抗車轍劑改性瀝青混合料動穩(wěn)定度變異性研究

樊長昕，王 威

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

抗車轍劑是瀝青混合料外摻改性劑，直接加入到瀝青混合料拌和站中，無需進行瀝青的改性及儲存，施工簡便且效果良好，通常應用在重載及高溫瀝青路面的中面層，可顯著改善瀝青混合料夏季抵抗變形的能力[1]。目前，我國瀝青混合料高溫性能的評價方法主要是車轍試驗，抗車轍劑改性瀝青混合料動穩(wěn)定度需達到2 800次/mm，且同一試驗變異系數(shù)不大于20%[2]。眾多學者對抗車轍劑改性瀝青混合料高溫性能的影響因素做了大量研究。王淑穎認為瀝青種類、抗車轍劑和級配會影響瀝青混合料抗車轍性能[3]；張爭奇等人探討了抗車轍劑摻加量及礦料級配對瀝青混合料高溫抗車轍劑性能的影響規(guī)律[4]；馬峰等人認為抗車轍劑改性瀝青混合料的礦料粒徑和制備方法會影響其高溫性能[5]。

在施工、檢測、科研試驗中，同一樣品、同樣生產(chǎn)工藝的抗車轍劑改性瀝青混合料成型的車轍試件，得到的動穩(wěn)定度依然會出現(xiàn)變異性偏大的情況。由于瀝青混合料是復雜的混合物，往往由3到5種不同尺寸規(guī)格的集料配合應用，其中材料自身及取樣代表性不足造成的變異性，極易造成礦料配比變異性過大，進而影響瀝青混合料性能穩(wěn)定[6]。因此，本文主要考察集料的取樣方法對其礦料配比和抗車轍劑改性瀝青混合料動穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響，分析結(jié)果得出結(jié)論。

1 試驗

1.1 試驗原材料

1.1.1 抗車轍劑

抗車轍劑選用工程應用規(guī)模較廣的3種品牌的樣品，分別是德國巴塞爾公司的Domix抗車轍劑、法國PR PLAST.S抗車轍劑、深圳路特公司的LT抗車轍劑，其主要技術(shù)指標見表1。

表1 抗車轍劑技術(shù)指標

1.1.2 瀝青

選用加德士90號A級基質(zhì)瀝青，各項性能指標均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，其試驗結(jié)果見表2。

表2 基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果

1.1.3 礦料

粗集料為山西壽陽縣聚興采石場的石灰?guī)r碎石，細集料為山西文水縣產(chǎn)機制砂，填料為廣西興安石灰?guī)r礦粉，各項指標滿足路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40—2004的要求[7]。

1.2 試驗工藝

采用中粒式密級配石灰?guī)rAC-20瀝青混合料，油石比與實體工程一致，為4.5%?？管囖H劑為瀝青混合料質(zhì)量的0.4%。

為控制試驗誤差，瀝青混合料由同一人進行操作成型。拌和溫度175℃～180℃，壓實溫度155℃～160℃。采用標準碾壓成型的長300 mm×寬300 mm×高50 mm的車轍試件。車轍試驗溫度60℃，壓力0.7 MPa。試驗設備為北京航天航宇測控技術(shù)研究所生產(chǎn)的HYCZ-5型車轍試驗機。

2 結(jié)果與分析

2.1 集料取樣方法對礦料配比的影響

車轍試件的礦料配比與其取樣方法密切相關(guān)[8]。通常粗細集料需要按照目標配合比設計的質(zhì)量比分別取樣混合，礦粉直接稱量最后加入拌和鍋。規(guī)范要求粗細集料取樣縮分采用分料器法或者四分法。工程中成型試件操作不規(guī)范時會采用直接取樣稱量的方法。逐檔篩分復配法是將各規(guī)格的集料篩分后按每個篩孔的通過率復配。

