改性水庫淤泥對多孔瀝青混合料水穩定性的影響

趙志帥

(中鐵十二局集團股份有限公司一公司，陜西 西安　710038)

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改性水庫淤泥對多孔瀝青混合料水穩定性的影響

趙志帥

(中鐵十二局集團股份有限公司一公司，陜西 西安710038)

摘要：對水庫淤泥進行改性，通過改性水庫淤泥的憎水特性，改善排水級配受水分侵害的影響。將其作為填充料添加于排水性瀝青混凝土中，并分別與石粉、水泥等填充料制作成的馬歇爾試件進行性能試驗與分析。

關鍵詞：改性水庫淤泥；多孔瀝青混合料；水穩定性；資源利用

1材料及研究方法

1.1水庫淤泥

本研究試驗所采用的水庫淤泥來自三峽水庫。由三峽水庫淤泥砂的特性分析得知，其平均含水量約在35%至100%之間，孔隙比則介于0.9%至2.5%間。其物理特性及土壤成分組成如表1。

表1　水庫淤泥的物理特性

1.2水庫淤泥改性方法

于常溫下在水庫淤泥中加水稀釋，根據水庫淤泥的陽離子當量加入陽離子界面活性劑(正十二胺)進行陽離子交換取代。去除改性后的水庫淤泥中的水分并進行研磨，將去除水分后的水庫淤泥研磨成較小粒徑從而制成具有憎水特性的防水粒料。

1.3水庫淤泥改性原理

1.4研究方法

本研究所采用的級配為日本排水性鋪裝技術指針(案)中最大公稱粒徑19 mm的級配，搭配高黏度改性瀝青與0.4%的木質纖維含量，添加不同填充料(石粉、改性水庫淤泥、水泥)于排水性瀝青混凝土中，依據所建議的配比設計法求出排水性瀝青混凝土最佳瀝青含量，制作試件進行相關試驗。

2試驗結果與討論

2.1排水性瀝青混凝土配比設計結果

研究采用日本道路協會《排水性鋪裝技術指針(案)》所建議的配比設計方法，求出最佳瀝青含量為5.1%，并依據最佳瀝青含量制作成馬歇爾試件進行配比設計結果檢驗，判定是否合乎規范要求，結果如表2所示。

表2　排水性瀝青混凝土的結果檢驗

2.2動態模量試驗結果

參考Baoshan Huang等人的研究方法采用浸水前后動態模量比試驗評價水敏感性。圖1和圖2分別顯示了25 ℃下的動態模量及浸水前后含不同礦物填料的HMA混合料動態模量之比。從圖1可以看出，水泥與石粉的試驗值大于改性水庫淤泥，顯示此兩種材料在抗變形與強度上比改性水庫淤泥佳，但改性水庫淤泥的動態模量在強度上仍可接受。水泥的動態模量大于石粉，這是因為它與瀝青膠漿形成的“結構瀝青”瀝青膜厚度略薄，使得“結構瀝青”與礦質顆粒之間粘結更加牢固，強度也較高。至于改性水庫淤泥在此試驗結果上較差的原因，推測為改性淤泥強度較弱，在內聚力上已低于其他兩種填充料，即便其親油性能與瀝青契合度提高，但在強度上比起水泥與石粉則表現稍差。從圖2可以看出，采用水庫淤泥及水泥的混合料的動態模量比明顯高于采用石粉的動態模量比，表明這些試樣經水作用后受到的損害較小。根據動態模量比，混合料的水穩定性的排序為：水庫淤泥混合料>水泥混合料>石粉混合料。

