺量升高而减小。115 ℃ 条件下，温拌剂掺量为 3%，4%，5%的温拌沥青的黏度较原沥青黏度分别下降了 17．69%，27．96%， 30．65%。这表明随着试验温度升高，温拌剂掺量的升高对沥青黏度的影响效果逐渐减弱。在温拌剂掺量一定的条件下，试验温度越低，温拌剂对沥青黏度的影响越大。同时，温拌剂掺量在 4% ～ 5%的区间上沥青黏度降幅逐渐减小，因此，随后沥青老化试验采用温拌剂掺量为 4%。
随着温拌剂掺量的增加，温拌沥青的软化点逐渐降低，且 3%，4%，5%掺量下，温拌沥青的软化点较基质沥青分别下降8．58%，11．37%，13．09%。随着软化点逐渐降低，沥青的温拌效果愈加明显。尽管软化点的降低会对沥青混凝土的高温热稳定性能造成一定影响，但考虑到土石坝中沥青混凝土的环境温度一般为 20 ℃ 左右，因此，软化点的小幅度降低对水工沥青混凝土的稳定性影响较小。随着温拌剂掺量的增加，试验测得温拌沥青在 10 ℃的条件下，延度均＞150 cm，表现出良好的延展性。通过对比延度为 150 cm 时不同温拌沥青的试验结果，发现温拌剂掺量的提高有助于提升沥青延度，这体现了温拌沥青在低温条件下具有良好的延展性，间接凸显出温拌剂良好的温拌能力。随着温拌剂掺量的增加，温拌沥青的密度基本不变，这主要是由于沥青与温拌剂密度基本相同。因此，不同掺量的温拌剂对温拌沥青的密度影响基本可以忽略不计。
粗骨料与温拌沥青的黏附性等级满足《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》的要求≥4; 细骨料与温拌沥青的水稳定等级满足《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》的要求≥6。综上试验结果表明，温拌剂掺量为 0% ～ 5%时，温拌沥青与骨料的黏附性均满足试验要求。在合理的掺量条件下，WG－I 型温拌剂对沥青及骨料性能方面的影响较小，满足实际工程需要，可应用于碾压式沥青混凝土心墙，同时也可应用于沥青混凝土面板坝、浇筑式沥青混凝土心墙、公路路面施工以及其他防渗工程中。由于各工程工况有所区别，建议使用前重新进行性能试验验证。

结论

( 1) 试验温度一定时，随着温拌剂掺量的升高，温拌沥青的黏度随之降低，试验温度越低，黏度降幅越大。因此，WG－Ⅰ温拌剂对降低沥青黏度有显著的作用，沥青拌合温度越低，降低黏度效果愈加明显。
( 2) 温拌剂掺量对沥青性能影响结果显示: 随温拌剂掺量升高，温拌沥青密度基本不变，针入度呈递增趋势，软化点亦有所降低，延度满足试验规范要求。这表明温拌沥青在满足工程适用性的同时能够降低其低温黏度，将有利于沥青混凝土的温拌技术研究。
( 3) 4%掺量温拌剂的温拌沥青 2 次老化试验结果表明: 加入温拌剂对上海昌吉沥青抗老化性能有所提升，沥青在 10 ℃ 的延度仍为69．7 cm，远大于规范要求的 8．0 cm; 针入度比为70．1%，远大于规范要求＞57%。因此，温拌剂对提升沥青的抗老化性能有促进作用。
( 4) 通过对不同温拌剂掺量的温拌沥青混凝土进行劈裂试验，结果表明: 随着温拌剂掺量的增加，马歇尔试件的孔隙率基本保持不变，均＜2%; 在温拌剂掺量＞2%时，最大间接应力基本保持不变。因此在后续性能试验中采用 WG－Ⅰ型温拌剂掺量为 2% 的温拌沥青混凝土进行试验。
( 5) 将温拌剂掺量为 2%的温拌沥青混凝土与常规沥青混凝土的弯曲、拉伸以及压缩性能试验进行对比，结果表明，温拌剂掺量为 2%的温拌沥青混凝土的性能基本保持不变，应变能力有大幅度提高，这将有利于提升沥青混凝土适应变形及自愈的能力。因此 WG－Ⅰ温拌剂可以应用于沥青混凝土心墙工程之中。

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