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乳化沥青胶浆黏度与悬砂能力关联性研究

山东建筑大学学报 2024年第3期39卷 89-98页

作者：任瑞波张乾张新雨曲建涛赵品晖山东建筑大学交通工程学院山东济南250101 山东高速路用新材料技术有限公司山东济南250001 烟台市公路事业发展中心山东烟台264001

研究乳化沥青胶浆黏度与悬砂能力的关联性,可为含砂雾封层新拌乳化沥青砂浆同时满足良好的均质性和流动性提供科学依据。通过采用乳化沥青胶浆黏度试验与悬砂试验考察沥青针入度等级、增稠剂掺量与类型对乳化沥青胶浆黏度与悬砂能力的影... 详细信息

研究乳化沥青胶浆黏度与悬砂能力的关联性,可为含砂雾封层新拌乳化沥青砂浆同时满足良好的均质性和流动性提供科学依据。通过采用乳化沥青胶浆黏度试验与悬砂试验考察沥青针入度等级、增稠剂掺量与类型对乳化沥青胶浆黏度与悬砂能力的影响,并根据黏度、沉降曲线的拟合参数建立黏度与悬砂能力之间的关联性。结果表明:随着沥青针入度等级的增大,胶浆黏度会降低,同时悬砂能力减弱。随着增加各类型增稠剂掺量,会使乳化沥青胶浆黏度增大、悬砂能力增强。对于不同类型增稠剂,在相同条件下,增黏效果由大到小的顺序为有机增稠剂、硅藻土和硅铝酸盐,但悬砂能力由大到小的顺序为硅藻土、硅铝酸盐、有机增稠剂。根据拟合结果分析了黏度参数与沉降速率的关联性,即两者呈现相同的增长性,确定了黏度与悬砂能力的关联性呈正相关。

关键词：乳化沥青胶浆黏度悬砂能力悬砂试验

基于乳化沥青胶浆特性的全再生沥青混合料制备与性能评价

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基于乳化沥青胶浆特性的全再生沥青混合料制备与性能评价

作者：曹安贞山东建筑大学

学位级别：硕士

沥青混合料再生技术一直是行业热点和发展方向,目前多以热再生和冷再生形式存在,前者存在RAP用量低、环境效益不高的问题,后者存在强度形成速度慢,应用层位低等关键技术问题。随着新型技术理念发展和交叉,乳化沥青温拌全再生沥青混合料... 详细信息

沥青混合料再生技术一直是行业热点和发展方向,目前多以热再生和冷再生形式存在,前者存在RAP用量低、环境效益不高的问题,后者存在强度形成速度慢,应用层位低等关键技术问题。随着新型技术理念发展和交叉,乳化沥青温拌全再生沥青混合料技术崭露头角,代表着更为环保、优良的沥青混合料再生技术方向。基于此发展现状,本文结合乳化沥青温拌技术、高模量沥青混合料设计技术特点,选用乳化沥青作为胶结料,在RAP颗粒变化特点的基础上,借鉴HMAC设计理念(高油石比、连续级配、低空隙率等),探究乳化沥青胶浆的性能特性,结合温拌方法为全再生沥青混合料设计制备提供一条新思路与新方法,系统评价了乳化沥青温拌全再生沥青混合料的综合路用效果,并进行了工程实践和验证。研究结论叙述如下。(1)为实现RAP100%掺量的温拌再生,本研究基于RRS方程,从集料的特征粒度、均匀性两个指标上,探究RAP的颗粒变化特征,并通过对工程提供的RAP进行抽提及提炼,进一步研究分析回收沥青路面材料特性,结果表明:服役多年后的沥青存在明显老化问题;矿料细化问题严重,在常规混合料级配设计中存在难点,通过高模量沥青混合料设计理念,可以很好解决沥青老化变硬与细粉料掺量高的问题。(2)为探究基于胶浆设计的全再生可行性分析,通过对各类型乳化沥青胶浆进行常规试验与流变试验,建立起性能随粉胶比变化的特性规律,并与高模量硬质沥青的技术指标建立联系,结果表明:在粉胶比1.2以上的乳化沥青胶浆可实现胶结料硬质化。(3)通过设计模拟乳化沥青在短期老化过程中的性能变化规律,探究乳化沥青性能恢复特性,试验结果表明:DSR40℃温度扫描中G*、n、∣n∣与试验温度及试验时长有良好的相关性,可以建立起乳化沥青性能恢复与温度、时间的关系,在室内研究与工程实践上可通过提高乳化沥青的应用温度以满足胶结料的粘结特性快速恢复,在温拌条件下实现全再生,保证早期路用强度。(4)在满足低空隙率、高油石比与连续级配的要求下,采用确定的单一粉胶比,制备全再生沥青混合料。借鉴现行相关规范评价方法和体系,探究评价多种不同类型的100%RAP掺量的温拌全再生沥青混合料的再生效果,验证结果表明:再生混合料的高低温性能、疲劳及水稳性能均满足路用要求,验证了以乳化沥青胶浆特性指导全再生设计理念的可行。(5)为进一步验证基于乳化沥青胶浆特性指导全再生的设计理念。进行铺筑九曲花海旅游公路、岩马湖X008试验路,通过现场取料再制件与路面取芯等进行室内试验验证,结果表明:试验路路用性能技术指标均具有良好的路用性能,基于乳化沥青胶浆特性的全再生设计方法是可行的。

