膠粉改性瀝青路面有效壓實溫度與合理壓實工藝研究

藺鳳宇

（天津市國騰新立公路工程試驗檢測有限公司，天津 300000）

膠粉改性瀝青采用廢舊輪胎加工成的廢胎膠粉作改性劑，由于廢胎膠粉主要成分橡膠類物質的彈性較好，以它為改性劑加工而成的膠粉改性瀝青彈性和黏度高，在施工過程中會存在不易壓實、施易性較差的問題，特別是當施工溫度控制不良、壓實工藝不合理時，膠粉改性瀝青混合料的壓實度很難保證。為此，本文結合天津市唐津高速公路改擴建工程，通過室內和現(xiàn)場試驗，開展膠粉改性瀝青混合料有效壓實溫度與合理壓實工藝的相關研究，確定適用于膠粉改性瀝青路面的壓實溫度和壓實工藝，最終用于指導施工。

1 試驗方案

1.1 室內試驗

通過室內試驗研究膠粉改性瀝青混合料的有效壓實溫度。采用山東濱州產膠粉改性瀝青，廢胎膠粉摻量為18%、細度為60～80目，各項檢測指標見表1。

表1 膠粉改性瀝青各項指標檢測結果

續(xù)表1

瀝青混合料采用Superpave 方法進行設計，見表2和表3。

表2 瀝青混合料級配組成

表3 配合比設計成果及路用性能驗證

1.2 現(xiàn)場試驗

通過現(xiàn)場試驗研究膠粉改性瀝青混合料的合理壓實工藝。采用JDC-3 型建筑電子測溫儀（即溫度傳感器）實測不同壓實條件下，膠粉瀝青混合料的內部溫度[1]。見圖1。

圖1 測溫儀布設位置

2 試驗結果分析

2.1 室內試驗

2.1.1 有效壓實溫度

首先設定初壓溫度，之后以10 ℃為步長，逐漸降低成型溫度制備試件，測試試件密度、計算以空隙率為代表的體積參數，得到成型溫度與空隙率之間的關系曲線。對于膠粉改性瀝青而言，初壓溫度設定為170 ℃，瀝青混合料的設計空隙率為4%，考慮到壓實度≮98%的要求，現(xiàn)場空隙率應≤6%。見圖2。

圖2 膠粉改性瀝青混合料成型溫度與空隙率關系曲線

由圖2可知：隨著成型溫度的降低，空隙率逐漸增大；當成型溫度為120～170 ℃時，空隙率表現(xiàn)為緩慢增長；而當成型溫度由120 ℃下降至110 ℃時，空隙率陡增。

為量化分析成型溫度與空隙率關系，根據圖2 數據計算每降低10 ℃時空隙率的增加量，見表4。

表4 膠粉改性瀝青混合料成型溫度與空隙率變化量

由表4 可知：當成型溫度為140～170 ℃時，每降低10 ℃、空隙率增加量僅為0.2%，變化幅度很小，這說明，在該溫度區(qū)間內壓實成型的瀝青混合料，壓實效果沒有太大差別；當成型溫度為120～140 ℃時，每降低10 ℃，空隙率增加量為0.4%～0.5%，變化幅度明顯大于前一溫度區(qū)間，此時，雖然壓實后瀝青混合料仍滿足空隙率≤6%的要求，但不同溫度下瀝青混合料的壓實效果已經出現(xiàn)了一定程度的差別；當成型溫度由120 ℃下降至110 ℃時，空隙率增加量為3.8%，空隙率急劇增大，而且在該溫度區(qū)間內壓實的瀝青混合料空隙率＞6%，已不能滿足相關技術要求。

空隙率為6%時的成型溫度臨界點約為120 ℃，當施工溫度低于該數值時，膠粉改性瀝青混合料的壓實效果較差，無法達到設計施工要求。該臨界點即為終壓完成時的控制溫度，一般也稱為有效壓實溫度[2]。

已有研究表明[3～6]，瀝青混合料溫度越高、壓實效果越好。因此，為保證良好的壓實度，在施工中應盡量在140～170 ℃階段完成初壓工序并開始1～2 遍復壓。

2.1.2 有效壓實時間

瀝青混合料在有效壓實溫度范圍內成型，才能保證其良好的壓實效果[7]。根據試驗結果，膠粉改性瀝青混合料的有效壓實溫度不能低于120 ℃，故可采用該溫度來確定混合料的有效壓實時間。見圖3和圖4。

