溫拌ARAC壓實(shí)特性及膠粉溶脹程度對(duì)比分析研究

葉偉++楊波++周啟偉++吳雪柳 ??

摘 要：通過對(duì)比分別摻入3種溫拌劑后的橡膠瀝青混凝土在不同成型方法和不同成型溫度下所呈現(xiàn)的壓實(shí)度、空隙率的差異，得出溫拌橡膠瀝青混凝土壓實(shí)性能排序；采用熒光顯微鏡觀察溫拌橡膠瀝青微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)比分析得出Evotherm3G型溫拌橡膠瀝青中膠粉溶脹發(fā)育程度最高，且技術(shù)性能相對(duì)更為優(yōu)越，可為溫拌橡膠瀝青混凝土施工提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青；溫拌；壓實(shí)特性；微觀結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U414.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Comparative Analysis of Warm Mix ARAC's Compaction Characteristics and Degree of Rubber Swelling

YE Wei1， YANG Bo2， ZHOU Qi- wei2， WU Xue- liu1

（1. Sci- Tech Development Center of Chongqing Zhi Xiang Paving Technology Engineering Co. Ltd.，

Chongqing 401336， China； 2. College of Civil Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 401336， China）

Abstract： The compaction characteristics of rubberized asphalt concrete mixed with three types of warm mix agents were sorted by comparing the differences of compaction degree and porosity under different forming methods and temperatures. Fluorescence microscope was applied to observe the microstructure of warm mix rubberized asphalt， and Evotherm3G was found to be the highest in development degree of rubber powder swelling. The research provides technical reference for construction of warm mix asphalt concrete.

Key words： rubberized asphalt； warm mix； compaction characteristic； microstructure

0 引 言

橡膠瀝青粘度較大[1]，采用傳統(tǒng)熱拌工藝易出現(xiàn)橡膠瀝青老化加劇、刺激性氣味加大、施工質(zhì)量控制困難等問題，溫拌技術(shù)[2]的介入能有效緩解以上問題。對(duì)于溫拌劑的摻入對(duì)普通瀝青混凝土技術(shù)性能的影響，國(guó)內(nèi)外已做過相關(guān)研究，但對(duì)于橡膠瀝青混凝土的技術(shù)性能，特別是壓實(shí)性能以及膠粉溶脹反應(yīng)程度，還有待進(jìn)一步分析研究。

選用當(dāng)前實(shí)際工程中應(yīng)用較為廣泛、技術(shù)相對(duì)成熟的3種不同溫拌劑，在不同溫度下分別采用2種不同的方法[3]成型，對(duì)比分析溫拌ARAC（橡膠瀝青混凝土）的壓實(shí)度和空隙率這兩項(xiàng)重要指標(biāo)[4]，優(yōu)選出一種易于溫拌ARAC壓實(shí)的溫拌劑。研究表明膠粉在瀝青中的溶脹發(fā)育程度直接關(guān)系到橡膠瀝青技術(shù)性能的優(yōu)越程度。運(yùn)用熒光顯微鏡從微觀結(jié)構(gòu)層面上對(duì)普通橡膠瀝青及溫拌橡膠瀝青進(jìn)行制片觀察，對(duì)比膠粉在瀝青中的溶脹發(fā)育情況；并結(jié)合技術(shù)性能試驗(yàn)對(duì)比分析不同溫拌劑作用下橡膠瀝青技術(shù)性能的差異，從而為溫拌橡膠瀝青混合料的施工提供一定的技術(shù)參考。

1 溫拌ARAC壓實(shí)特性對(duì)比分析

1.1 原材料及配合比

采用濕拌法[5]制備橡膠瀝青混凝土ARAC（W）- 16， 瀝青膠結(jié)料采用普通成品橡膠改性瀝青，試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。粗細(xì)集料均選用玄武巖，填料選用石灰?guī)r經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)如表2所示。由于國(guó)內(nèi)尚未頒布專門針對(duì)橡膠瀝青混凝土的施工技術(shù)規(guī)范，原材料技術(shù)要求均參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTF F40—2004）并結(jié)合《北京市廢舊膠粉瀝青及混合料設(shè)計(jì)施工指南》（以下簡(jiǎn)稱指南），所有原材料技術(shù)性能均滿足規(guī)范和指南要求。

