隔热沥青混凝土性能研究
来源:用户上传
作者:
摘 要： 为缓解沥青路面的高温车辙病害，优选多种原材料，制备了具备隔热降温属性的沥青混凝土路面材料，借助氙弧灯耐候试验箱系统研究隔热沥青混凝土的隔热降温功效，全面研究隔热沥青混凝土的高温稳定性、水稳性等路用性能。试验结果表明：隔热沥青混凝土具有良好的隔热降温性能，为隔热沥青混凝土在道路领域的普及应用提供依据。
关 键 词：道路工程;隔热沥青混凝土;隔热功效;路用性能
中图分类号：TQ177.6+3 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）05-0818-03
Abstract： For the purpose of mitigating the high temperature disease of asphalt pavement， a few kinds of raw materials were selected， and thermal insulation asphalt concrete was prepared. The thermal insulation performance was systematically studied through using climate resistance test machine. The road performance was studied by testing its high temperature stability， water resistance performance and so on. The results showed that thermal insulation asphalt concrete had good thermal insulation performance， which can lay a solid basis for the application of thermal insulation asphalt concrete in the road industry.
Key words： Road engineering; Thermal insulation asphalt concrete; Thermal insulation performance; Road property
高溫病害是沥青路面病害的主要类型之一[1-2]。在高温状况下，沥青材料逐渐由弹性转变为塑性状态，其承载能力大幅度下降[3]。在外界行车荷载的反复作用下，轮辙部分的沥青混合料密实度会不断提高，产生不可逆的车辙病害，对于沥青路面的结构造成不可逆病害，严重影响沥青路面的路用性
能[4]。针对于沥青混凝土路面的高温病害，国内外研究人员及学者提出了隔热沥青混合料，作为应对沥青路面高温病害的重要对策之一[5-7]。对于隔热沥青混凝土，国内外研究现状主要为：雷雨滋等[8]评价了热阻沥青混合料的降温效果及路用性能;时建刚等[9]研究了钢桥面浇注式沥青混凝土铺装层隔热性能;Liu等[10]研究了隔热沥青混凝土的力学性能;Zhang等[11]研究了改性沥青混凝土的力学性能及热阻性能。因此，为了能够更好地缓解沥青路面的高温病害，应针对隔热沥青混凝土的应用效果展开深入研究。
本文优选多种原材料制备了隔热沥青混凝土，系统研究隔热沥青混凝土的隔热降温功效，全面研究隔热沥青混凝土的高温稳定性、水稳性等路用性能，系统评价了隔热沥青混凝土的隔热降温功效及各项路用性能，为隔热沥青混凝土在道路领域的普及应用提供依据。
1 隔热沥青混凝土制备
1.1 原材料组成
1.1.1 热阻改性剂
本文主要采用煅烧铝矾石和蛭石粉等两种不同类型的隔热材料作为热阻改性剂进行隔热沥青混合料的制备，其中所选用煅烧铝矾石粒径为4.75 ～9.5 mm，而蛭石粉细度具体为300目。热阻改性剂的应用方式为替换对应粒径的集料或填料，其中煅烧铝矾石的掺加量为矿料总质量的6.5%，蛭石粉掺量为矿料总质量的8.5%。铝矾石和蛭石粉的技术性能指标如表1和表2所示。
1.1.2 沥青
本文选用SBS（I-C）改性沥青作为主要的胶结材料，其实际检测技术性能指标主要如表3所示。
1.1.3 集料
集料主要采用玄武岩碎石，依据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）的要求对集料进行检测，其技术指标值如表4所示。
1.1.4 填料
本文采用的填料主要为石灰石矿粉，其实际测试的技术性能指标主要如表5所示。
1.2 级配信息
本文主要选择常用的SMA-13级配进行隔热沥青混合料的制备，SMA-13的级配设计曲线在规范的上下限值之间，接近于规范中值，无超限状况出现，在部分筛孔通过率略高于规范中值。采用级配条件下的最佳油石比为6.3%。SMA-13的具体级配组成如下图1所示。
1.3 制备方法
隔热沥青混合料的制备主要采用替代集料的方法，即将热阻改性剂替代相应粒径的集料或矿粉进行沥青混合料的制备。隔热沥青混合料的具体制备流程如图2所示。
2 隔热沥青混凝土性能研究
2.1 隔热沥青混凝土隔热性能
