新型溫拌劑降溫效果評(píng)價(jià)

朱 晶

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430051)

新型溫拌劑降溫效果評(píng)價(jià)

朱 晶

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430051)

采用密度作為衡量溫拌瀝青混合料壓實(shí)效果的指標(biāo)，通過(guò)溫拌瀝青混合料與普通瀝青混合料的密度比較來(lái)確定最佳壓實(shí)溫度，在此溫度下制作瀝青混合料試件，并評(píng)價(jià)其路用性能，試驗(yàn)結(jié)果表明：添加自行研制溫拌降粘材料的瀝青混合料的路用性能與普通熱拌瀝青混合料相當(dāng)，但壓實(shí)溫度與普通熱拌瀝青混合料相比最多可以降低45 ℃。

道路工程，溫拌瀝青混合料，降溫效果，密度

0 引言

溫拌瀝青混合料(WMA)相比熱拌瀝青混合料(HMA)不僅具有減少能源消耗、大氣污染等優(yōu)點(diǎn)而且其路用性能與HMA相當(dāng)甚至更好。因WMA有許多熱拌瀝青混合料不具備的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊，然而WMA相關(guān)理論并不十分成熟，許多問(wèn)題有待深入研究。目前，確定WMA的拌合與壓實(shí)溫度沒(méi)有一個(gè)科學(xué)、有效的方法，因此，如何評(píng)價(jià)溫拌劑降溫效果及降溫后混合料路用性能是一個(gè)值得深入研究的課題。

一般地，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，WMA的拌合與壓實(shí)溫度比HMA低30 ℃左右，其路用性能與普通熱拌瀝青混合料相當(dāng)[1]。由于我國(guó)引進(jìn)WMA技術(shù)時(shí)間較短，相關(guān)理論不完善。雖然不少學(xué)者對(duì)WMA的拌合與壓實(shí)溫度進(jìn)行了研究[2-5]，但多數(shù)是針對(duì)添加某種溫拌劑的混合料而言，是否適用其他的溫拌添加劑尤其是自行研發(fā)的溫拌劑有待研究。為此，本文用密度作為衡量壓實(shí)效果指標(biāo)，通過(guò)比較HMA和添加自行研制的溫拌劑后瀝青混合料的密度有無(wú)顯著差異來(lái)確定壓實(shí)溫度，并通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定其路用性能來(lái)評(píng)價(jià)溫拌劑的降溫效果。

1 試驗(yàn)用材料

1.1 瀝青及礦料

試驗(yàn)采用SK70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定均嚴(yán)格按照J(rèn)TG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[6]的要求及規(guī)定的步驟進(jìn)行；粗集料為玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉為石灰?guī)r礦粉，對(duì)所采用集料與礦粉分別進(jìn)行主要指標(biāo)的測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定均按照J(rèn)TG E42—2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[7]的要求及規(guī)定的步驟進(jìn)行，檢驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[8]規(guī)定的要求。

1.2 溫拌劑

溫拌降粘材料是通過(guò)費(fèi)托工藝煤煉油過(guò)程中的提取物經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的化學(xué)分離技術(shù)室內(nèi)試制而得。通過(guò)將一定量的樣品添加到瀝青中，進(jìn)行溫拌改性瀝青的基本性能試驗(yàn)，以及對(duì)摻加樣品的溫拌改性瀝青進(jìn)行SHRP性能檢測(cè)，并與摻Sasobit的瀝青進(jìn)行對(duì)比，從而判斷溫拌降粘材料是否有降低瀝青粘度以及改善瀝青性能的作用。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得到了3種溫拌降粘材料(簡(jiǎn)稱為A，B，C)摻量為瀝青含量3%時(shí)，對(duì)瀝青性能的改進(jìn)基本能夠達(dá)到摻溫拌劑Sasobit的效果，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