圖3 不同施工日期中面層SUP-20混合料壓實溫度變化

圖4 不同施工日期表面層SUP-13混合料壓實溫度變化

由圖3 和圖4 可知，瀝青混合料從攤鋪結束到溫度降至 120 ℃，中面層 SUP-20 共用時 30～36 min，表面層SUP-13 共用時24～29 min。由于SUP-13 的厚度比SUP-20 薄，與外界溫度交換速率快、降溫速度也較快，導致其有效壓實時間明顯小于SUP-20混合料。綜合考慮現(xiàn)場施工的變異性和統(tǒng)計規(guī)律，可確定兩種膠粉改性瀝青混合料的有效碾壓時間，分別為：中面層 SUP-20 混合料為 30～35 min、表面層 SUP-13 混合料為 25～30 min[8～10]。

2.2 現(xiàn)場試驗

2.2.1 壓路機合理組合方式

選擇兩種壓路機組合方式進行對比。其中：碾壓方式I 為初壓采用鋼輪壓路機碾壓3 遍，復壓采用膠輪壓路機碾壓3遍，終壓采用鋼輪壓路機碾壓2遍，共8 遍；碾壓方式II為初壓第1 遍采用鋼輪壓路機碾壓1遍、第2遍采用膠輪壓路機碾壓1遍，復壓采用鋼輪壓路機和膠輪壓路機交替碾壓各2 遍、終壓采用鋼輪壓路機碾壓2遍，共8遍。

試驗時，保證兩種碾壓方式的初壓溫度相同、終壓結束時瀝青混合料的溫度高于120 ℃[11]。見圖5。

圖5 不同組合方式下膠粉改性瀝青混合料壓實溫度與時間關系

由圖5 可知：采用碾壓方式II 的瀝青混合料降溫速率較慢，混合料從攤鋪完成到溫度降至120 ℃，共用時約28 min，比碾壓方式I 增加了近5 min，有效碾壓時間明顯延長，有利于膠粉瀝青混合料的壓實成型，壓實效果較好。分析原因主要是由于碾壓方式I的前3 遍壓實均采用鋼輪壓路機，鋼輪灑水隔離時，路面降溫較為明顯，熱量散失較快；而碾壓方式II 從第2 遍壓實開始即使用膠輪壓路機，不存在灑水隔離的問題，與碾壓方式I 相比，路面的熱量損失小，路面降溫不顯著，而且膠輪壓路機的搓揉作用在溫度較高時效果最好，混合料的壓實度容易保證?？梢?，對于高黏、高彈的膠粉改性瀝青而言，采用碾壓方式Ⅱ較為合理。

2.2.2 合理碾壓長度

合理安排壓路機數量、選定壓路機的合理碾壓速度，通過計算得到合理的碾壓長度。見表5。

表5 路面施工中常用的壓路機碾壓速度 km/h

根據有效壓實時間與碾壓方式，可以計算出不同混合料的合理碾壓長度。計算結果為：中面層SUP-20 混合料合理碾壓長度為25 m、表面層SUP-13 混合料合理碾壓長度為 20 m[12～13]。

3 結論

1）有效壓實溫度不能低于120 ℃。

2）中面層SUP-20 混合料有效碾壓時間為30～35 min、表面層SUP-13 混合料有效碾壓時間為25～30 min。

3）壓路機合理組合方式：初壓第1 遍采用鋼輪壓路機緊跟攤鋪機高頻低幅、去振回振碾壓（2 min 內完成），初壓第二遍采用膠輪壓路機緊跟鋼輪壓路機碾壓，復壓采用鋼輪壓路機和膠輪壓路機交替碾壓，終壓采用鋼輪壓路機收面。碾壓總遍數控制在8～10遍。當氣溫偏低風速較大時，初壓第1 遍可采用膠輪壓路機碾壓。

4）合理碾壓長度：中面層SUP-20 混合料合理碾壓長度為25 m，表面層SUP-13 混合料合理碾壓長度為20 m。

本文所提出的膠粉改性瀝青路面合理壓實工藝，有利于保證路面壓實效果，從而提高工程質量。