溫拌瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量影響因素研究

黃美燕

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411101）

0 引言

目前，瀝青路面建設(shè)中大多采用的仍為傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料。熱拌瀝青混合料施工時(shí)，對(duì)于集料和瀝青的溫度要求較高。高溫施工時(shí)，產(chǎn)生的廢氣和粉塵不僅會(huì)給施工人員身體健康帶來巨大危害，也會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。為避免上述負(fù)面影響的產(chǎn)生，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于熱拌瀝青混合料開展了大量研究，并最終通過降低熱拌瀝青黏度的方式，研發(fā)出溫拌瀝青混合料，其施工溫度較熱拌瀝青混合料可降低30℃以上，極大地減少了粉塵產(chǎn)生和能源消耗。

溫拌瀝青混合料簡(jiǎn)稱WMA，制備方式主要包括Aspha-Min法、WAM-Foam法、添加低熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑法、基于表面活性技術(shù)等。本文所使用的方法為添加低熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑法，通過該方法制備的溫拌瀝青混合料在施工時(shí)的溫度介于冷拌瀝青混合料（100℃以下）和熱拌瀝青混合料（150～180℃）之間。

1 原材料及混合料設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1.1.1 瀝青與礦料

所選瀝青為性能良好SBS改性瀝青，集料為福建福鼎產(chǎn)玄武巖，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20—2011）和《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42—2005）對(duì)瀝青及集料的性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，均符合規(guī)范要求。

1.1.2 溫拌劑

所選溫拌劑為德國SasolWax研發(fā)的新型聚烯烴類溫拌劑（Sasobit），在受熱達(dá)到100℃時(shí)，會(huì)從白色或淡黃色顆粒變成液體，可以顯著降低瀝青黏度，提高流動(dòng)性。

1.2 混合料設(shè)計(jì)

所選級(jí)配為AC-13細(xì)型密級(jí)配，級(jí)配組成見表1。

表1 AC-13級(jí)配組成

按照上述級(jí)配，分別以3.85%、4.35%、4.85%，5.35%，5.85%五組不同的油石比，在135～150℃下拌和瀝青混合料，正反面各擊實(shí)75次制備馬歇爾試件，測(cè)定該溫拌瀝青混合料在不同油石比下的各項(xiàng)性能指標(biāo)，確定最佳瀝青用量。最終確定此次研究所用混合料最佳油石比為5.2%，并依據(jù)此結(jié)果，進(jìn)行溫拌瀝青混合料的路用性能研究。

2 壓實(shí)效果影響因素

瀝青混合料在高溫條件下具有一定的流動(dòng)性，在低溫條件下具有較大的堅(jiān)固性，是一種性能良好的熱塑性材料。在一定范圍內(nèi)，瀝青混合料的壓實(shí)度會(huì)隨溫度的升高而更容易被壓實(shí)，但由于瀝青混合料在施工時(shí)處于一個(gè)開放環(huán)境，外界溫度、下承層溫度、施工時(shí)的天氣條件等都會(huì)對(duì)施工造成重要影響。除此之外，混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)、集料形狀、碾壓速度、壓實(shí)遍數(shù)、壓路機(jī)的振幅、頻率等也直接影響了溫拌瀝青路面的壓實(shí)效果。

為確保WMA在拌和、施工后，壓實(shí)度可以滿足設(shè)計(jì)要求，較好地發(fā)揮其路用性能，本文依托南方某城市道路新建項(xiàng)目，著重對(duì)影響溫拌瀝青路面壓實(shí)效果的溫度、集料形狀、壓實(shí)機(jī)械、施工流程等幾方面進(jìn)行分析研究。

2.1 溫度

溫拌瀝青混合料在溫度較低時(shí)流動(dòng)性較小，瀝青膠漿勁度模量較大，不易壓實(shí)；當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)類似于熱拌瀝青混合料，產(chǎn)生較多的粉塵和廢氣，并且會(huì)使混合料向四周流動(dòng)，難以成型。通過室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定不同溫度下混合料壓實(shí)后的孔隙率，探究溫拌瀝青混合料的最佳壓實(shí)溫度。

此次室內(nèi)試驗(yàn)選用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的方法成型馬歇爾試件，試件直徑101.6mm，高63.5mm，待試件脫模養(yǎng)護(hù)后，測(cè)定該混合料的孔隙率和毛體積密度，結(jié)果見表2。

