溫拌劑對(duì)瀝青混合料路用性能改善研究*

朱云升 袁 明* 劉利軍 王開(kāi)鳳 張繼昕

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院1) 武漢 430070) (中交第三公路工程局有限公司2) 北京 100011)(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院3) 天津 300051)

0 引 言

機(jī)場(chǎng)道面瀝青混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，需要提前儲(chǔ)備瀝青混合料.為了減小對(duì)機(jī)場(chǎng)其他跑道通航影響，通常拌合樓距離施工現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，瀝青混合料運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)溫度會(huì)大幅降低，會(huì)出現(xiàn)運(yùn)料車表層結(jié)殼、不能完全卸料以及因結(jié)塊而不易攤鋪碾壓等現(xiàn)象，進(jìn)而影響瀝青混合料在施工過(guò)程中的壓實(shí)質(zhì)量.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者[1-4]對(duì)瀝青混凝土的性能試驗(yàn)及機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)分析做了部分研究，在一定程度上發(fā)現(xiàn)溫拌劑能有效改善瀝青混合料的低溫性能，文中考慮通過(guò)在瀝青中添加溫拌劑，使瀝青混合料在較低的溫度下進(jìn)行攤鋪碾壓時(shí)仍能達(dá)到良好的壓實(shí)效果.

1 溫拌劑的類型和作用機(jī)理

1.1 主要類型

目前常用的溫拌劑包括Evotherm溫拌劑和Sasobit溫拌劑等.根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比研究結(jié)果，此次某機(jī)場(chǎng)中跑道中段大修工程瀝青混合料采用的溫拌劑為Evotherm溫拌劑[5].Evotherm溫拌劑為深黃褐色粘稠狀液體，直接添加至瀝青中，用于降低瀝青混合料的工作溫度，摻加比例為瀝青質(zhì)量的0.5%～0.7%.

1.2 Evotherm溫拌劑的作用機(jī)理

Evotherm表面活性劑的兩親分子吸附于固體表面[6]，形成定向排列的吸附層，有效地改變固體表面的潤(rùn)濕性質(zhì).在混合料拌和之前，將溫拌劑加入至瀝青中充分?jǐn)嚢?，保證溫拌劑均勻分散于瀝青中.在機(jī)械拌和力的作用下，瀝青內(nèi)部形成大量結(jié)構(gòu)性潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，能夠顯著增加瀝青混合料在較低溫度時(shí)[7]的拌和工作性.

2 試驗(yàn)方案

為了研究在不同溫度[8]條件下，不同劑量的溫拌劑[9]對(duì)兩種瀝青混合料路用性能的改善效果，文中對(duì)每種瀝青混合料分別進(jìn)行六組對(duì)比試驗(yàn).溫拌劑的劑量分別為占瀝青質(zhì)量的0.5%和0.7%.在擊實(shí)溫度方面，AC-20瀝青混合料選取三個(gè)溫度，即130,140和150 ℃；SMA-13瀝青混合料選取三個(gè)溫度，即140,150和160 ℃.

通過(guò)不同溫拌劑[10]摻量及不同擊實(shí)溫度條件下的瀝青混合料各項(xiàng)性能試驗(yàn)[11]，分析溫拌劑的劑量和擊實(shí)溫度對(duì)瀝青混合料性能的影響，確定不同溫拌劑劑量對(duì)應(yīng)的降溫范圍.

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 AC-20溫拌瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果及分析

AC-20溫拌瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表1.AC-20溫拌瀝青混合料的空隙率和穩(wěn)定度見(jiàn)圖1.

表1 AC-20溫拌瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)

圖1 空隙率和穩(wěn)定度隨溫度變化曲線

由圖1a)可知，空隙率會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的空隙率均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的空隙率.由圖1b)可知，穩(wěn)定度會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而減??；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度.

AC-20溫拌瀝青混合料的流值和殘留穩(wěn)定度見(jiàn)圖2.

圖2 流值和殘留穩(wěn)定度隨溫度變化曲線

由圖2a)可知，流值會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的流值均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的流值.由圖2b)可知：殘留穩(wěn)定度會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度.

AC-20溫拌瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比和空隙率見(jiàn)圖3.