將A，B，C這三種溫拌降粘材料與試驗(yàn)用的SK70號(hào)瀝青復(fù)合，對(duì)溫拌降粘材料在瀝青中是否存在較大的性能差異來(lái)進(jìn)行性能驗(yàn)證，最終綜合改性瀝青的性能數(shù)據(jù)來(lái)選取溫拌降粘材料，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)溫拌降粘材料與SK70號(hào)瀝青復(fù)合后的性能數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出：溫拌降粘材料起到降低瀝青粘度并改善瀝青性能的效果；A和B均能在一定程度上降低原樣瀝青的粘度、針入度，并且提高其軟化點(diǎn)，相比較而言A具有較好的熱穩(wěn)定性；而對(duì)于樣品C，其加工工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高，但溫拌瀝青的性能并未得到明顯提高。因此，本文采用降粘材料A進(jìn)行后續(xù)相關(guān)試驗(yàn)。

表1 溫拌降粘材料A，B和C的理化指標(biāo)

表2 溫拌劑與SK70號(hào)復(fù)合后瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

1.3 礦料級(jí)配

為避免礦料級(jí)配組成差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，本試驗(yàn)中將集料逐漸篩分，級(jí)配采用AC-13型瀝青混合料級(jí)配中值，級(jí)配組成列于表3。

表3 試驗(yàn)用AC-13的級(jí)配組成

2 溫拌瀝青混合料拌合與壓實(shí)溫度

HMA是根據(jù)粘溫曲線上對(duì)應(yīng)粘度范圍為(0.17±0.02)Pa·s和(0.28±0.03)Pa·s時(shí)的溫度來(lái)確定拌合與壓實(shí)溫度[8]，而已有研究表明用等粘原則確定WMA的拌合與壓實(shí)溫度低估了溫拌劑的降溫效果[2]。本文采用密度作為衡量壓實(shí)效果的指標(biāo)，以HMA的密度作為參考值，與不同溫度下WMA的密度相比較，將兩者密度相等或相近的那個(gè)最低溫度作為WMA的壓實(shí)溫度下限，并在此溫度下成型試件測(cè)定其路用性能。

因此，首先根據(jù)普通瀝青的粘溫曲線確定的拌和溫度和壓實(shí)成型溫度上下限分別作壓實(shí)試驗(yàn)，測(cè)定普通瀝青混合料的密度，以此密度為參考值；然后以溫拌瀝青的拌和和壓實(shí)成型溫度范圍的上限作壓實(shí)試驗(yàn)，與普通瀝青混合料的密度相比較，如密度無(wú)顯著差異，調(diào)整拌和與壓實(shí)成型溫度(降低溫度以5 ℃～10 ℃為間隔點(diǎn))，再比較瀝青混合料密度是否有顯著差異，如無(wú)顯著差異，重復(fù)前面的試驗(yàn)，直至密度有顯著差異為止。由于試驗(yàn)需對(duì)試件成型溫度準(zhǔn)確控制，因此，混合料拌合之后放入恒溫箱養(yǎng)護(hù)2 h后成型試件，并在成型時(shí)控制溫度在所需達(dá)到的溫度±2 ℃范圍內(nèi)。

關(guān)于壓實(shí)瀝青混合料密度測(cè)試的精密度，規(guī)范[6]規(guī)定試件毛體積密度試驗(yàn)重復(fù)性的允許誤差為0.020 g/cm3，試件毛體積相對(duì)密度試驗(yàn)重復(fù)性的允許誤差為0.020。因此，本課題在判斷兩個(gè)密度有無(wú)顯著差異時(shí)，以重復(fù)性0.020 g/cm3作為判斷密度有無(wú)顯著差異的標(biāo)準(zhǔn)。

采用馬歇爾擊實(shí)方法成型試件，最佳油石比為4.2%，溫拌劑A摻量為瀝青含量的3%，根據(jù)粘溫曲線確定SK70號(hào)瀝青的拌合溫度與壓實(shí)溫度的中值分別為155 ℃和145 ℃。通過(guò)不同溫度下WMA與HMA的表觀密度差異來(lái)確定拌和以及壓實(shí)溫度。當(dāng)拌和溫度降低到130 ℃以下后，為了保證混合料拌和均勻，后續(xù)的拌和溫度就不再降低，僅降低混合料的保溫溫度和壓實(shí)溫度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4中數(shù)據(jù)可知，摻加3%A降粘材料的溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度可降低至100 ℃，與普通瀝青混合料相比，其壓實(shí)溫度最多可降低45 ℃。

