溫拌瀝青混合料的可壓實(shí)性及路用性能研究

趙 普，高云龍，李 明

（1.深圳海川新材料科技股份有限公司，廣東 深圳518040；2.深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司，廣東 深圳518040）

溫拌瀝青混合料的可壓實(shí)性及路用性能研究

趙 普1,2，高云龍1，李 明1

（1.深圳海川新材料科技股份有限公司，廣東 深圳518040；2.深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司，廣東 深圳518040）

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)，研究了溫拌劑對(duì)瀝青混合料壓實(shí)效果的影響。研究表明：在達(dá)到相同的壓實(shí)效果前提下，溫拌瀝青混合料能夠顯著降低瀝青與石料拌合溫度及成型溫度，降溫幅度約25℃度左右；采用短期烘箱養(yǎng)生老化對(duì)2 h與4 h短期養(yǎng)生進(jìn)行研究；并與普通熱拌瀝青混合料相比，對(duì)其瀝青混合料的路用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。不僅攤鋪溫度、拌合溫度可降低25℃左右，同時(shí)還具有與普通熱拌瀝青混合料相同甚至更好的路用性能。

溫拌瀝青混合料；壓實(shí)效果；短期烘箱養(yǎng)生；路用性能

0 引言

溫拌瀝青屬于低碳環(huán)保技術(shù)[1]，能夠有效地降低瀝青與石料的拌合溫度，減少CO2及有害氣體的排放，降低燃油消耗，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

現(xiàn)有的溫拌技術(shù)[2-4]主要分為：（1）有機(jī)降粘型溫拌技術(shù)，使用有機(jī)降粘劑，降低熱瀝青拌和時(shí)的粘度，以蠟或蠟狀物為主；（2）發(fā)泡瀝青降粘溫拌技術(shù)，通過(guò)水或有機(jī)發(fā)泡劑發(fā)泡瀝青來(lái)降低瀝青的粘度；（3）基于表面活性的溫拌技術(shù)，利用表面活性劑改善瀝青與礦料界面實(shí)現(xiàn)溫拌目的。

該項(xiàng)試驗(yàn)研究的有機(jī)復(fù)合溫拌瀝青混合料是采用有機(jī)降黏溫拌技術(shù)，通過(guò)有機(jī)復(fù)合改性劑有效地降低瀝青拌合的黏度，在降低溫度的同時(shí)達(dá)到較好的壓實(shí)效果，此外還對(duì)有機(jī)復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青采用重交埃索70號(hào)石油瀝青，瀝青膠結(jié)料的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1所列，采用的集料為廣東產(chǎn)輝綠巖，材料性質(zhì)見(jiàn)表2所列。原材料的技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）、《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）相關(guān)要求。

溫拌劑采用自制的溫拌改性劑，主要成分為：由酰胺類(lèi)化合物與表面活性劑復(fù)合而成，溫拌劑的熔點(diǎn)為100℃，其中溫拌劑的添加量為瀝青的3%。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果一覽表

表2 集料的技術(shù)指標(biāo)一覽表

1.2 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

該項(xiàng)試驗(yàn)研究采用設(shè)計(jì)級(jí)配為AC-13型。AC-13型配合比與AC-13型級(jí)配曲線(xiàn)圖見(jiàn)表3所列和圖1所示。

表3 礦料混合料組成配合比一覽表

圖1 AC-13型合成級(jí)配曲線(xiàn)圖

1.3 最佳瀝青用量確定

該項(xiàng)試驗(yàn)研究針對(duì)溫拌瀝青混合料及熱拌瀝青混合料分別確定最佳瀝青用量,確定最佳瀝青用量主要通過(guò)有馬歇爾穩(wěn)定度、流值、空隙率和瀝青飽和度進(jìn)行控制。按照規(guī)范要求，經(jīng)試驗(yàn)得出熱拌瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.3%，溫拌瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.4%。

1.4 溫拌瀝青混合料拌合工藝

該項(xiàng)試驗(yàn)研究采用干拌拌合工藝，即：集料加入拌合鍋，再加入瀝青，把溫拌劑均勻撒在瀝青的表面拌合120～150 s，加入礦粉拌合90 s，出鍋成型。

2 溫拌瀝青混合料降溫效果評(píng)價(jià)

該項(xiàng)試驗(yàn)研究通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)的各組平均空隙率來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的壓實(shí)情況。根據(jù)與熱拌瀝青混合料對(duì)比，以達(dá)到熱拌相同的空隙率時(shí)確定溫拌瀝青混合料的最佳拌合溫度，評(píng)價(jià)溫拌瀝青混合料的降溫效果，見(jiàn)表4及表5所列。

