國外道路工程中不同類型輕制瀝青的配制和轉(zhuǎn)換研究

吳清志，李 沖，吳 政

（1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司重慶分公司，重慶 401147）

0 前 言

在高等級道路工程基層施工中需要中凝型輕制瀝青如MC30和MC70作為道路工程中的透層油，以提高道路的路基層與其上層的黏結(jié)性，封閉路基表面的空隙或作為臨時保護路基層不受雨水和交通的損害。根據(jù)規(guī)范JTGF40—2004規(guī)定瀝青路面各類基層都必須噴灑透層油，瀝青層必須在透層油完全滲透基層后方可鋪筑。

在瀝青混凝土路面施工時，特別是原瀝青路面加厚時需要快凝型輕制瀝青如RC70和RC250作為黏層油，主要用于新老瀝青混凝土路面之間的黏結(jié)，也是為加強瀝青層與瀝青層之間或瀝青層與水泥混凝土路面之間的黏結(jié)需灑布的瀝青材料薄層。

很多國外工程所在國，特別是非洲國家不生產(chǎn)輕制瀝青，若進口輕制瀝青會由于價格、運輸?shù)纫蛩刂萍s著承包商。如何將進口的黏稠瀝青或石油瀝青配制成工程需要的輕制瀝青或液體石油瀝青是國際工程承包商須面對的問題，如何將不同類型的輕制瀝青之間進行轉(zhuǎn)化是國際承包商須解決的技術(shù)問題［1］。

本文提供了以美標AASHTO為基礎(chǔ)的輕制瀝青（透層油和黏層油）的配制和不同指標輕制瀝青之間的轉(zhuǎn)換實用技術(shù)。

1 輕制瀝青的技術(shù)參數(shù)

快凝型和中凝型輕制瀝青的具體技術(shù)指標見表1～2。

表1和表2為美國AASHTO標準，從表中看出輕制瀝青的技術(shù)指標的質(zhì)量控制主要是蒸餾試驗和運動黏度試驗。

表1 快凝輕制瀝青的技術(shù)指標［2］

表2 中凝輕制瀝青的技術(shù)指標［3］

國內(nèi)公路瀝青混凝土施工技術(shù)規(guī)范［4］對快凝輕質(zhì)瀝青的規(guī)定只有2種，對中凝輕制瀝青的規(guī)定有6種，其黏度檢測指標為時間秒，這與美國標準不同。

本文透層油與黏層油配制和轉(zhuǎn)化是專用于美標的國際工程。

2 配制輕制瀝青用材料及試驗

2.1 試驗材料

采用針入度為60／70，軟化點為52℃、閃點為293℃，其25℃時比重為1.015的黏稠瀝青；采用殼牌煤油，其25℃時比重為0.78；采用汽油，其25℃時比重為0.714。

采用當?shù)劁N售的汽油，其25℃時比重為0.714。

2.2 蒸餾試驗

不同汽油含量時的蒸餾試驗結(jié)果列入表3。表3中的汽油含量是指汽油體積與汽油體積加瀝青體積的和之比，黏層瀝青的拌制溫度控制范圍在100～123℃。

從表3中可看出，225℃的餾分值隨汽油含量的增加而增加，兩者之間有較好的線性關(guān)系。260℃的餾分值也隨汽油含量的增加而增加，但兩者之間呈二次曲線關(guān)系。316℃時的餾分值同樣也隨汽油含量的增加而增加，在試驗范圍內(nèi)有一峰值，過了峰值后其餾分值隨汽油含量的增加而減小。360℃時的蒸餾殘余值隨汽油含量的增加而減小，兩者之間有較好的線性關(guān)系。

表3 不同汽油含量的蒸餾試驗結(jié)果

不同煤油含量時的蒸餾試驗結(jié)果列入表4，在各個溫度下的餾分變化規(guī)律與摻汽油時的變化規(guī)律完全相同。從回歸系數(shù)來看，各回歸方程高度相關(guān)。