表2 在不同溫度下壓實(shí)度效果檢測(cè)記錄

根據(jù)表2看出，溫拌瀝青混合料在135～145℃時(shí)，壓實(shí)效果可以達(dá)到最佳。上述結(jié)果表明溫度從120℃到155℃，溫拌瀝青混合料的壓實(shí)度先變大后變??；當(dāng)溫度從120℃增大至140℃時(shí)，毛體積相對(duì)密度逐漸增大，孔隙率降低；當(dāng)溫度從135℃增大至145℃時(shí)，混合料的孔隙率和毛體積相對(duì)密度變化較小，趨于穩(wěn)定；當(dāng)溫度從145℃增大至155℃時(shí)，混合料的孔隙率增大，毛體積相對(duì)密度減小。這是由于溫度過高導(dǎo)致瀝青稠度變低，進(jìn)度模量變小，混合料向四周流動(dòng)，進(jìn)而使壓實(shí)后的混合料密實(shí)程度偏低。因此，此道路在施工時(shí)選用135～145℃的壓實(shí)溫度效果最佳。

溫拌瀝青混合料的組成成分中，集料的質(zhì)量占比達(dá)80%以上，因此，集料是影響溫拌瀝青混合料壓實(shí)效果的重要因素之一。集料主要是通過自身性能和形狀對(duì)瀝青混合料的壓實(shí)度產(chǎn)生影響，性能較好的集料在壓實(shí)時(shí)不易被壓碎，可以保持設(shè)計(jì)級(jí)配不變。但當(dāng)集料被壓碎后，混合料中的粗集料相對(duì)減少，細(xì)集料相對(duì)增多，級(jí)配發(fā)生改變，集料之間不能夠相互嵌擠密實(shí)，從而使孔隙率增大。根據(jù)上文中集料性能檢測(cè)結(jié)果可知，該研究所用集料具有良好的理化性能，可以滿足工程項(xiàng)目需要，因此本文主要探討集料形狀對(duì)壓實(shí)效果的影響。

為分析集料形狀對(duì)壓實(shí)效果的影響，采用人工的方式，對(duì)不同形狀的顆粒進(jìn)行挑選歸類。最終按不同形狀將集料分為三類：圓滑狀、扁平狀、針葉狀。然后，成型馬歇爾試件進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 棱角性不同的瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表3的檢測(cè)結(jié)果可知，混合料中圓滑狀集料過多，會(huì)導(dǎo)致集料更加難以壓實(shí)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果中的毛體積相對(duì)密度和孔隙率可以看出，用棱角性豐富的集料拌和的混合料密度大，孔隙率小。且使用棱角性豐富的集料拌和的混合料在凍融循環(huán)試驗(yàn)前后，疲勞壽命均大于圓滑狀集料拌和的混合料。

分析原因：棱角性豐富的集料相互嵌擠，形成較大的嵌擠力，瀝青則包裹在集料表面，形成一個(gè)穩(wěn)定的整體；圓滑狀集料由于缺乏棱角，彼此之間嵌擠作用較小，經(jīng)過瀝青裹覆后，穩(wěn)定性相對(duì)較低。因此，在溫拌瀝青混合料施工時(shí)，應(yīng)控制圓滑狀集料的用量，避免造成路面穩(wěn)定性的不足。

2.2 壓實(shí)機(jī)械的影響

在試驗(yàn)路鋪筑時(shí)，選擇不同的壓路機(jī)振幅對(duì)溫拌瀝青路面進(jìn)行碾壓，并對(duì)壓實(shí)后的路面進(jìn)行檢測(cè)，探究不同壓路機(jī)振幅對(duì)溫拌瀝青路面壓實(shí)度的影響。根據(jù)上述方式，選擇該項(xiàng)目的K0+050—K0+120段，每10m選擇一個(gè)10～70Hz壓路機(jī)振幅，共7個(gè)振幅。壓實(shí)后，對(duì)路面的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：在10～30Hz的振幅內(nèi)碾壓時(shí)，隨著振幅的增大，壓實(shí)度不斷提高；在30～50Hz的振幅內(nèi)碾壓時(shí)，壓實(shí)度變化幅度較小，壓實(shí)度的差異值趨于穩(wěn)定；在50～70Hz的振幅范圍內(nèi)碾壓時(shí)，壓實(shí)度逐漸減小。