表4 WMA不同溫度下密度試驗(yàn)結(jié)果

3 溫拌瀝青混合料路用性能

在確定的WMA拌合和壓實(shí)成型溫度下，本文對(duì)油石比為4.2%的普通瀝青混合料、摻3%A降粘劑的WMA進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性相關(guān)試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)其路用性能。

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青是典型的粘—彈—塑性材料，瀝青混合料在高溫條件下或長(zhǎng)時(shí)間承受荷載作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生顯著的變形，容易產(chǎn)生車轍。通常用車轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 車轍試驗(yàn)結(jié)果 次/mm

試驗(yàn)結(jié)果表明，WMA的動(dòng)穩(wěn)定度滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的不小于1 000次/mm的要求。相比HMA，WMA的動(dòng)穩(wěn)定度大幅提高，提高了一倍左右。從車轍試驗(yàn)結(jié)果可以看出，摻加溫拌降粘材料可以很好的改善瀝青混合料的高溫性能，提高瀝青路面的高溫抗車轍能力。

3.2 低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫抗裂性通過(guò)低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)。低溫彎曲試驗(yàn)適用于測(cè)定瀝青混合料的破壞應(yīng)變，應(yīng)變?cè)酱螅蜏厝犴g性越好，抗裂性越好。瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 低溫彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果 με

從表6中試驗(yàn)結(jié)果可以看出，WMA的低溫彎曲破壞應(yīng)變滿足JTJ F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中不小于2 000 με的要求，其破壞應(yīng)變與HMA相差不大，即WMA的低溫抗裂性能與HMA基本相當(dāng)。

3.3 水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)兩種試驗(yàn)評(píng)價(jià)。浸水馬歇爾試驗(yàn)是測(cè)定混合料試件在受到水損壞前后的馬歇爾穩(wěn)定度，根據(jù)殘留穩(wěn)定度來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性。凍融劈裂試驗(yàn)適用于測(cè)定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的抗拉強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比，用于評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果 %

從表7可以看出，WMA的浸水馬歇爾試驗(yàn)其殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比均滿足JTJ F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的要求，其結(jié)果與HMA無(wú)顯著區(qū)別，WMA的抗水損害能力并沒(méi)有降低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，探討了自行研制的降粘材料A的降溫效果，并對(duì)其路用性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其結(jié)果表明：

1)降粘材料A能夠降低原樣瀝青的粘度、針入度，并提高瀝青的軟化點(diǎn)。

2)采用混合料密度作為衡量壓實(shí)效果的指標(biāo)，摻加3%A降粘材料的溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度可降低至100 ℃，與普通瀝青混合料相比，其壓實(shí)溫度最多可降低45 ℃。

3)通過(guò)車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的方法制備的溫拌瀝青混合料的路用性能，運(yùn)用密度指標(biāo)確定溫拌瀝青混合料的拌合與壓實(shí)溫度的方法是可行的，新型溫拌劑A能夠降低混合料的拌合與壓實(shí)溫度，起到節(jié)能、減排等作用。

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[8] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

The cooling effect evaluation of new type warm mix agent

Zhu Jing

(ChinaRailwayMajorBridgeObservationandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Wuhan430051,China)

This paper used the density as a measure index of the compaction effect of warm mix asphalt mixture, through the density comparison of warm mix asphalt mixture and common asphalt mixture to determine the optimal compaction temperature, based on this made asphalt mixture specimen, and evaluated its road performance, the experimental results showed that the road performance of asphalt mixture addition of self developed warm mix asphalt viscosity materials was correspond to common hot mix asphalt mixture, but the compaction temperature compared could reduce up to 45 degrees compared with the common hot mix asphalt mixture.

road engineering, warm mix asphalt mixture, cooling effect, density

2015-02-10

朱 晶(1981- )，女，工程師

1009-6825(2015)11-0103-03

TU528.042

A