表4 不同煤油含量的蒸餾試驗結(jié)果

2.3 運動黏度試驗

采用從德國進口的逆流式黏度計，按AASHTO T202-91（ASTM D2171-92）試驗方法對不同摻配比例的汽油和煤油在60℃溫度下進行了的運動黏度性能試驗，其試驗結(jié)果分別列入表5和表6。

表5 不同煤油摻量的黏度試驗結(jié)果

表6 不同汽油摻量的黏度試驗結(jié)果

設X為運動黏度，而Y為煤油摻量，根據(jù)表3兩者的關(guān)系式如下：

同理，設x為運動黏度，y為汽油摻量，根據(jù)表4兩者的關(guān)系如下：

以上兩公式可推算出不同黏度所對應的煤油和汽油的摻量。

3 輕制瀝青的摻配比例

3.1 采用汽油配制各種快凝型輕質(zhì)瀝青的比例

根據(jù)AASHTO標準的要求已將上述試驗結(jié)果分析，可得到采用汽油配制各種快凝輕制瀝青的摻配比例如表7所示。

從表7中可以看出，采用汽油可配制出既滿足蒸餾試驗條件，又滿足黏度試驗條件的快凝型輕質(zhì)瀝青。只要黏度條件滿足要求，蒸餾條件自然可滿足要求，這是因為蒸餾條件范圍大于黏度限制范圍之故。表7說明汽油適合配制快凝性輕制瀝青。

表7中RC后面的數(shù)值越大，其黏度也越大，其中的汽油的含量越少，反之亦然。

表7 采用汽油配制快凝型輕質(zhì)瀝青的比例

汽油揮發(fā)性大，施工需特別注意安全。

已知配制快凝輕制瀝青的摻配比例，可將表中4種輕制瀝青之間進行轉(zhuǎn)換。

3.2 快凝型輕質(zhì)瀝青中黏稠瀝青和汽油用量與汽油摻量和比重之間的關(guān)系式

從表7看出，快凝型低黏度輕制瀝青向高黏度輕制瀝青轉(zhuǎn)化時需增加其黏度，而高黏度輕制瀝青向低黏度輕制瀝青轉(zhuǎn)化時需降低其黏度，可通過增加瀝青或增加汽油含量來實現(xiàn)。

設快凝型輕制瀝青中汽油含量為m，汽油和瀝青的重量分別為Wp和Wb，密度分別為ρp和ρb，體積分別為Vp和Vb，快凝輕制瀝青的總體積為V，計算公式為：

由式（3）有

將Wb＝Vbρb和Wp＝Vpρp代入（5）式中，整理有：

由（4）和（6）可得：

設km＝1／［1＋（1／m-1）ρp／ρb］，則式（7）和式（8）簡化為：

由式（3）到（10）可計算出表4中已知體積V任何快凝型輕制瀝青中黏稠瀝青和汽油的重量和體積。

進一步，根據(jù)式（3）和（4）可推導出快凝型輕制瀝青的混合密度ρ與汽油摻量，汽油和黏稠瀝青的密度之間的關(guān)系公式如下：

配制1000L中凝型輕制瀝青其混合密度、黏稠瀝青和汽油混合前后的體積和重量計算結(jié)果列入表8。

表8 1000L輕制瀝青混合密度、黏稠瀝青和汽油的體積和重量計算結(jié)果

3.3 采用煤油配制各種中凝型輕質(zhì)瀝青的比例

根據(jù)AASHTO標準的要求和上述試驗結(jié)果分析，可得到采用煤油配制各種中凝型輕質(zhì)瀝青的摻配比例如表9～10所示。

表9 采用煤油配制中凝型輕質(zhì)瀝青的比例

表10 采用煤油配制中凝型輕質(zhì)瀝青的配制比例

3.4 中凝型輕質(zhì)瀝青中黏稠瀝青和煤油用量與煤油摻量和比重之間的關(guān)系式

從表9看出，中凝型低黏度輕制瀝青向高黏度輕制瀝青轉(zhuǎn)化時需增加其黏度，而高黏度輕制瀝青向低黏度輕制瀝青轉(zhuǎn)化時需降低其黏度，可通過增加瀝青或增加煤油含量來實現(xiàn)。