分析原因：在低振幅進(jìn)行碾壓時(shí)，壓路機(jī)的壓實(shí)功較小，不足以將混合料壓實(shí)至相對(duì)密實(shí)的程度，但隨著碾壓遍數(shù)的增多，壓路機(jī)做功增多，路面壓實(shí)度增大；當(dāng)振幅逐漸提高至30Hz時(shí)，單次碾壓時(shí)壓實(shí)功變大，路面壓實(shí)度逐漸提高；在30～50Hz的振幅碾壓時(shí)，混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的程度，故隨著振幅的增大壓實(shí)度變化較小；但當(dāng)振幅從50Hz繼續(xù)增大時(shí)，由于此時(shí)振幅過大，混合料中的棱角性大的集料會(huì)被壓路機(jī)壓碎，混合料級(jí)配發(fā)生改變，導(dǎo)致路面的壓實(shí)度不足。因此，在該城市道路新建項(xiàng)目中，溫拌瀝青路面的壓實(shí)機(jī)具選擇30～50Hz的振幅可以使壓實(shí)效果達(dá)到最佳。

2.3 施工過程

2.3.1 拌和

為確保溫拌瀝青混合料拌和、碾壓時(shí)的溫度控制在135～145℃，必須考慮拌和時(shí)溫度的損失，不可隨意進(jìn)行混合料的拌和。在拌和過程中，確保瀝青能夠?qū)⒓贤耆?，避免混合料的黏結(jié)性不足。

2.3.2 運(yùn)輸

溫拌瀝青混合料在運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)注意在運(yùn)輸車內(nèi)壁涂刷一層油層。若氣溫較低時(shí)，應(yīng)在運(yùn)輸車外壁鋪蓋棉被?；旌狭涎b入運(yùn)輸車后，需盡快運(yùn)往施工地點(diǎn)，防止大量的混合料附著在運(yùn)輸車內(nèi)壁和溫度的喪失。混合料運(yùn)送至施工地點(diǎn)后，使用自卸式裝料車的順序是先車頭、后車尾、再中間，防止粗細(xì)集料分離，造成離析，并測(cè)量混合料溫度，若溫度不滿足要求則應(yīng)當(dāng)場(chǎng)廢棄，嚴(yán)禁使用。

2.3.3 攤鋪

溫拌瀝青混合料在攤鋪時(shí)，應(yīng)采用至少3～5臺(tái)攤鋪機(jī)共同作業(yè)。攤鋪機(jī)過少容易導(dǎo)致混合料卸車后，沒有足夠攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪，混合料溫度逐漸降低。最終，攤鋪和壓實(shí)工作無法進(jìn)行，或者以較低的溫度直接攤鋪，造成材料的浪費(fèi)和路面性能的不足。

2.3.4 碾壓

溫拌瀝青混合料應(yīng)在攤鋪后，立即進(jìn)行壓實(shí)。壓實(shí)時(shí)，需測(cè)定溫度，混合料溫度不滿足要求時(shí)，不得進(jìn)行壓實(shí)。根據(jù)上文中研究結(jié)果，路面在壓實(shí)時(shí)，應(yīng)注意控制溫度在135～145℃，壓路機(jī)振幅在30～50Hz，并采用初壓、復(fù)壓、終壓的方式碾壓5～7遍。

3 結(jié)論

依托某城市道路新建項(xiàng)目，通過室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路鋪筑試驗(yàn)，對(duì)影響溫拌瀝青混合料壓實(shí)因素中的溫度、集料、壓實(shí)機(jī)械、施工過程等幾個(gè)方面展開分析，得到如下結(jié)論：

一是在120～155℃溫度范圍內(nèi)，以5℃為一個(gè)區(qū)間，通過室內(nèi)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得溫拌瀝青混合料在135～145℃的溫度范圍內(nèi)成型的試件，空隙率最小，密度最大，壓實(shí)效果最好。

二是將圓滑狀、棱角性豐富的集料分類，在相同條件下分別成型馬歇爾試件，測(cè)得使用棱角性豐富的集料拌和的溫拌瀝青混合料壓實(shí)效果更佳。施工時(shí)，應(yīng)注意材料中圓滑狀集料的用量，避免用量過多，導(dǎo)致壓實(shí)效果降低。

三是通過不同振幅下的試驗(yàn)路攤鋪驗(yàn)證可知，壓實(shí)機(jī)械振幅在30～50Hz時(shí)，溫拌瀝青混合料的壓實(shí)效果最佳。

四是在施工過程中，應(yīng)注意控制好施工溫度、施工順序、壓實(shí)機(jī)械振幅等，保證城市道路項(xiàng)目施工后，溫拌瀝青路面可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。