表4 瀝青混合料溫度控制一覽表 ℃

表5 瀝青混合料平均空隙率一覽表 %

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，表中組別5在溫度降低25℃時(shí)，溫拌瀝青混合料的空隙率與熱拌瀝青混合料的空隙率基本持平，滿(mǎn)足交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 860.6-2016《瀝青混合料添加劑-溫拌劑》[5]中的技術(shù)要求。即在達(dá)到相同的壓實(shí)效果前提下，溫拌瀝青混合料能夠顯著降低瀝青與石料拌合溫度及成型溫度，降溫幅度約25℃度左右。當(dāng)溫度高于110℃有機(jī)復(fù)合溫拌劑溶解瀝青中，在瀝青表面形成潤(rùn)滑薄膜，降低礦料粘結(jié)所需的表面能，提高瀝青與礦料的和易性。此外，有機(jī)復(fù)合溫拌劑中含有大量的-C=O、-OH、-NH基團(tuán)，它們能與瀝青中的-OH、-NH2等官能團(tuán)形成氫鍵[6]，而有機(jī)復(fù)合溫拌劑的非極性長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)伸展在外延，由于非極性結(jié)構(gòu)的相互排斥作用，有機(jī)復(fù)合溫拌劑的加入對(duì)溫拌瀝青中瀝青質(zhì)或膠質(zhì)起分散作用，從而可以降低溫拌瀝青的黏度。同時(shí)，由于存在胺的成分，有機(jī)復(fù)合溫拌劑還可以增強(qiáng)瀝青與集料粘附性能，從而可以改善瀝青的流動(dòng)性能及粘附性能，也可相應(yīng)地提高了溫拌瀝青的高溫性能。實(shí)現(xiàn)在較低的溫度條件下拌合、壓實(shí)，也可達(dá)到普通熱拌的壓實(shí)效果。

3 瀝青混合料的短期老化研究

針對(duì)溫拌瀝青混合料進(jìn)行短期老化研究以模擬溫拌瀝青混合料在施工過(guò)程中發(fā)生吸收和老化，該項(xiàng)試驗(yàn)研究采用短期烘箱養(yǎng)生來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的短期老化行為。

該項(xiàng)試驗(yàn)研究選擇溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度為短期烘箱養(yǎng)生溫度，養(yǎng)生時(shí)間為2 h和4 h，然后成型馬歇爾測(cè)定最大理論密度及相關(guān)體積指標(biāo)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表6所列。

不同養(yǎng)生時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

通過(guò)表6及圖2可以得出，溫拌瀝青混合料在短期養(yǎng)生2 h，4 h后最大理論密度都略有增加，但變化不大，空隙率也基本一致，表明在施工時(shí)溫拌瀝青混合料經(jīng)長(zhǎng)距離運(yùn)輸保溫后，溫拌瀝青混合料仍具有較好施工性能。

表6 溫拌瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果一覽表

圖2 不同養(yǎng)生時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)圖

4 瀝青混合料的路用性能評(píng)價(jià)

分別對(duì)比評(píng)價(jià)熱拌瀝青混和料與溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及低溫抗裂性能。

4.1 高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

高溫穩(wěn)定性是瀝青混合料的重要路用性能，它是指瀝青混合料抵抗高溫條件移動(dòng)荷載反復(fù)作用產(chǎn)生變形的能力。按照試驗(yàn)規(guī)程[6]T0719-2000方法對(duì)瀝青混合料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，該項(xiàng)試驗(yàn)采用60℃車(chē)轍試驗(yàn)用動(dòng)穩(wěn)定度DS來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7所列。

由表7可知，有機(jī)復(fù)合溫拌瀝青混合料較普通熱拌瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度顯著增加，說(shuō)明有機(jī)復(fù)合溫拌劑能夠明顯改善瀝青混合料高溫性能。有機(jī)復(fù)合溫拌劑在降低瀝青高溫粘度，也增加其低溫時(shí)粘度，增強(qiáng)瀝青與礦料之間的粘附性，有效提高混合料的抗車(chē)轍能力。

4.2 水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

該項(xiàng)試驗(yàn)采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8所列和圖3所示。

表8 瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果一覽表

圖3 瀝青混合料水穩(wěn)定性對(duì)比評(píng)價(jià)柱狀圖

由表8及圖3分析，有機(jī)復(fù)合溫拌瀝青混合料較普通熱拌瀝青混合料殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度比都有較明顯提高，說(shuō)明有機(jī)復(fù)合溫拌劑的加入瀝青混合料水穩(wěn)定性也有較好的改善作用。

4.3 低溫抗裂評(píng)價(jià)

按照試驗(yàn)規(guī)程[6]T0728-2000方法對(duì)瀝青混合料進(jìn)行彎曲蠕變?cè)囼?yàn)，小梁低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9所列。

表9 瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果一覽表

彎曲破壞應(yīng)變主要反映了瀝青混合料在低溫下的變形能力，彎曲破壞應(yīng)變?cè)酱?，其低溫變形能力越?qiáng)。從表9可以看出，溫拌瀝青混合料破壞應(yīng)變略低于熱拌瀝青混合料破壞應(yīng)變，相差數(shù)值很小，故溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性能與熱拌瀝青混合料基本持平。

5 結(jié)論

通過(guò)考察有機(jī)復(fù)合溫拌劑對(duì)瀝青混合料壓實(shí)效果及路用性能的影響得出以下結(jié)論：

（1）在達(dá)到相同的壓實(shí)效果前提下，溫拌劑能夠顯著降低瀝青與石料拌合溫度及成型溫度，降溫幅度約25℃。

（2）溫拌瀝青混合料經(jīng)短期烘箱養(yǎng)生4 h后其混合料各項(xiàng)性能仍較好。

（3）溫拌劑對(duì)瀝青混合料的高溫性能及水穩(wěn)定性能有較明顯的改善作用，且低溫性能與熱拌瀝青混合料基本持平。

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[5]JT/T 860.6-2016，瀝青混合料添加劑-第6部分:溫拌劑[S].

[6]JTG E20-2011，公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

U416.217

A

1009-7716（2017）04-0187-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.055

2017-01-17

趙普（1987-），男，河北邯鄲人，碩士研究生，工程師，從事路用材料試驗(yàn)研究及應(yīng)用方面的工作。