溫拌技術(shù)采用時(shí)下國(guó)內(nèi)外最常用也是相對(duì)成熟的2種技術(shù)：一種是采用基于瀝青降粘技術(shù)的溫拌劑產(chǎn)品，以Sasobit（德國(guó)產(chǎn)品）[6]、陸路邦（國(guó)產(chǎn)）為代表；一種是采用基于表面活性技術(shù)的產(chǎn)品，以Evotherm3G（美國(guó)產(chǎn)品）[7]為代表。其中Sasobit的試驗(yàn)摻量以廠商推薦的3%（相對(duì)瀝青質(zhì)量）為準(zhǔn)，陸路邦的試驗(yàn)摻量以廠商推薦的1%為準(zhǔn)，Evotherm3G的試驗(yàn)摻量以廠商推薦的0.6%為準(zhǔn)。

溫拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)與熱拌瀝青混合料沒有太大的區(qū)別，采用的溫拌橡膠瀝青混凝土ARAC（W）- 16參考指南中推薦的礦料級(jí)配[8]組成，合成級(jí)配與參考值如表3所示，合成級(jí)配結(jié)果與參考值接近，以合成級(jí)配作為本項(xiàng)研究的試驗(yàn)級(jí)配。

參考指南中關(guān)于ARAC的配合比設(shè)計(jì)方法，ARAC（W）- 16分別選用5.5%、5.8%、6.1%、6. 4%四個(gè)不同油石比，測(cè)試ARAC（W）- 16馬歇爾體積參數(shù)及力學(xué)參數(shù)，得出最佳油石比為5.8%。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

空隙率與壓實(shí)度是反映瀝青混合料壓實(shí)特性的2項(xiàng)重要指標(biāo)。設(shè)定馬歇爾擊實(shí)法雙面擊實(shí)各75次，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)次數(shù)（100次）。在不同溫拌劑、不同擊實(shí)（壓實(shí)）溫度下[9]，按照前述設(shè)計(jì)好的級(jí)配和最佳油石比通過馬歇爾擊實(shí)與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型ARAC（W）- 16馬歇爾試件，分析研究溫拌ARAC毛體積相對(duì)密度（γf）、壓實(shí)度（K）、ARAC空隙率（VV）在不同溫拌劑、不同成型方法以及不同擊實(shí)成型溫度下所呈現(xiàn)的變化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果如表4、5所示，其中壓實(shí)度根據(jù)室內(nèi)所測(cè)ARAC- 16最大理論相對(duì)密度進(jìn)行計(jì)算

結(jié)合表4中的數(shù)據(jù)可以看出，在同一成型溫度下，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法的溫拌ARAC壓實(shí)度均大于馬歇爾擊實(shí)法的壓實(shí)度（大0. 43%左右）。表5數(shù)據(jù)反映出旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法下所測(cè)得的溫拌ARAC空隙率與馬

歇爾擊實(shí)法所測(cè)得的空隙率相比有不同程度的降低（降幅在9. 11%～10. 26%內(nèi)）。經(jīng)分析可知，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)通過對(duì)混合料的揉搓碾壓作用使集料的嵌擠更加緊密[10]，所產(chǎn)生的壓實(shí)功要明顯大于馬歇爾擊實(shí)功，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法更能模擬施工中瀝青混合料的實(shí)際碾壓過程，有利于降低瀝青混合料的空隙率，提高壓實(shí)度和密實(shí)性，因此，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行溫拌ARAC配合比設(shè)計(jì)時(shí)建議采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型試件。

