摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度研究

陸宏新，肖 杰，唐咸遠(yuǎn)

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.長沙理工大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410076)

摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度研究

陸宏新1，肖 杰2，唐咸遠(yuǎn)2

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.長沙理工大學(xué)交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410076)

為確定摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度，文章采用等體積法，對摻3%EC120溫拌AC-13密級配瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)試驗研究，并與常規(guī)的熱拌瀝青混合料進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：摻3%EC120溫拌改性瀝青混合料的壓實溫度降低了27.1 ℃，與廠商建議的30 ℃接近；以等體積法確定的溫拌瀝青混合料，其使用性能均滿足規(guī)范要求；相對于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，溫拌改性瀝青混合料有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、略低的水穩(wěn)定性、較好的低溫抗裂性。

EC120；溫拌改性瀝青；熱拌瀝青混合料；溫度；等體積法

0 引言

目前，我國高速公路瀝青路面主要采用熱拌瀝青混合料(HMA)，其生產(chǎn)拌和溫度高達(dá)160 ℃甚至更高，不僅消耗了大量能源同時還排放大量的廢氣和粉塵，造成周圍環(huán)境的污染[1]。而溫拌瀝青混合料(WMA)是使用專用添加劑或其他方法，降低瀝青在給定溫度下的黏度， 從而使瀝青混合料能在相對較低的溫度下進(jìn)行拌和與壓實， 在保證路面混合料使用性能的同時還能節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。

對普通熱拌瀝青混合料而言，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[2]采用等黏度原則確定其拌和與壓實溫度。但是，目前國內(nèi)外對溫拌瀝青混合料的拌和與壓實溫度的確定沒有統(tǒng)一的方法，特別是關(guān)于溫拌改性瀝青混合料這方面研究更少。張立強[3]的研究表明用等黏原理確定施工溫度的方法不適應(yīng)SBS聚合物改性瀝青，建議采用等體積性(空隙率)法。張爭奇[4]提出采用和易性試驗法確定改性瀝青混合料拌和與壓實溫度。陳華鑫[5]根據(jù)4種SBS改性瀝青混合料在最佳壓實溫度下的黏度與剪切速率關(guān)系，建議改進(jìn)改性瀝青等黏原則，測黏剪切速率為60s-1，而不是ASTMD2493規(guī)定的6.8s-1。吳超凡[6]的研究指出等黏原則用來確定摻Sasobit的溫拌瀝青混合料拌和與壓實溫度與實際并不相符合，建議采用等體積法確定其溫度的中值。EC-120是一種新型的溫拌改性劑，摻入在SBSI-D聚合物改性瀝青中的拌和與壓實溫度如何確定有待研究。本文通過實驗室試驗，研究等體積法確定拌和與壓實溫度中值是否適用于摻EC120溫拌改性瀝青混合料。

1 試驗材料

瀝青為SBSI-D聚合物改性瀝青，嚴(yán)格按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20-2011)[7]要求測試的各項指標(biāo)結(jié)果見表1。集料為玄武巖粗集料與石灰?guī)r細(xì)集料，按照《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTGE42-2005)[8]的要求對所采用集料與礦粉分別進(jìn)行主要指標(biāo)的測試， 檢驗結(jié)果均達(dá)到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)[2]規(guī)定的要求。采用的溫拌劑EC120是深圳海川工程科技有限公司研發(fā)的一種熔點很低的混合物，可完全溶解于瀝青中，并且與瀝青形成穩(wěn)定的化合物。

對不摻EC120溫拌劑的普通熱拌瀝青混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計，確定的最佳瀝青用量為4.8%，混合物集料的級配見表2，混合料擊實試驗按照現(xiàn)行規(guī)范[7]中T0702-2011的要求進(jìn)行，并在試驗過程中嚴(yán)格控制溫度。

表1 SBS I-D聚合物改性瀝青性質(zhì)表

表2 集料混合物的級配數(shù)值表

2 混合料拌和與壓實溫度的確定

多年來，瀝青混合料的拌和與壓實溫度都是采用黏度-溫度曲線來確定，并據(jù)此溫度來指導(dǎo)瀝青路面施工?，F(xiàn)在無論是馬歇爾還是Superpave設(shè)計體系，均采用瀝青結(jié)合料黏度0.17±0.02Pa·s及0.28±0.03Pa·s對應(yīng)的溫度范圍作為瀝青混合料的拌和與壓實溫度，采用布氏(Brookfield)旋轉(zhuǎn)黏度計進(jìn)行測定[2,6]。然而，對于改性瀝青的拌和與壓實溫度的確定，已有研究表明等黏溫度原則并不適用聚合物改性瀝青，建議對等黏溫度原則進(jìn)行修正或者改用其他方法，如等體積性(空隙率)法[3-4]。