設中凝型輕制瀝青中煤油含量為n，煤油和黏稠瀝青的重量分別為Wp和Wb，密度分別為ρk和ρb，體積分別為Vk和Vb，中凝瀝青的總體積為V。其公式為：

由式（12）有

將Wb＝Vbρb和Wk＝Vkρk代入（14）式中，整理有：

由式（13）和（15）可得：

設kn＝1／［1＋（1／n-1）ρk／ρb］，則式（16）和式（17）簡化為：

由式（12）到（19）可計算出表4中已知體積V任何中凝型輕制瀝青中黏稠瀝青和煤油的重量和體積。

進一步，根據(jù)式（13）和（14）可推導出輕制瀝青的混合密度ρ與煤油摻量，煤油和黏稠瀝青的密度之間的關(guān)系如下：

配制1000L中凝型輕制瀝青其混合密度、黏稠瀝青和汽油混合前后的體積和重量計算，最終結(jié)果列入表11。

表11 1000L中凝型輕制瀝青混合密度、黏稠瀝青和煤油的體積及重量計算結(jié)果

已知中凝輕制瀝青的摻配比例，可對以上各規(guī)格瀝青之間進行轉(zhuǎn)換。

從滿足AASHTO蒸餾限制條件來看，煤油適用于配制中凝型輕制瀝青；而汽油適用于快凝性輕制瀝青的配制。配制中凝型輕質(zhì)瀝青的精度要求大于配制快凝型輕質(zhì)瀝青的要求，采用煤油配制輕質(zhì)瀝青的安全性高于采用汽油配制輕質(zhì)瀝青。

4 輕制瀝青配制的施工方法

當有地磅時，可采用地磅進行準確的稱量。

當無地磅時，假設采用10000L的瀝青撒布車，油量由油標刻度直接讀數(shù)，讀數(shù)精度為100L，當配制6000L輕制瀝青時，其最大讀數(shù)誤差為1.6%。一次配置輕制瀝青的數(shù)量愈多，其誤差愈小，配制愈準確。配油時先加瀝青后加煤油或汽油，加完煤油后靠灑布車自帶的油泵打循環(huán)進行攪拌。

5 黏層油之間的轉(zhuǎn)化計算公式

5.1 由低黏度到高黏度快凝型輕制瀝青（黏層油）的轉(zhuǎn)化計算公式

快凝型輕制瀝青低黏度中汽油含量為m1（現(xiàn)值），需將其轉(zhuǎn)化為高黏度，其汽油含量為m2（目標值）。由低黏度向高黏度轉(zhuǎn)換需保持輕制瀝青中汽油的含量不變而增加黏稠瀝青的用量，有m值的定義為：

由（21）和（22）式可推導出需要加入的額外黏稠瀝青量

將低黏度快凝型輕制瀝青RC70由低黏度到高黏度（RC250）轉(zhuǎn)化計算實例列于表12。

表12 將低黏度快凝型輕制瀝青由低黏度到高黏度轉(zhuǎn)化計算實列

表12中保持汽油摻量Wp不變，在原輕制瀝青的基礎(chǔ)上額外增加黏稠瀝青量Wbx，其他內(nèi)容則按比重與重量和體積的關(guān)系計算得到。按汽油含量進行校核，與目標值m2相同，則說明計算正確。