根據(jù)表4、5所反映出的溫拌ARAC壓實(shí)度和空隙率隨壓實(shí)溫度的變化規(guī)律可以看出，壓實(shí)溫度越高，溫拌ARAC壓實(shí)度越大，空隙率越小。結(jié)合瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范和指南中的相關(guān)規(guī)定，ARAC壓實(shí)度應(yīng)不小于最大理論相對(duì)密度的94%，空隙率應(yīng)滿足3%～5%的技術(shù)要求，Sasobit和Evotherm3G溫拌ARAC的碾壓溫度控制范圍較寬，而陸路邦溫拌ARAC的范圍較窄，建議可以將Sasobit和Evotherm3G溫拌ABAC的碾壓溫度控制在110 ℃～150 ℃內(nèi)，而陸路邦溫拌ABAC的碾壓溫度控制在130 ℃～150 ℃內(nèi)。在溫拌ARAC的實(shí)際工程中，可根據(jù)設(shè)計(jì)空隙率的大小并結(jié)合以上總結(jié)的碾壓溫度控制范圍來確定實(shí)際碾壓溫度。

圖1為不同溫拌劑、不同旋轉(zhuǎn)壓實(shí)溫度下溫拌ARAC壓實(shí)度的對(duì)比，圖2為不同溫拌劑、不同旋轉(zhuǎn)壓實(shí)溫度下溫拌ARAC空隙率的對(duì)比。

圖1 溫拌ARAC在不同旋轉(zhuǎn)壓實(shí)溫度下的壓實(shí)度對(duì)比

圖2 溫拌ARAC在不同旋轉(zhuǎn)壓實(shí)溫度下的空隙率對(duì)比

從圖1和圖2中呈現(xiàn)出的不同溫拌劑作用下溫拌ARAC壓實(shí)特性梯度變化可以看出：在任一壓實(shí)溫度下，采用溫拌劑Evotherm3G的溫拌ARAC壓實(shí)度均大于其余2種，且空隙率均小于其余2種；Sasobit溫拌ARAC壓實(shí)度大于陸路邦溫拌ARAC，空隙率小于陸路邦溫拌ARAC空隙率；陸路邦溫拌ARAC所呈現(xiàn)的壓實(shí)度最小，且空隙率最大；可以推斷Evotherm3G溫拌ARAC壓實(shí)性能最好，Sasobit溫拌ARAC次之，陸路邦溫拌ARAC最差。其中當(dāng)壓實(shí)溫度達(dá)到150 ℃時(shí)，Evotherm3G溫拌ARAC呈現(xiàn)出最大壓實(shí)度96.70%（相比最大理論相對(duì)密度），空隙率達(dá)到最小值3.30%，表現(xiàn)出優(yōu)越的壓實(shí)性能。

2 溫拌橡膠瀝青膠粉溶脹發(fā)育程度對(duì)比分析

高溫下膠粉在瀝青中會(huì)吸收瀝青輕質(zhì)組分而出現(xiàn)體積膨脹現(xiàn)象（即溶脹）[11]，溶脹程度越高，表明膠粉與瀝青混溶得越好，其改性效果越佳。為了直觀地反映出溫拌橡膠瀝青中膠粉顆粒的溶脹狀態(tài)，對(duì)普通橡膠瀝青以及摻配3%Sasobit、0.6%Evotherm3G、1%陸路邦的橡膠瀝青分別進(jìn)行配制取樣，利用XSZ- H型熒光顯微鏡[12]對(duì)以上4種橡膠瀝青在同一放大倍數(shù)下進(jìn)行觀察。圖3分別為普通橡膠瀝青、摻1%陸路邦的橡膠瀝青、摻3%Sasobit的橡膠瀝青、摻0.6%Evotherm3G的橡膠瀝青在