足夠的潤滑和容易裹覆集料的瀝青是瀝青混合料在拌和時所需要的；而在瀝青混合料壓實時需要瀝青能夠把集料膠結(jié)在一起，形成密實材料。等體積法原則是指瀝青混合料具有相同的體積性參數(shù)，如空隙率等。從理論上講，要求除瀝青外的其它變量，如集料、級配、壓實功、壓實方法都一致。瀝青混合料的空隙率，是指礦料及瀝青以外的空隙(不包括礦料自身內(nèi)部的孔隙)的體積占試件總體積的百分率，過大容易造成車轍、水損害等，過小則容易引起泛油等損害，是瀝青混合料體積指標(biāo)中最重要的指標(biāo)之一。

為了檢驗等體積法確定溫拌瀝青混合料拌和與壓實溫度的可靠性，開展了改性瀝青與摻溫拌劑EC120改性瀝青混合料在不同溫度下壓實后的空隙率，其中溫拌劑EC120摻量為廠商建議的瀝青含量的3%；試驗方法按現(xiàn)行規(guī)范[7]，采用T0702-2011所述方法制作試件并測定空隙率，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 改性瀝青與摻3%的EC120改性瀝青 混合料空隙率-擊實溫度關(guān)系圖

由圖1可知，相同溫度下，零摻量比摻3%的EC120改性瀝青混合料的空隙率大；空隙率一定的情況下，摻3%的EC120比零摻量改性瀝青混合料的擊實溫度低。不管何種摻量，空隙率均隨擊實溫度的升高而下降，且與擊實溫度近似呈直線關(guān)系。經(jīng)回歸分析得出兩者關(guān)系如式(1)所示：

W=A×T+B

(1)

式中：W——混合料空隙率；T——壓實溫度；A、B——回歸分析的參數(shù)。

表3給出了回歸分析參數(shù)以及相關(guān)系數(shù)平方R2的值，對于給定的空隙率W，根據(jù)式(1)可以直接算出壓實溫度。應(yīng)用設(shè)計空隙率4.8%，根據(jù)相關(guān)參數(shù)計算得出壓實溫度。有研究表明[3]：SBS改性瀝青的施工溫度比基質(zhì)瀝青高5 ℃～10 ℃，本文取拌和溫度高出壓實溫度10 ℃。

表3 混合料等體積原則確定的拌和與壓實溫度表

從表3可以看出，改性瀝青混合料壓實溫度為162.1 ℃，摻3%的EC120溫拌劑瀝青混合料壓實溫度為135.0 ℃，兩者相差27.1 ℃，與廠商建議的30 ℃非常接近。這說明用等體積法初步確定摻EC120溫拌瀝青混合料的拌和與壓實溫度是可行的。

3 混合料路用性能

為了進(jìn)一步驗證等體積法在確定摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度的有效性，采用該法確定的拌和與壓實溫度制作試件，開展摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料的一系列試驗，并與常規(guī)的AC-13熱拌瀝青混合料進(jìn)行對比，評價摻EC120溫拌混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性。

3.1 高溫穩(wěn)定性

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20-2011)，開展摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料及熱拌AC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性數(shù)值表

由表4可知，摻3%的EC120的溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性指標(biāo)均符合規(guī)范要求；溫拌瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，溫拌添加劑的加入可以顯著提高車轍試驗測定的動穩(wěn)定度，測得的動穩(wěn)定度比常規(guī)的熱拌瀝青混合料提高40.9%。

3.2 低溫抗裂性

通過開展摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的低溫抗裂性試驗，結(jié)果見表5。

表5 瀝青混合料的低溫抗裂性數(shù)值表

由表5可以看出， 摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的破壞彎拉應(yīng)變均符合規(guī)范要求；溫拌瀝青混合料較熱拌瀝青混合料的低溫抗裂性好，加入溫拌添加劑后低溫彎曲試驗破壞應(yīng)變提高了13.6%。