关键词：全再生沥青混合料回收沥青路面材料乳化沥青胶浆流变特性路用性能

超细水泥乳化沥青胶浆微观结构及其粘附性特征研究

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超细水泥乳化沥青胶浆微观结构及其粘附性特征研究

作者：李可鑫山东建筑大学

学位级别：硕士

随着我国经济的发展,我国每年新建的公路也在逐年增加。为了应对气候变化,促进人类社会的可持续发展,必须努力减少温室气体的排放。中国承诺要在2030年前实现碳达峰,在2060年前实现碳中和。乳化沥青作为一种常温下能够施工且较为环保的... 详细信息

随着我国经济的发展,我国每年新建的公路也在逐年增加。为了应对气候变化,促进人类社会的可持续发展,必须努力减少温室气体的排放。中国承诺要在2030年前实现碳达峰,在2060年前实现碳中和。乳化沥青作为一种常温下能够施工且较为环保的道路材料被广泛应用于道路铺筑中。现有研究常将一定量的水泥加入到乳化沥青中,形成水泥乳化沥青复合材料。水泥的加入虽然能够一定程度上缩短混合料形成强度所需的时间,但水泥水化的速度极大的限制了乳化沥青胶浆粘度的增长,并且由于普通水泥颗粒较大,在与乳化沥青混合后,水泥颗粒被沥青包裹使得水泥水化不完全,水化速度变慢。常温下,水泥乳化沥青胶浆的粘度不够就会使乳化沥青胶浆对集料的裹覆率低且粘附性差。提高水泥乳化沥青混合料的路用性能关键在于如何提高早期水泥乳化沥青胶浆与集料的粘附性能。超细水泥在物理力学性能、流变性能、水化性能众多方面和普通水泥有很大的区别,其粒径小、比表面积大、水化速度快、分布更均匀。基于此,本文拟对超细水泥乳化沥青胶浆的粘附性能和微观结构进行研究。基于动态剪切流变仪和弯曲梁流变仪对不同养护龄期的三种乳化沥青胶浆以及乳化沥青蒸发残留物进行测试。结果表明,在同一温度、同一龄期下,超细水泥乳化沥青胶浆的高温性能要优于普通水泥乳化沥青胶浆;相对于普通水泥,超细水泥对乳化沥青胶浆抗低温与疲劳开裂性能的影响并不显著。采用傅里叶红外光谱仪、扫描电镜和原子力显微镜对乳化沥青残留物、水泥乳化沥青胶浆组分、形貌及力学行为进行研究,以分析乳化沥青胶浆微观特性。采用X射线衍射仪对不同龄期下的水泥水化产物进行定性和定量的分析。结果表明,红外光谱图显示,并无新物质产生,水泥与乳化沥青的混合过程是物理共混;相比普通水泥,超细水泥颗粒在乳化沥青中分布更加均匀;乳化沥青蒸发残留物的二维高度图像中,并没有出现“蜂状”结构;超细水泥水化速率要明显快于普通水泥,这使得超细水泥的早期强度更高,同时较快的水化速率促使乳化沥青破乳更快。采用15℃劈裂强度试验、冻融劈裂试验和车辙试验对三种乳化沥青混合料进行路用性能研究,分析超细水泥对乳化沥青混合料路用性能的影响,并通过CT扫描试验对三种乳化沥青混合料的空隙特征进行分析。结果表明,超细水泥的加入对乳化沥青混合料的强度和高温性能都有明显的改善;乳化沥青混合料加入普通水泥后,混合料中小空隙增多,大空隙减小,且加入超细水泥后效果更加明显。混合料的最可几孔径也在加入水泥后减小。

