AC-13 溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計及路用性能

周英毅

（張家口市宣左線一級公路管理處，張家口 075000）

0 引言

隨著我國高等級公路建設(shè)和發(fā)展, 由于瀝青路面具有行車舒適、噪音小、養(yǎng)護維修方便等一系列優(yōu)點,已逐漸成為我國高等級公路路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計的首選[1-2]。 目前我國瀝青路面拌和一般采用熱拌技術(shù), 但熱拌技術(shù)使得集料、瀝青(尤其是改性瀝青)加熱溫度相對較高,一方面會增加拌和樓燃料使用、增加環(huán)境污染,另一方面過高的加工溫度也將導(dǎo)致瀝青老化加劇而降低混合料整體性能。 過高的施工溫度要求也給瀝青路面施工質(zhì)量控制帶來挑戰(zhàn),攤鋪、碾壓等施工溫度控制不佳將導(dǎo)致混合料難以壓實、平整度差等,進而引起瀝青路面早期水損害等病害。 同時過高的作業(yè)溫度產(chǎn)生的瀝青煙等有害物質(zhì),也將危害一線作業(yè)人員健康, 尤其是在隧道等相對封閉空間危害更大[3]。 基于上述現(xiàn)狀,溫拌及冷拌技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用。 但冷拌技術(shù)由于技術(shù)限制,目前僅局限于乳化瀝青類物質(zhì)的養(yǎng)護應(yīng)用或部分混合料的低等級公路養(yǎng)護應(yīng)用之中,短期內(nèi)大范圍推廣使用并不現(xiàn)實,因此溫拌技術(shù)的使用具有重要的現(xiàn)實意義[4-6]。 溫拌技術(shù)是指在相對較低的拌和、攤鋪碾壓溫度下,即可完成同熱拌瀝青混合料相同的混合料施工質(zhì)量的施工技術(shù)。 目前對于溫拌瀝青混合料的研究, 一般局限于溫拌劑對瀝青性能影響以及對混合料拌和、碾壓溫度降低等的研究,而對混合料配合比設(shè)計及路用性能影響研究相對較少[7-8]。

研究擬選用某含蠟S 溫拌劑, 首先進行溫拌瀝青混合料AC-13 配合比優(yōu)選設(shè)計, 并與熱拌瀝青混合料AC-13 進行路用性能對比分析, 探討溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計工藝以及溫拌瀝青混合料路用性能, 進而為相關(guān)工程實踐提供借鑒與參考。

1 原材料

瀝青采用70# 基質(zhì)瀝青, 溫拌劑選用某含蠟S 溫拌劑,瀝青及溫拌劑相關(guān)指標均符合規(guī)范要求。 細集料采用0～5mm 規(guī)格石灰?guī)r機制砂, 粗集料采用5～10mm、10～15mm 規(guī)格石灰?guī)r集料,礦粉采用石灰?guī)r研磨加工。粗、細集料及礦粉指標及篩分結(jié)果見表1～2。

表1 礦粉及集料密度指標

表2 礦粉及集料密度篩分試驗結(jié)果

2 配合比優(yōu)選

根據(jù)表2 中各檔集料篩分試驗結(jié)果, 首先進行熱拌瀝青AC-13 混合料配合比優(yōu)選設(shè)計。結(jié)合規(guī)范AC-13 級配上下限規(guī)定及以往配合比設(shè)計經(jīng)驗,選取粗、中、細三種級配進行配合比優(yōu)選。 根據(jù)選取的三種合成級配分別進行密度、VV、VMA、VFA 等體積指標試驗, 最終優(yōu)選各檔集料配比為：0～5mm∶5～10mm∶10～15mm:礦粉=39∶26∶33∶2。 最佳瀝青用量為5.0%,空隙率為4.2%。

熱拌瀝青混合料設(shè)計完成后, 進行溫拌瀝青混合料配合比體積指標驗證。 其中,溫拌劑摻量根據(jù)產(chǎn)品推薦選取為瀝青質(zhì)量3%,由于室內(nèi)拌和鍋拌和質(zhì)量有限,為保證溫拌劑拌和均勻, 采用將溫拌劑與瀝青預(yù)混備用方式進使用。 同時,溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料拌和、擊實溫度控制對比如表3 所示。 按下述溫度進行體積指標驗證結(jié)果表明, 所有體積指標基本與熱拌瀝青混合料相當(dāng),且均符合規(guī)范要求。

表3 溫拌與熱拌瀝青混合料拌和、擊實溫度

3 溫拌瀝青混合料性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性作為其最重要的指標之一,一般采用車轍試驗進行表征。 車轍試驗可以模擬在高溫條件下,瀝青路面結(jié)構(gòu)層在設(shè)計標準荷載(0.7MPa)反復(fù)作用下抵抗變形的能力。 一般室內(nèi)試驗采用60℃試驗條件,經(jīng)前期探索性試驗表明, 溫拌及熱拌兩種AC-13 混合料動穩(wěn)定度相差不大。 為進一步研究溫拌劑對混合料高穩(wěn)定性影響,研究采用70℃進行車轍試驗。 試驗各采用3 次車轍試驗取均值,試驗結(jié)果如圖1 所示。

圖1 溫拌及熱拌兩種AC-13 混合料70℃車轍試驗結(jié)果

由車轍試驗結(jié)果分析可知：相較熱拌AC-13 混合料,溫拌AC-13 混合料高溫穩(wěn)定性有所提高, 提高幅度增加8%左右,且二者在70℃動穩(wěn)定度仍均滿足規(guī)范60℃指標要求。 這可能是由于隨著拌和及成型溫度的降低,瀝青膠漿高溫老化時間減短,性能衰減相對較小,在混合料級配、瀝青含量及成型質(zhì)量一致條件下, 溫拌瀝青混合料高溫穩(wěn)定性逐漸增加。

