溫拌劑應(yīng)用效果分析

劉文占

(河北省高速公路管理局高速公路路政總隊(duì)，河北 石家莊 050031)

0 引言

隨著土木工程的修建，瀝青混合料的性能逐漸成為施工人員的關(guān)注點(diǎn)。熱拌瀝青具有耗能高、高污染、耐久性差等不足，因此溫拌瀝青應(yīng)運(yùn)而生。溫拌瀝青拌合、運(yùn)送、攤鋪、碾壓時(shí)溫度較低，耗能少，污染小，生產(chǎn)簡潔，具有很好的路用性能。所以研究溫拌瀝青相關(guān)性能具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。

溫拌瀝青混合料的溫拌技術(shù)較多，大致可分為有機(jī)降粘型溫拌技術(shù)、沸石溫拌技術(shù)、表面活性溫拌技術(shù)等。表面活性溫拌技術(shù)因降粘機(jī)理簡單且對混合料性能影響小而逐漸應(yīng)用，但成本較高。研發(fā)表面活性溫拌劑，并探究其應(yīng)用效果可有效節(jié)約施工成本。

本文主要研究溫拌劑LF-2和Sasobit的應(yīng)用效果。分別在相同黏度與相同體積下完成試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果對比探究溫拌劑LF-2和Sasobit的降溫程度和穩(wěn)定度，最后確定溫拌劑LF-2最優(yōu)摻量比例。為工程實(shí)踐提供理論指導(dǎo)與參考。

1 原材料介紹

1.1 溫拌劑

在本文中選擇兩種溫拌劑，分別為LF-2與Sasobit。LF-2溫拌劑作為表面活性炭類溫拌劑，在攪拌時(shí)，親油基與親水基將水與瀝青結(jié)合在一起，構(gòu)成具有潤滑功能的結(jié)構(gòu)性水膜，增加石料間的移動(dòng)性。受到碾壓時(shí)，水膜破損，少量水排出。碾壓后，溫拌劑應(yīng)用在瀝青與石料間，提升了瀝青與石料的裹附性，降低了瀝青與石料的剝離率，保障了溫拌瀝青混凝土的綜合性能。Sasobit作為有機(jī)降粘類溫拌劑，通過把Sasobit溫拌劑外摻入熱瀝青內(nèi)，瀝青質(zhì)與膠質(zhì)片狀分子內(nèi)摻入Sasobit分子，構(gòu)成新的聚集體。改變?yōu)r青中分子結(jié)構(gòu)，飽和成分從膠團(tuán)結(jié)構(gòu)內(nèi)跑出，提高了膠團(tuán)體系的分散度，從而引起瀝青的黏度下降。上述兩類溫拌劑的技術(shù)指標(biāo)對比見表1數(shù)據(jù)。

表1 兩種溫拌劑技術(shù)指標(biāo)對比表

1.2 瀝青

在本文選擇克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)概況見表2內(nèi)數(shù)據(jù)。

表2 所用90#瀝青技術(shù)指標(biāo)概況表

1.3 集料與級配情況

利用堿性石灰?guī)r作為集料與填料，其技術(shù)指標(biāo)概況見表3數(shù)據(jù)。在本研究中對熱、溫拌混合料進(jìn)行AC-18級配的馬歇爾試驗(yàn)，AC-18級配組成設(shè)定為規(guī)范中值，見表4數(shù)據(jù)。

表3 集料與填料技術(shù)指標(biāo)概況表

表4 AC-18級配構(gòu)成情況表

2 瀝青黏度分析

把LF-2溫拌劑依次以0.1%、0.2%的比例與90#基質(zhì)瀝青相摻，而Sasolit溫拌劑則以3%的比例相摻，設(shè)定溫度相同，均為160 ℃勻速拌合12 min左右后，對四組試驗(yàn)組(90#純?yōu)r青、外摻0.1%LF-2溫拌劑瀝青、外摻0.2% LF-2溫拌劑瀝青、外摻3%Sasolit溫拌劑瀝青)依次放置在溫度105 ℃、120 ℃、135 ℃、150 ℃、165 ℃下，參考相關(guān)規(guī)范要求完成布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄整理結(jié)果如圖1所示。

圖1 各類瀝青黏度與溫度關(guān)系變化示意圖

分析圖1曲線變化，黏溫曲線呈現(xiàn)很好的指數(shù)變化趨勢。因此利用指數(shù)函數(shù)回歸分析溫拌瀝青黏度和溫度兩者之間的關(guān)系。表5是利用回歸分析獲得的擬合函數(shù)、相關(guān)系數(shù)R2、各種瀝青拌合和壓實(shí)溫度變化值。將(0.15，0.19)Pa·s與(0.25，0.31)Pa·s依次代入相應(yīng)指數(shù)擬合函數(shù)后獲得拌合和壓實(shí)溫度值。

分析圖1與表5數(shù)據(jù)，外摻溫拌劑對瀝青黏度無影響，僅略微降低了拌合和壓實(shí)溫度值。與90#純?yōu)r青相比，外摻0.1%LF-2的溫拌瀝青拌合和壓實(shí)溫度值依次下降6.2 ℃與4.9 ℃；同理外摻0.2%LF-2的溫拌瀝青拌合和壓實(shí)溫度值依次下降6.9 ℃、5.3 ℃，外摻3%Sasobit的溫拌瀝青拌合和壓實(shí)溫度值依次下降3.2 ℃、2.6 ℃。依照相同黏度原則，兩種溫拌劑的降溫效果較微弱，主要是因?yàn)橥鈸絃F-2與Sasobit溫拌瀝青表觀黏度和實(shí)際流動(dòng)性并不是完全一致。Sasobit本質(zhì)是蠟，LF-2內(nèi)表面活性分子僅提升了瀝青流動(dòng)性，不影響瀝青表觀黏度。除此之外，LF-2溫拌劑摻入量與瀝青降粘效果成正相關(guān)關(guān)系；LF-2溫拌劑降溫?cái)?shù)值約為Sasobit溫拌劑的2倍，即說明表面活性類溫拌劑比有機(jī)降粘類溫拌劑具有更好的降粘功能。分析其原因主要是兩種溫拌技術(shù)原理不同：表面活性分子構(gòu)成的水膜與電荷層能夠包裹大量的瀝青分子，有機(jī)溫拌劑分子僅讓瀝青分子釋放飽和成分，提升其分散度，降粘效果一般。