关键词：乳化沥青胶浆超细水泥流变性能冷再生混合料

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水泥石灰-乳化沥青冷再生混合料性能研究

水泥石灰-乳化沥青冷再生混合料性能研究

作者：陈伟祥广州大学

学位级别：硕士

对路面材料的再生利用是实现道路交通基础设施高质量建设的重点之一,也是发展绿色公路的主要途径。据测算,我国每年产生的废弃沥青路面已超两亿吨,若将这些材料进行全部的再利用,可形成高达600亿元的经济价值。与再生粗集料相比,再生细... 详细信息

对路面材料的再生利用是实现道路交通基础设施高质量建设的重点之一,也是发展绿色公路的主要途径。据测算,我国每年产生的废弃沥青路面已超两亿吨,若将这些材料进行全部的再利用,可形成高达600亿元的经济价值。与再生粗集料相比,再生细集料包含了更多的老化沥青、矿料碎屑、水和粉尘污染物等,材料再利用难度大。使得这些富含沥青的高价值再生细集料长期处于低利用状态,造成资源浪费和环境污染。本研究基于乳化沥青冷拌技术,研究石灰水泥对乳化沥青冷再生混合料性能的提升作用,进而通过室内实验归纳总结再生细集料的完全再利用技术。从材料的性质与功能看,再生细集料主要填充粗集料之间形成的空隙,从而影响混合料的宏观性能。水泥作为常用的活性填料具有干缩和抗裂性弱的性质,而生石灰强度低但具有膨胀性质。因此研究再生细集料和石灰水泥共同作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响,对于提升乳化沥青冷再生混合料(Emulsified Asphalt Cold Recycled Mixture,简称EACRM)的路用性能具有重要价值。本研究通过改变再生细集料掺量设计乳化沥青冷再生混合料,在其最佳配合比状态下开展混合料性能研究;通过固定活性填料总量改变石灰和水泥的比例设计乳化沥青胶浆开展胶浆高低温性能研究;在100%再生细集料掺量下改变石灰和水泥的比例开展混合料性能研究。主要研究结论如下:(1)随着再生细集料掺量的增加,混合料的路用性能呈下降趋势。与天然集料相比,100%再生细集料掺量下混合料的劈裂强度下降了20%、动稳定度下降了45%、弯拉应变下降26%,弯曲劲度模量上升14%。再生细集料的掺量对混合料的水稳定性能影响较小,各掺量下混合料的干湿劈裂强度比均大于89%。(2)随着石灰替代水泥用量的增加,乳化沥青胶浆的高温性能降低,但低温性能得到了改善。石灰与水泥相比,沥青胶浆的70℃锥入度增加100%,抗剪强度降低75%。-24℃蠕变劲度降低了14%,m值升高了26%。(3)随着石灰替代水泥用量的增加,混合料的强度和高温性能下降,但水稳定性和低温性能得到了改善。使用石灰全部替代水泥情况下,混合料的劈裂强度下降24%、动稳定度下降了35%、弯拉应变和弯曲劲度模量分别上升了6%和下降了10%。石灰替代水泥的用量在25%和50%时,水稳定性得到了提升,干湿劈裂强度比提升了3%。沥青胶浆的高低温性能与混合料的高低温性能有直接的关系。40℃时的锥入度试验结果与混合料的车辙试验结果最为相关,-12℃时的弯曲梁流变试验与混合料的低温弯曲试验结果最为相关。研究结果为乳化沥青冷再生混合料设计中对再生细集料、石灰和水泥的选择提供了参考。掺100%再生细集料的乳化沥青冷再生混合料和石灰完全替代水泥后的乳化沥青冷再生混合料的各项性能仍满足规范中的要求且性能较为稳定。