采用设计级配及最佳油石比成型标准尺寸车辙板（30cm×30cm×5cm），在车辙板试件底部切割直径为1 cm，高度为0.3 cm的圆柱形小孔，在孔内镶嵌温度传感器探头，并采用细质冷补料填补，待试件强度形成后放置于氙弧灯耐候试验箱内（两盏氙弧灯，强度为10 W/m2）进行隔热性能测试。测试起始温度选定为25 ℃，测试时间选为4 h，每半小时对试件的表面底部温度进行读取，并对数据进行处理。对照试件为未掺入热阻改性剂的车辙板试件。隔热性能测试结果如图3所示。 由图3分析可知，在4 h的测试过程中，随着照射时间的逐渐延长，试验试件底部温度逐渐上升，隔热沥青混合料试件和普通沥青混合料试件底部温度上升变化趋势基本一致;在试件温度上升过程中，隨着照射时间的延长，隔热沥青混合料试件的隔热性能呈现出先升高后下降的趋势，在2.5 h时隔热性能达到峰值，具体为5.9 ℃，当照射时间大于2.5 h时，隔热降温性能逐渐下降，隔热性能变化趋势近似于三次多项式。
隔热降温性能的变化趋势呈现出先升高后下降的趋势，这主要是由于在照射初期热量的传输仅在试件的上半部分，隔热改性剂能够对热量形成明显的热阻隔离层，从而保证了隔热降温性能的良好发挥;但随着照射试件时间的逐渐延长，热量的堆积逐渐造成热量突破热阻层，进入到试件的底部，因此隔热降温效果出现了一定程度的下降。
2.2 隔热沥青混凝土路用性能
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），采用隔热沥青混合料及普通沥青混合料制成相应的试验试件，分别进行高温稳定性试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验及低温小梁试验，全面评价隔热沥青混合料的高温、低温及水稳性能等路用性能。路用性能试验结果主要如表6所示。
由表6分析可知，隔热沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性均能够满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的相关要求，同时，隔热沥青混合料的各项路用性能与未掺入热阻改性剂的普通沥青混合料基本一致，这表明热阻改性剂对于沥青混合料路用性能影响较小，可忽略不计。
3 结 语
（1）随着太阳光照时间的延长，隔热沥青混合料试件的隔热性能呈现出先升高后下降的趋势，在2.5 h的测温节点隔热沥青混凝土的隔热性能达到峰值，具体为5.9 ℃。
（2）随着光照时间的逐渐延长，热量的堆积导致其突破沥青混凝土热阻层，传递进入沥青混凝土底部，在一定程度上造成了隔热沥青混凝土隔热降温功效的下降。
（3）隔热改性材料的掺入并未对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性等路用性能造成不良影响，相应的测试结果均能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求。
参考文献：
[1]徐希娟，李晓娟，周新锋.基于高温性能的轮胎橡胶粉沥青结合料适用性研究[J]. 筑路机械与施工机械化，2016，33（9）：62-64.
[2]白雪，贾秦龙. 高速公路沥青路面病害分析及处治维修[J].筑路机械与施工机械化，2016，33（9）：76-79.
[3]栗培龙，张争奇，王秉纲. 基于AMPT的沥青混合料的黏弹性动态响应特性[J].公路交通科技，2016，33（1）：1-6.
[4]Zhang B， Chi S P. Use of Furnace Bottom Ash for producing lightweight aggregate concrete with thermal insulation properties[J]. Journal of Cleaner Production， 2015， 99：94-100.
[5]陈兵，王菁. MPC-EPS轻质混凝土性能试验研究[J].建筑材料学报，2009，12（6）：650-655.
[6]吕振北，段延红，韩之栋，等. 降低沥青混凝土路面储热量措施对比研究[J].公路，2012（6）：128-131.
[7]雷雨滋，郑南翔，纪小平. 热阻沥青混合料的降温效果及路用性能评价[J].武汉理工大学学报，2013，35（11）：68-72.
[8]宋文佳.温拌沥青及其混合料性能研究及微观表征[J].当代化工，2018，47（4）：727-730.
[9]时建刚，陈仕周，王良艳. 钢桥面浇注式沥青混凝土铺装层隔热性能研究[J].中外公路，2009，29（3）：245-247.
[10]Liu Y， Zhang Y， Wang W， et al. Mechanical properties of thermal insulation concrete with a high volume of glazed hollow beads[J]. Magazine of Concrete Research， 2015， 67（13）：1-14.
[11]Zhang Z， Provis J L， Reid A， et al. Mechanical， thermal insulation， thermal resistance and acoustic absorption properties of geopolymer foam concrete[J]. Cement & Concrete Composites， 2015， 62：97-105.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15298667.htm