圖3 凍融劈裂強(qiáng)度比和空隙率隨溫度變化曲線

由圖3a)可知，凍融劈裂強(qiáng)度比會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比.由圖3b)可知：空隙率會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的空隙率均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的空隙率.

綜上所述，AC-20瀝青混合料的各項(xiàng)性能會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而降低，而添加Evotherm溫拌劑可以有效地維持AC-20瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo).

3.2 SMA-13溫拌瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果及分析

SMA-13溫拌瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表2.

表2 SMA-13溫拌瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)

SMA-13溫拌瀝青混合料的穩(wěn)定度和流值見(jiàn)圖4.

圖4 穩(wěn)定度和流值隨溫度變化曲線

由圖4a)可知，穩(wěn)定度會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而減??；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度.由圖4b)可知，流值會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的流值均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的流值.

SMA-13溫拌瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比見(jiàn)圖5.

圖5 殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比隨溫度變化曲線

由圖5a)可知，殘留穩(wěn)定度會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度.由圖5b)可知，凍融劈裂強(qiáng)度比會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比.

綜上所述，SMA-13瀝青混合料的各項(xiàng)性能會(huì)隨擊實(shí)溫度的降低而降低，而添加Evotherm溫拌劑可以有效地維持SMA-13瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo).

通過(guò)歸納和總結(jié)兩種瀝青混合料的各項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可知：在不同溫拌劑摻量的條件下，兩種瀝青混合料可降低的溫度范圍見(jiàn)表3.

表3 兩種瀝青混合料的擊實(shí)溫度范圍 ℃

4 現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓效果檢測(cè)分析

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用添加了摻量為0.7%的Evotherm溫拌劑的高性能瀝青混凝土鋪筑某機(jī)場(chǎng)中跑道道面，通過(guò)采集和歸納機(jī)場(chǎng)道面的滲水系數(shù)、跑道各個(gè)面層的壓實(shí)度以及機(jī)場(chǎng)道面平均構(gòu)造深度，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[12]進(jìn)行機(jī)場(chǎng)道面的質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4，以此進(jìn)一步分析高性能瀝青混凝土在某機(jī)場(chǎng)中跑道中的實(shí)際使用效果.

表4 機(jī)場(chǎng)道面檢測(cè)結(jié)果匯總

由表4的實(shí)測(cè)結(jié)果可知,當(dāng)SMA-13瀝青混合料的攤鋪溫度降低至140 ℃，AC-20瀝青混合料的攤鋪溫度降低至120 ℃時(shí)，兩個(gè)標(biāo)段路面各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，其中各面層的平均壓實(shí)度最低也達(dá)到了98.88%，高于要求的98%，說(shuō)明各面層壓實(shí)情況良好.

因此，依托工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明，雖然室內(nèi)試驗(yàn)[13]中的擊實(shí)溫度與現(xiàn)場(chǎng)施工中的攤鋪溫度[14]存在差異，但是瀝青混合料在相對(duì)更低的溫度下進(jìn)行攤鋪碾壓時(shí)仍具有良好的壓實(shí)效果.Evotherm溫拌劑的確能夠改善瀝青混合料在溫度較低時(shí)的施工和易性，使其在機(jī)場(chǎng)道面中具有良好的路用性能.

5 結(jié) 論

1) 摻量為0.5%和0.7%的Evotherm溫拌劑可使SMA-13瀝青混合料的擊實(shí)溫度降低至150 ℃左右；摻量為0.5%和0.7%的Evotherm溫拌劑可使AC-20瀝青混合料的擊實(shí)溫度降低至140 ℃左右.

2) 對(duì)工程兩個(gè)標(biāo)段的瀝青混合料加鋪層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)果表明：當(dāng)SMA-13瀝青混合料的攤鋪溫度降至140 ℃，AC-20瀝青混合料的攤鋪溫度降至120 ℃時(shí)，添加了摻量為0.7%的Evotherm溫拌劑的兩種瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)較為良好.因此，對(duì)于瀝青混合料用量大的機(jī)場(chǎng)道面攤鋪施工，可以通過(guò)使用Evotherm溫拌劑來(lái)改善瀝青混合料的低溫和易性.