納米高嶺土對(duì)瀝青路面溫敏性的影響實(shí)驗(yàn)

陳昊，旺久，王亞萍

西藏大學(xué) 工學(xué)院，西藏拉薩，850000

0 引言

凍土是高原地區(qū)特有的一種生態(tài)資源，但凍土循環(huán)凍融導(dǎo)致的路基病害卻是西藏等高原地區(qū)道路的主要病害，高原地區(qū)日暖夜寒的天氣特點(diǎn)極易造成凍土層的熱脹冷縮，從而造成路基嚴(yán)重傾斜，形成“起伏”的道路路況以及路面開裂，嚴(yán)重影響交通通行及行車安全。通過大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和理論分析，公路工程人員采用了多種工程措施以維持凍土的穩(wěn)定性，如通風(fēng)管、熱棒、柔性路面等，保證路基不會(huì)發(fā)生較大變形，以期從本質(zhì)上解決西藏地區(qū)道路存在的凍土循環(huán)凍融問題，然而效果并不理想。而隨著西藏地區(qū)地高速發(fā)展，對(duì)于道路設(shè)施的相關(guān)要求也越來越高，因此解決凍土循環(huán)凍融已迫在眉睫。長(zhǎng)期以來，為了保護(hù)凍土的這種循環(huán)凍融，人們從材料、施工、結(jié)構(gòu)等各方面入手，應(yīng)用了大量富有創(chuàng)新且卓有成效的舉措，本文就面層基質(zhì)材料的溫敏性改性進(jìn)行探究，以期在保護(hù)凍土這一特有生態(tài)資源的前提下，尋找解決凍土循環(huán)病害的新方向。

1 材料

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)的基質(zhì)瀝青是由G109安多段養(yǎng)護(hù)站提供的AC-13基質(zhì)瀝青，改性劑采用10000目納米級(jí)高嶺土將基質(zhì)瀝青與不同摻量的納米高嶺土混合并制成瀝青膠漿[1]。

1.2 試樣制備

將納米高嶺土放置在烘箱中做干燥處理，然后稱取6組適量的基質(zhì)瀝青于盛樣容器中，將瀝青緩慢加熱至140℃，恒溫約1h，直至瀝青成流動(dòng)狀態(tài)后，立即加入瀝青質(zhì)量的3%、5%、7%、9%、11%高嶺土于相應(yīng)的基質(zhì)瀝青盛樣容器中，機(jī)械攪拌15~20min，使納米高嶺土分散溶解。利用上述的納米高嶺土改性瀝青分別制作出AC-13混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，采用鉆孔埋植溫度傳感器獲取試件不同深度處的溫度并對(duì)其導(dǎo)熱性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析[2]。

1.3 制作隔熱罩

用紙盒圍成一上下中空、四面圍繞的正方體，用隔熱石棉布進(jìn)行覆蓋，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)用該立方體包圍加熱或降溫實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)塊，形成隔熱罩，排除溫度逸散及風(fēng)力的影響，且將實(shí)驗(yàn)儀器置于室內(nèi)，避免太陽(yáng)光照射等外部溫度影響，見圖1。

2 納米高嶺土改性瀝青導(dǎo)熱性實(shí)驗(yàn)

2.1 恒溫加熱臺(tái)加熱實(shí)驗(yàn)

將實(shí)驗(yàn)環(huán)境置于室內(nèi)，量取外界環(huán)境溫濕度數(shù)值，選擇溫濕度無變化或變化較小的時(shí)間段開展實(shí)驗(yàn)，避免太陽(yáng)光照射、空氣溫濕度變化等外部影響因素，設(shè)置15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的加溫間隔區(qū)間，將恒溫加熱臺(tái)調(diào)至區(qū)間起始溫度15℃并待設(shè)備達(dá)到并維持所需溫度后將5種不同摻量的改性瀝青混合料塊及對(duì)照組基質(zhì)瀝青料擊實(shí)塊放于表面加熱，用模擬的隔溫室圍繞恒溫加熱臺(tái)，排除溫度逸散及風(fēng)力的影響，每2min讀取一次溫度傳感器數(shù)據(jù)，分別記錄2cm、4cm處的溫度變化，在15℃下重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，將所得數(shù)據(jù)求取平均值并進(jìn)行記錄，重復(fù)該步驟，分別實(shí)驗(yàn)并得出2cm、4cm處其他設(shè)定溫度區(qū)間內(nèi)各種溫度下的變化[3]，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2。

本實(shí)驗(yàn)分別選取納米高嶺土摻量為0%、3%、5%、7%、9%、11%的瀝青混合料，探究它們的加熱傳導(dǎo)性能，得出2cm與4cm處15℃、20℃、25℃、30℃、35℃等溫度下實(shí)驗(yàn)塊隨時(shí)間的溫度變化，以25℃為例，見表1。

表1 納米高嶺土改性瀝青混合料加熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 炒酸奶機(jī)恒溫冷卻實(shí)驗(yàn)

將實(shí)驗(yàn)環(huán)境置于室內(nèi)，量取外界環(huán)境溫濕度數(shù)值，選擇溫濕度無變化或變化較小的時(shí)間段開展實(shí)驗(yàn)，避免太陽(yáng)光照射、空氣溫濕度變化等外部影響因素，設(shè)置0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃降溫間隔區(qū)間，將炒酸奶機(jī)調(diào)至區(qū)間起始溫度0℃并待設(shè)備達(dá)到并維持所需溫度后將5種不同摻量的改性瀝青混合料塊及對(duì)照組基質(zhì)瀝青料擊實(shí)塊放于表面降溫[4]，用模擬的隔溫室圍繞恒溫加熱臺(tái)，排除溫度逸散及風(fēng)力的影響，每2min讀取一次溫度傳感器數(shù)據(jù)，分別記錄2cm、4cm處的溫度變化，在0℃下重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，將所得數(shù)據(jù)求取平均值并進(jìn)行記錄，重復(fù)該步驟，分別實(shí)驗(yàn)并得出2cm、4cm處其他設(shè)定溫度區(qū)間內(nèi)各種溫度下的溫度變化，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3。

本實(shí)驗(yàn)分別選取納米高嶺土摻量為0%、3%、5%、7%、9%、11%的瀝青混合料，探究它們的降溫傳導(dǎo)性能，得出2cm與4cm處-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃等溫度下實(shí)驗(yàn)塊隨時(shí)間的溫度變化，以-5℃為例，見表2。

表2 納米高嶺土改性瀝青混合料降溫傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)分別選取納米高嶺土摻量為0%、3%、5%、7%、9%、11%的瀝青混合料進(jìn)行恒溫加熱臺(tái)加熱實(shí)驗(yàn)與炒酸奶機(jī)低溫冷卻實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)得出2cm與4cm處各實(shí)驗(yàn)溫度下的溫度曲線，通過曲線的橫向?qū)Ρ龋笾碌贸?cm與4cm處不同溫度下改變?yōu)r青溫敏性較好的納米高嶺土摻量，進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)[5]，如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

①由熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)可知納米高嶺土對(duì)于瀝青熱傳導(dǎo)性能具有影響，說明將納米高嶺土作為改性劑加入，使得瀝青混合料的溫度敏感性發(fā)生了變化。②由概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知納米高嶺土摻量為7%時(shí)納米高嶺土改性瀝青的溫敏性相對(duì)較優(yōu)。③納米高嶺土改性劑的加入提高了瀝青在高寒高海拔路段的路用性能，為該方面的研究提供了一個(gè)新的方向。