本試驗將粗細集料按照直接取樣法、四分法和逐檔篩分復配法分別取樣，然后再次篩分，對比實際通過率與目標配合比的誤差。不同取樣法礦料配比通過率見表3。

表3 不同取樣法礦料配比通過率 %

結(jié)果表明：粗細集料不同的取樣方法，對車轍試件礦料配比通過率影響很大。直接取樣法誤差最大，整體粒徑偏粗，其中19 mm篩通過率已經(jīng)超過級配要求下限，誤差8.1%；16 mm篩通過率誤差達7.5%。四分法礦料取樣結(jié)果與目標配合比基本一致，其實際通過率與目標配合比最大誤差僅為1.8%，可有效避免取樣時粗細集料發(fā)生離析現(xiàn)象。逐檔篩分復配法是通過各篩孔分別稱量取樣的，其實際通過率和目標配合比保持一致，可為瀝青混合料試驗提供一種礦料基準配比，但是需要將全部集料提前篩分，工作繁復，實際應用較少。

2.2 集料取樣方法對動穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響

通過3種不同的集料取樣方法配制車轍試件用礦料，分別進行抗車轍劑改性瀝青混合料的車轍試驗，每組做3次平行試驗，試驗結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明：3種抗車轍劑瀝青混合料動穩(wěn)定度均大于5 000次/mm，滿足JTG F40—2004規(guī)范中改性瀝青混合料動穩(wěn)定度不小于2 800次/mm的要求。同等條件下，3種抗車轍劑改性瀝青混合料高溫性能優(yōu)劣對比情況為PR PLAST.S>LT>Domix抗車轍劑。集料的取樣方法對動穩(wěn)定度的平均值影響不大，3種抗車轍劑Domix、PR PLAST.S和LT改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度最大誤差為10.17%、5.89%、9.48%。

表4 不同取樣法抗車轍劑瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

為了更加直觀清晰地表明動穩(wěn)定度變異系數(shù)的變化情況，圖1列出了3種不同的集料取樣方法對瀝青混合料動穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果顯示：集料取樣方法造成的礦料配比差異性直接影響瀝青混合料動穩(wěn)定度的變異系數(shù)。3種抗車轍劑呈現(xiàn)同樣的規(guī)律，即直接取樣法>四分法>逐檔篩分復配法。其中采用直接取樣法的變異系數(shù)已超過20%，不滿足JTG E20—2011中變異系數(shù)不大于20%的要求。四分法的變異系數(shù)在12%～16%之間，滿足規(guī)范中變異性的要求。逐檔篩分復配法配制的瀝青混合料，變異系數(shù)在4%～7%之間，說明具有非常好的穩(wěn)定性。

圖1 集料取樣方法對動穩(wěn)定度變異系數(shù)的影響

分析原因主要是粗細集料不同的取樣方法，對車轍試件礦料配比的影響很大。當平行試件礦料的組成配比離散性過大時，其瀝青混合料動穩(wěn)定度的均勻性難以保證，變異系數(shù)過大，由此導致瀝青路面性能的不穩(wěn)定，局部出現(xiàn)變形破壞。逐檔篩分復配法礦料配比與目標配合比具有良好的一致性，因而其3個平行試驗的變異系數(shù)最低。四分法作為常用取料方法，試驗和工程實踐都證明是行之有效的方法，通過多次縮分能最大程度地避免集料的離析，保證瀝青混合料性能在可控誤差內(nèi)。直接取樣法具有很大的隨機性，平行試件中粗細集料的配比很難穩(wěn)定，由于同樣質(zhì)量的粗細集料比表面積不同造成混合料有效油石比發(fā)生變化，進而嚴重影響結(jié)果的變異系數(shù)。

3 結(jié)論

a）抗車轍劑改性瀝青混合料動穩(wěn)定度的變異性與其礦料配比密切相關(guān)。粗細集料不同的取樣方法，對車轍試件礦料配比影響很大。礦料的配比與目標配合比誤差越大，其結(jié)果的變異系數(shù)越大。

b）逐檔篩分復配法與目標配合比一致，可為瀝青混合料試驗提供一種礦料基準配比，且其變異系數(shù)最小。四分法作為常用取料方法，可最大程度地避免集料的離析，保證瀝青混合料性能在可控誤差內(nèi)。直接取樣法具有很大的隨機性，其礦料配比誤差最大，整體粒徑偏粗，變異系數(shù)已超過20%，不符合規(guī)范要求。

c）為保障抗車轍劑改性瀝青混合料的性能穩(wěn)定，施工生產(chǎn)過程中應嚴格監(jiān)測各檔礦料配比。