关键词：乳化沥青冷再生混合料乳化沥青胶浆再生细集料水泥石灰

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乳化沥青及乳化沥青胶浆的干燥过程研究

乳化沥青及乳化沥青胶浆的干燥过程研究

作者：唐太熊大连理工大学

学位级别：硕士

乳化沥青作为一种道路建筑材料,由于绿色环保,施工安全等优越性能,被广泛用于路面新建、预防性养护和再生工程,但是由于其强度形成慢、力学性能不足,成为了制约乳化沥青进一步发展的主要原因。乳化沥青的干燥过程很大程度决定了乳化沥... 详细信息

乳化沥青作为一种道路建筑材料,由于绿色环保,施工安全等优越性能,被广泛用于路面新建、预防性养护和再生工程,但是由于其强度形成慢、力学性能不足,成为了制约乳化沥青进一步发展的主要原因。乳化沥青的干燥过程很大程度决定了乳化沥青以及乳化沥青混合料后期的强度形成与力学性能,然而由于乳化沥青干燥过程没有合适的分析方法与评价指标,故在相关方面的研究较少。本文将从乳化沥青的干燥出发,开展乳化沥青及乳化沥青在矿料作用下的干燥成膜过程影响机制研究。本文的主要工作内容与研究成果如下:(1)通过对乳液的干燥成膜理论分析以及对乳化沥青固含量、厚度、温度干燥过程的研究,确定了乳化沥青干燥过程主要划分为三阶段,分别为乳胶颗粒的填充阶段、颗粒形变阶段和颗粒扩散融合阶段,提出了以最大沥青颗粒堆积体积率φ等参数为主的干燥过程评价指标。(2)通过改变乳化沥青制备时的基质沥青温度、乳化剂、储存稳定剂以及润湿剂,研究了乳化沥青在不同条件下的干燥状态,研究结果表明,基质沥青温度在120℃-160℃时对乳化沥青的干燥过程基本没有影响;相对而言三种乳化剂中以标号为KZW的乳化剂干燥时间短,干燥成膜效果好;研究发现储存稳定剂与润湿剂对乳化沥青的干燥效果都是不利的;通过微观观测的手段发现,大颗粒的存在会导致乳化沥青成膜的孔隙增多,从而影响成膜效果。(3)开展了乳化沥青胶浆干燥过程的影响因素研究,包括胶浆中填料的配比、乳化沥青的种类,建立了乳化沥青胶浆的干燥模型,提出了胶浆干燥过程的评价指标,并且分析了乳化沥青的干燥参数在乳液与胶浆中的传递。研究结果表明,添加水泥会使得胶浆干燥过程变缓,成膜效果变差,但水泥的占比对胶浆的干燥过程基本没有影响;在不同乳化剂的乳化沥青下,胶浆干燥差异主要体现在第二阶段,并且以KZW这类乳化剂干燥效果最佳;添加二氧化硅会促使乳化沥青胶浆的干燥与成膜;在25℃,风速为0.4米/秒,厚度为3mm条件下,最大堆积体积率从乳液传递到胶浆中明显减小。