圖3 4種橡膠瀝青在熒光顯微鏡下的影像

熒光顯微鏡下的影像。

由圖3對(duì)比分析得出：相比其余3種溫拌橡膠瀝青，普通橡膠瀝青膠粉溶脹程度相對(duì)較低；摻1%陸路邦的橡膠瀝青溶脹后的膠粉開始在瀝青中形成類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有利于橡膠瀝青改性效果的發(fā)揮；摻3%Sasobit的橡膠瀝青膠粉比摻1%陸路邦的溶脹發(fā)育得到進(jìn)一步優(yōu)化，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐步向連續(xù)相體系過渡，故膠粉在瀝青中溶脹發(fā)育而成的連續(xù)相體系相比網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膠粉分散形態(tài)更有利于橡膠瀝青技術(shù)性能的提升；相比其他2種溫拌橡膠瀝青，摻0. 6%Evotherm3G的橡膠瀝青膠粉溶脹發(fā)育達(dá)到最佳狀態(tài)，溶脹后的膠粉在瀝青中形成了一個(gè)高度致密的連續(xù)相體系，這種連續(xù)相體系有利于橡膠瀝青技術(shù)性能的大幅度提升。

為進(jìn)一步驗(yàn)證溫拌橡膠瀝青在技術(shù)性能上的提升，對(duì)普通橡膠瀝青以及摻3%Sasobit、摻0.6%Evotherm3G、摻1%陸路邦的橡膠瀝青進(jìn)行技術(shù)性能測(cè)試[13]，結(jié)果如表6所示。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)：與普通橡膠瀝青相比，Evotherm3G溫拌橡膠瀝青在高溫、低溫、彈性恢復(fù)以及抗老化性能方面均有不同程度的提高；Sasobit溫拌橡膠瀝青低溫延度方面略有降低；陸路邦溫拌橡膠瀝青在高溫性能方面略有降低，但基本不會(huì)對(duì)瀝青的路用性能帶來負(fù)面影響。綜合溫拌ARAC的壓實(shí)特性、膠粉溶脹發(fā)育的微觀結(jié)構(gòu)分析以及技術(shù)性能測(cè)試得出，Evotherm3G溫拌劑對(duì)溫拌橡膠瀝青的綜合改性效果最佳。

3 結(jié) 語

（1） 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法相比馬歇爾擊實(shí)法更能提高溫拌ARAC的壓實(shí)性能，有條件的情況下建議采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型試件來完成溫拌ARAC的配合比設(shè)計(jì)。

（2） 實(shí)際施工中，建議將Evotherm3G和Sasobit溫拌ARAC的碾壓溫度控制在110 ℃～150 ℃內(nèi)，陸路邦溫拌ARAC的碾壓溫度控制在130 ℃～150 ℃內(nèi)，并根據(jù)設(shè)計(jì)空隙率的大小結(jié)合碾壓溫度的控制范圍來確定實(shí)際碾壓溫度。

（3） 壓實(shí)性能從大到小的排序?yàn)椋篍votherm3G溫拌ARAC、Sasobit溫拌ARAC、陸路邦溫拌ARAC。當(dāng)壓實(shí)溫度達(dá)到150 ℃時(shí)，Evotherm3G型溫拌ARAC表現(xiàn)出最大壓實(shí)度96.70%（相比最大理論相對(duì)密度），空隙率達(dá)到最小值3.30%，表現(xiàn)出優(yōu)越的壓實(shí)性能。

（4） 相比普通橡膠瀝青以及降粘型溫拌橡膠瀝青，基于表面活性作用的Evotherm3G型溫拌橡膠瀝青中膠粉溶脹發(fā)育程度最高，試驗(yàn)研究表明其技術(shù)性能最優(yōu)，表現(xiàn)出優(yōu)越的高溫、低溫、彈性恢復(fù)以及抗老化性能，Evotherm3G溫拌劑對(duì)溫拌橡膠瀝青綜合改性效果最佳。

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[責(zé)任編輯：譚忠華]