3.2 低溫穩(wěn)定性

瀝青混合料低溫穩(wěn)定性可以表征混合料在低溫條件下抵抗低溫開裂性能, 一般采用小梁彎曲試驗進行評價,表征指標主要有低溫抗拉強度與破壞應(yīng)變。 對兩種混合料進行低溫小梁彎曲試驗,試驗溫度選取-10℃,試驗結(jié)果見圖2。

圖2 溫拌及熱拌兩種AC-13 混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

低溫小梁彎曲試驗結(jié)果顯示, 相較熱拌AC-13 混合料,溫拌AC-13 混合料抗彎拉強度、破壞應(yīng)變均減小,但減小幅度較小,分別減小3.8%、0.8%,且兩種混合料破壞應(yīng)變均符合規(guī)范大于2300με 要求。 表明溫拌劑的加入在有效減小了混合料拌和、成型溫度的同時,并未對混合料低溫穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯影響。

3.3 滲水系數(shù)及水穩(wěn)定性試驗

由前述分析可知,摻入溫拌劑后混合料拌和、碾壓溫度有效降低, 但過低的試驗溫度是否會對混合料密實度及內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響進而影響水穩(wěn)定性尚需要進行相關(guān)評價。

3.3.1 滲水系數(shù)試驗

滲水系數(shù)作為瀝青路面質(zhì)量控制必檢指標, 在一定程度上可反映瀝青層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及空隙組成。 由于AC-13 一般作為上面層使用,其滲水系數(shù)要去相對較嚴,有必要對其進行相關(guān)對比分析。 采用車轍板試件進行室內(nèi)滲水試驗,每種混合料分別進行3 次測試取均值,試驗結(jié)果如表4 所示。

比較兩種混合料滲水試驗結(jié)果, 二者滲水系數(shù)差異性較小,可認為溫拌劑對混合料滲水系數(shù)沒有顯著影響。

表4 溫拌及熱拌兩種AC-13 混合料滲水試驗結(jié)果

3.3.2 水穩(wěn)定性

水損害作為瀝青路面早期病害的主要破壞形式,主要是由于配合比設(shè)計不佳或瀝青與集料配伍性較差導(dǎo)致。 相較熱拌瀝青混合料,溫拌瀝青混合料由于摻入了溫拌劑這一表面活性物質(zhì), 有可能會對瀝青與集料的粘附特性產(chǎn)生影響。 首先采用集料粘附性評價方法進行對比分析,發(fā)現(xiàn)摻加溫拌劑前、后,瀝青或溫拌瀝青與集料粘附性等級均為5 級。 由于粘附性評價為不完全定量評價方法,并未能反應(yīng)摻加溫拌劑后對混合料水穩(wěn)定性影響。 基于此,本文選用混合料水穩(wěn)定性評價方法進行對比,分別對溫拌及熱拌兩種AC-13 混合料采用浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗, 以定性分析溫拌劑是否會對混合料水穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。 試驗結(jié)果見圖3～4。

圖3 溫拌及熱拌兩種AC-13 混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果

圖4 溫拌及熱拌兩種AC-13 混合料凍融劈裂試驗結(jié)果

由圖3～4 分析可知：

(1)比較兩種混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果,相較熱拌AC-13 混合料,溫拌AC-13 混合料浸水前、后穩(wěn)定度以及殘留穩(wěn)定度均有一定下降,但下降幅度均較小,且二者殘留穩(wěn)定度均高于規(guī)范限值要求。

(2) 比較兩種混合料凍融劈裂試驗結(jié)果, 相較熱拌AC-13 混合料,溫拌AC-13 混合料凍融前、后劈裂強度以及凍融劈裂強度比均呈現(xiàn)增長趨勢, 且二者凍融劈裂強度比均高于規(guī)范限值要求。

結(jié)合滲水系數(shù)及水穩(wěn)定性試驗結(jié)果分析可知, 由于溫拌劑摻量較小,未對混合料水穩(wěn)定性造成較大影響。

4 結(jié)論

選用某含蠟S 溫拌劑, 首先進行溫拌瀝青混合料AC-13 配合比優(yōu)選設(shè)計, 并與熱拌瀝青混合料AC-13 進行路用性能對比分析, 探討溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計工藝以及溫拌瀝青混合料路用性能,得出如下結(jié)論：

(1) 進行熱拌瀝青混合料AC-13 配合比優(yōu)選設(shè)計,最終優(yōu)選各檔集料配比為：0～5mm∶5～10mm∶10～15mm∶礦粉=39∶26∶33∶2。 最佳瀝青用量為5.0%,空隙率為4.2%。

(2)混合料配合比設(shè)計顯示,溫拌劑可以在不顯著改變混合料體積指標條件下,減小混合料拌和、擊實等溫度25℃～30℃。

(3)綜合上述溫拌瀝青混合料路用性能試驗分析,在與熱拌AC-13 混合料相同的級配組成、瀝青用量條件下,溫拌劑的摻入有效降低了拌和、成型溫度,而并未對混合料路用性能產(chǎn)生明顯影響, 且部分性能如高溫穩(wěn)定性有一定程度提高。 表明在熱拌AC-13 混合料配合比設(shè)計完成后, 該類溫拌劑可在拌和樓采取直投方式進行加工,而不影響混合料整體的施工工藝。