圖1　25 ℃下的動態模量

圖2　在25 ℃下的動態模量比

2.3不同天數殘余強度試驗結果

(1)不同浸泡天數的間接抗拉強度影響

如圖3試驗結果所示，石粉比起其他兩種填充料在第0 d未受水侵害的間接抗拉強度值最大。經過一天浸泡后，三種填充料的數值反而趨近于0.6 MPa左右，此時改性水庫淤泥與水泥的間接抗拉強度相似，而石粉降低的強度值最多，約減少0.16 MPa，但改性水庫淤泥的衰減程度已慢慢降低，而石粉則與水泥以相似的衰弱程度持續減少強度，直至第3 d后兩者才漸漸趨于平緩。然而隨著浸泡時間至5~10 d之后，石粉又降低約0.12 MPa，其強度值經由長時間的水侵害后呈現最低，為抵抗力較差的填充料。而改性水庫淤泥與水泥在3~10 d的水侵害狀況，呈現平緩的趨勢，代表水侵害的影響已逐漸降低。比較結果之后，得知石粉雖然在未浸泡受水影響之前的間接抗拉強度最佳，但經過長期的水侵害影響后，性能則無法持續維持，而以改性水庫淤泥及水泥呈現較優的抗水侵害能力。

圖3　不同浸泡天數的間接抗拉強度試驗結果

(2)不同浸泡天數的殘余強度影響

本節所探討的殘余強度值(TSR)是借由試件經過不同天數浸泡后與未浸泡前的間接抗拉強度作為比值，得知瀝青混凝土因水侵害所造成的強度變化影響。由圖4可發現，三種填充料在第1 d的趨勢與上一節相同，除了符合規范值之外，數據上幾乎沒有差異，可視為相同的抗水侵害能力。但在第3 d時，改性水庫淤泥下降到75.68%，明顯優于其他兩者，在結果上仍保有一定的強度。至3~5 d時，石粉則幾乎沒有任何減弱，維持在66%左右，而改性水庫淤泥與水泥雖然持續降低，但趨勢已經漸漸平緩。直至第10 d，水分的影響力對改性水庫淤

橋梁工程

泥與水泥已經減弱，但石粉的強度卻減低至52.40%，可以明顯看出弱化程度最大。

結果顯示，三種填充料在浸泡一天后都呈現較大的變化，水泥則至第3 d才呈現平緩趨勢。就TSR值而言，隨著浸泡天數越長，改性水庫淤泥與其他兩者的差異越顯著，在第10 d仍保有60%以上的強度值，抗水侵害的能力最佳。

圖4　不同浸泡天數的殘余強度試驗結果

3結論

(1)填充料種類的不同對透水能力沒有造成顯著影響，石粉、改性水庫淤泥與水泥于相同試驗條件下，并無隨著填充料種類的改變而產生透水能力上的差異，影響透水性能好壞主要因素還是由設計的級配所決定。

(2)根據浸水前后動態模量比，混合料的水穩定性的排序為：水庫淤泥混合料>水泥混合料>石粉混合料。改性水庫淤泥于殘余強度試驗中，除了第1 d與石粉、水泥抗水損害能力相同之外，隨著浸泡天數漸漸拉長，與其他兩者的差異也越來越大，不但性能較佳且受水侵害的影響已趨于緩和，于試驗第10 d仍維持強度60%以上，顯示其在抗水侵害能力上優于其他兩者。

(3)將水庫淤泥用于瀝青混合料具有顯著的經濟效益。

參考文獻：

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Effect of modified reservoir silt on the water sensitivity of porous asphalt mixture

ZHAO Zhi-shuai

(The Twelveth Bureau of China Railway Group Co., Ltd.,the First Company，Xi′an,Shanxi 710038,China)

Abstract:This article is about modifying reservoir silt and decreasing the infringement of water to grading of drainage water through modifying hydrophobic properties of reservoir silt .Specimen strength of the modified reservoir silt is slightly weaker than which adding specimens strength of mineral powder and cement.

Keywords:modified reservoir silt; porous asphalt mixture; water sensitivity; resource utilization

中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0061-02

作者簡介：趙志帥(1982-)，男，河北唐山人，工程師，主要從事路基路面施工研究。

收稿日期：2015-10-25