表5 參考黏溫變化圖獲得的壓實(shí)溫度和拌合溫度值對比表

3 瀝青混合料擊實(shí)試驗(yàn)

依次對4種瀝青混合料(90#瀝青與AC-18、外摻0.1%LF-2 90#瀝青與AC-18、外摻0.2%LF-2 90#瀝青與AC-18、外摻3%Sasobit 90#瀝青與AC-18)在設(shè)定溫度105 ℃、120 ℃、135 ℃、150 ℃、165 ℃的條件下完成馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。其馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)流程為：按照設(shè)定百分比將各溫拌劑摻入到9#基質(zhì)瀝青后拌合均勻，然后采用濕拌方式與集料拌合，將混合料放置于設(shè)定溫度的烘箱內(nèi)保溫1.5 h，將其取出后短時(shí)間內(nèi)將其擊實(shí)壓實(shí)。設(shè)定混合料最優(yōu)油石比例是4.5%，最大理論相對密度是2.571 0，礦料合成毛體積相對密度是2.765 0，參照相關(guān)規(guī)范檢測在各壓實(shí)溫度情況下各類混合料空隙比例。

四類混合料空隙比例和壓實(shí)溫度變化趨勢見圖2，混合料穩(wěn)定度和壓實(shí)溫度變化趨勢見圖3。

空隙比例作為瀝青混合料體積指標(biāo)內(nèi)的重要指標(biāo)，其值太大，路面出現(xiàn)車轍、水損害等病害概率較大，空隙比例過小極易造成混合料高溫穩(wěn)定性降低。國內(nèi)對瀝青混合料給定空隙比例范圍為3.9%～4.1%。在利用Superpave混合料設(shè)計(jì)方法時(shí)，設(shè)定空隙比例4%所映射的瀝青用量是最優(yōu)瀝青用量。所以，在本試驗(yàn)選擇4%空隙比例分析溫拌瀝青混合料最優(yōu)成型溫度，同時(shí)選擇穩(wěn)定度進(jìn)行比較分析兩種溫拌劑各自的特性。

圖2 各類混合料空隙比例和壓實(shí)溫度變化示意圖

分析圖3曲線變化可知，混合料穩(wěn)定度與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。分析其原因是空隙比例較大而溫度較低，因此導(dǎo)致試驗(yàn)強(qiáng)度下降。在同一溫度時(shí)，外摻溫拌劑后可提升混合料穩(wěn)定度。分析其機(jī)理，表面活性劑在未拌合前，因水分流失以及集料表層電荷和瀝青微粒所帶電荷中和，導(dǎo)致提升了瀝青間、瀝青和集料間的粘附性，提高了混合料強(qiáng)度。

圖3 各類混合料穩(wěn)定度和壓實(shí)溫度變化示意圖

分析圖2曲線變化可知，混合料空隙比例與壓實(shí)溫度呈正相關(guān)關(guān)系，且近似線性關(guān)系。所以借助線性擬合推出混合料4%空隙比例情況下的成型溫度值。線性擬合時(shí)各參數(shù)取值與各類混合料最優(yōu)成型溫度值見表6。

表6 依照空隙比例獲得的混合料壓實(shí)溫度值對比表

分析表6內(nèi)數(shù)據(jù)可知，外摻溫拌劑后，混合料壓實(shí)溫度都下降明顯，當(dāng)空隙比例是4%時(shí)，溫拌瀝青混合料溫度下降范圍是16 ℃～21 ℃。僅Sasobit溫拌瀝青混合料溫度下降值與工程實(shí)踐一致。外摻0.1%LF-2混合料比Sasobit瀝青混合料下降溫度略微要大，外摻0.2%LF-2混合料溫度下降最低。因此推斷，在相同體積時(shí)9#純?yōu)r青最優(yōu)壓實(shí)溫度和相同黏度時(shí)壓實(shí)溫度范圍中值(140.9+145.9)/2=143.4接近，外摻溫拌劑時(shí)，溫度下降顯著，即相同體積時(shí)與相同黏度相比，評價(jià)LF-2溫拌劑降溫效果更具有優(yōu)勢。分析圖3與表6，將不同比例的LF-2和Sasobit比較分析，在相同體積時(shí)，0.1%比例的LF-2溫拌劑在比例很小時(shí)降溫效果與Sasobit溫拌劑基本一致，并且在溫度下降程度和穩(wěn)定度方面還略強(qiáng)于Sasobit溫拌劑，除此之外，因小比例的溫拌劑縮減工程投資，應(yīng)用前景良好。

4 結(jié)語

本文以研究兩種溫拌劑LF-2和Sasobit的應(yīng)用效果為課題，在相同黏度與相同體積的情況下設(shè)計(jì)并完成試驗(yàn)。通過試驗(yàn)結(jié)果對比，探究溫拌劑LF-2和Sasobit應(yīng)用效果差異(主要從降溫程度與穩(wěn)定程度兩個(gè)方面分析)，并確定溫拌劑LF-2最優(yōu)摻量比例，可用于工程實(shí)踐的指導(dǎo)工作。