3.3 水穩(wěn)定性

現(xiàn)行規(guī)范[2]規(guī)定瀝青混合料的水穩(wěn)定性通過浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗兩種試驗評價。浸水馬歇爾試驗是測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)試驗結(jié)果計算的馬歇爾試驗殘留強度比MS0，用來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。凍融劈裂試驗適用于測定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的抗拉強度，根據(jù)試驗結(jié)果計算的凍融劈裂試驗殘留強度比TSR，用于評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

通過室內(nèi)試驗得到摻3%的EC120溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果見表6。

表6 瀝青混合料的水穩(wěn)定性數(shù)值表

從表6可以看出， 摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性也均符合規(guī)范要求；相對熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料有偏低的水穩(wěn)定性，但偏低不多。

通過以上室內(nèi)試驗得到摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料路用性能，并與熱拌AC-13瀝青混合料對比可知：相對于熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，低溫抗裂性較好、水穩(wěn)定性略低。試驗結(jié)果表明用等體積法確定的溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性都符合規(guī)范要求，證明摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度是可以用等體積原則確定的。

4 結(jié)語

本文通過室內(nèi)試驗，討論了典型摻量下(3%)EC120溫拌瀝青混合料的拌和與壓實溫度確定的方法，結(jié)果表明：

(1)傳統(tǒng)的等黏原則確定拌和及壓實溫度不適用熱拌改性瀝青混合料，同樣也不適用于溫拌瀝青混合料。

(2)通過利用混合料空隙率-溫度關(guān)系，應(yīng)用等體積原則確定瀝青混合料壓實溫度的方法，在典型摻量3%EC120下，壓實溫度降低27.1 ℃，這與廠商建議的30 ℃非常接近。

(3)以等體積法確定的拌和及壓實溫度的溫拌瀝青混合料，相對于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、略低的水穩(wěn)定性、較好的低溫抗裂性。

(4)試驗結(jié)果表明摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度是可以用等體積原則確定的。

[1]徐世法，顏 彬，季 節(jié)，等.高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].公路，2005(1):195-198.

[2]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 張立強，周進(jìn)川.SBS改性瀝青拌和與壓實溫度的確定[J].公路交通技術(shù)，2005(5):68-72.

[4] 張爭奇，吳瑞環(huán)，季社鵬.改性瀝青混合料拌和及壓實溫度的確定方法[J].公路交通科技，2013(8):6-11.

[5] 陳華鑫，辛斌科，李旭峰，等.SBS改性瀝青等黏原則的改進(jìn)[J].公路，2010(1):6-7.

[6] 吳超凡，曾夢瀾，王茂文，等.添加Sasobit溫拌瀝青混合料的拌和與壓實溫度確定[J].湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010(8):1-5.

[7]JTGE20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[8]JTGE42-2005，公路工程集料試驗規(guī)程[S].

Research on Mixing and Compaction Temperatures of Warm-mix Modified Asphalt Mixture with EC120

LU Hong-xin1，XIAO Jie2，TANG Xian-yuan2

(1.Guangxi Road Construction Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；2.School of Traffic and Transportation Engineering，Changsha University of Science & Technology，Changsha，Hunan，410076)

To determine the mixing and compaction temperatures of warm-mix modified asphalt mixture with EC120，and by using the equal-volume method，this article conducted the indoor laboratory tests on warm-mix AC-13 dense-graded asphalt mixture with 3% EC120，and conducted the comparative analysis with conventional hot-mix asphalt mixture.The results showed that：the compaction temperature of warm-mix mod-ified asphalt mixture with 3% EC120 is decreased by 27.1 ℃，close to 30 ℃ recommended by the manufacturer；for the warm-mix asphalt mixture determined by equal-volume method，its usage performance can meet the required specifications；compared to the conventional hot-mix asphalt mixture，the warm-mix asphalt mix-ture has excellent high-temperature stability，slightly lower water stability，and better low-temperature cracking resistance.

EC120；Warm-mix modified asphalt；Hot-mix asphalt mixture；Temperature；Equal-volume method

廣西科技開發(fā)項目(桂科轉(zhuǎn)1298011-4)；廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室培育基地開放基金項目

U416.26

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.001

1673-4874(2015)06-0001-04

2015-05-05

陸宏新，高級工程師，從事道路施工技術(shù)管理與科研工作。