关键词：乳化沥青乳化沥青胶浆干燥过程最大颗粒堆积体积率初始蒸发速率

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矿物填料对乳化沥青胶浆性能的影响

矿物填料对乳化沥青胶浆性能的影响

作者：朱辉山东建筑大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,运输行业在发挥着重要作用的同时,也取得了高度的发展。道路建设在我国发展迅猛,随着人均汽车拥有量逐年增加和车辆里程数的快速增加,许多公路尤其是国道和高速公路,已进入全面的维修期。在道路建设以及养护方面,乳化沥... 详细信息

随着社会的发展,运输行业在发挥着重要作用的同时,也取得了高度的发展。道路建设在我国发展迅猛,随着人均汽车拥有量逐年增加和车辆里程数的快速增加,许多公路尤其是国道和高速公路,已进入全面的维修期。在道路建设以及养护方面,乳化沥青也被广泛的用在微表处、稀浆封层、碎石封层以及路面就地冷再生等方面。与普通沥青混合料类似,乳化沥青混合料强度构成因素也是材料的内聚力和内摩阻力。乳化沥青在实际工程中的路用性能还是取决于乳化沥青破乳、固化之后的残留物性能,乳化沥青残留物与填料形成的胶浆在路面中真正起到结合料的作用,因而确定出合适的乳化沥青残留物获取方式,对于更好的模拟乳化沥青在实际路面服役过程中的使用性能是非常关键的。目前很多高速公路沥青路面产生早期破坏的原因,除了设计、施工方面的原因外,材料性能差也是很重要的原因。填料的使用就是其中一个不容忽视的问题。沥青胶浆作为混合料最初的一级分散系统,其结构、组成与性能直接关系到沥青混凝土的各项路用性能。本文首先对六种不同类型的矿粉进行常规理化指标检测,并基于基质沥青胶浆性能对其作出评价,以期筛选出能够鉴别矿粉性能优劣的重点指标。六种矿粉的各项理化指标实测结果均符合规范的要求,由于国内外正在讨论矿粉中小于0.02mm筛孔的材料数量的重要性,因此本文也重点对各类型的矿粉通过Winner 2008型激光粒度分析仪进行细致的粒度组成分析。结合工程实际中所用的粉胶比制备基质沥青胶浆,通过灰色关联分析方法,对六种矿粉的各项理化指标与胶浆高低温性能指标进行关联分析,得出矿粉的亲水系数、密度、细度模数、P20以及D10与基质沥青胶浆的关联度较大。因此建议评价矿粉性能时,应将以上指标作为重点指标进行分析评价。其次,对五种矿粉分别在五种粉胶比（0.6、0.8、1.0、1.2和1.4）下,制备乳化沥青残留物胶浆以及基质沥青胶浆,通过动态剪切流变试验、弯曲梁流变试验以及压力老化试验对其进行高、低温以及疲劳性能研究。结合实验室所具备的条件,依照品质好的乳化沥青要求对基质沥青性质改变尽量小的理念,通过数据拟合分析确定出适宜的实验室乳化沥青残留物获取方式为人工搅拌法。试验发现矿粉类型以及不同掺量对两种类型胶浆的高、低温以及疲劳性能都有着较大的影响,并且由同种矿粉配制两种类型胶浆之间表现出的性能也有着明显的差别。因此,应根据施工方法合理的选择矿粉类型以及掺量。最后,通过乳化沥青混合料的劈裂试验进行初步的性能验证。利用旋转压实仪成型试件,通过测量不同液体含量下试件孔隙率、干密度以及劈裂抗拉强度的变化,综合各项指标性能最佳时,将6.5%的液体含量（乳化沥青和水）作为冷再生混合料的最佳液体含量。在干、湿劈裂强度满足规范要求的前提下,结合施工经验以及经济效益方面考量,可以根据干湿劈裂强度比确定最佳乳化沥青用量为3.4%。分别选择1#和3#矿粉（两种矿粉理化指标有明显的差异）作为矿物填料,试验发现在同等条件下,乳化沥青混合料试件的劈裂强度存在一定的差别。

关键词：矿物填料乳化沥青残留物乳化沥青胶浆基质沥青胶浆流变性能冷再生混合料