5.2 由高黏度到低黏度快凝型輕制瀝青的轉(zhuǎn)化計算公式

快凝型輕制瀝青高黏度中汽油含量為m1（現(xiàn)值），需將其轉(zhuǎn)化為低黏度，其汽油含量為m2（目標值）。由高黏度向低黏度轉(zhuǎn)換需保持輕制瀝青中黏稠瀝青的含量不變而增加汽油的用量Xp，有m值的定義有：

由（24）和（25）式可推導出需要加入的額外汽油量為

將高黏度快凝型輕制瀝青RC250轉(zhuǎn)化低黏度RC70的計算實例列于表13。表中保持黏稠瀝青摻量，額外增加汽油量Xp，其他內(nèi)容則按比重與重量和體積的關(guān)系計算得到?？砂雌秃窟M行校核，與目標值m2相同，則說明轉(zhuǎn)換計算正確。

表13 將高黏度快凝型輕制瀝青轉(zhuǎn)換為低黏度輕制瀝青的計算實例

5.3 黏層油黏度過大或過小時摻配比例的調(diào)配

當黏層油的黏度過大時，可參照5.2節(jié)進行調(diào)整，當黏層油的黏度過小時，可參照5.1節(jié)進行調(diào)整。通過以上調(diào)整，可確保輕制瀝青的產(chǎn)品滿足規(guī)范要求。該方法可用于生產(chǎn)廠產(chǎn)品的控制，也可用于現(xiàn)場的施工質(zhì)量控制。

因汽油揮發(fā)性比較大，產(chǎn)品放久了或在運輸過程中容器有空洞，受氣候的影響，會導致產(chǎn)品變化，按本案提供的方法，可確保工程中所應用的產(chǎn)品一定是滿足規(guī)范要求的產(chǎn)品。

6 透層油之間的轉(zhuǎn)化計算

6.1 由低黏度到高黏度中凝型輕制瀝青的轉(zhuǎn)化

計算公式與式（21）到（23）相同，將摻量m值改為n值即可。

由低黏度向高黏度轉(zhuǎn)化時，需保持煤油摻量不變，增加瀝青用量即可。

保持煤油摻量Wp不變，額外增加黏稠瀝青量Wbx，其他內(nèi)容則按比重與重量和體積的關(guān)系計算得到。按煤油含量進行校核，與目標值n2相同，則說明計算正確。將低黏度中凝型輕制瀝青轉(zhuǎn)換為高黏度輕制瀝青的轉(zhuǎn)化計算實例列于表14。

表14 將低黏度中凝型輕制瀝青轉(zhuǎn)換為高黏度輕制瀝青的轉(zhuǎn)化計算

6.2 由高黏度到低黏度中凝型輕制瀝青的轉(zhuǎn)化

中凝型輕制瀝青高黏度中煤油含量為n1（現(xiàn)值），需將其轉(zhuǎn)化為低黏度，其煤油含量為n2（目標值）。由高黏度向低黏度轉(zhuǎn)換需保持輕制瀝青中黏稠瀝青的含量不變而增加煤油的用量，與公式（24）～（26）相同，將其中的m值改為n值即可。將高黏度中凝型輕制瀝青轉(zhuǎn)換為低黏度中凝型輕制瀝青的計算列于表15。

表15 將高黏度中凝型輕制瀝青轉(zhuǎn)換為低黏度中凝型輕制瀝青的計算

6.3 透層油黏度過大或過小時摻配比例的調(diào)配

當透層油的黏度過大或過小時，可參照前面介紹的方法進行調(diào)整。通過調(diào)整可確保所使用的產(chǎn)品完全滿足規(guī)范要求，可接受任何嚴格的檢查和檢測，確保工程施工質(zhì)量。

7 結(jié) 語

（1）采用輕制瀝青的配制系數(shù)，可快速完成中凝性和快凝性輕制瀝青的配制。

（2）采用混合密度的計算公司可快速計算出不同輕制瀝青的密度。

（3）采用本文的方法可快速完成不同黏度輕制瀝青之間的轉(zhuǎn)換。

（4）采購輕制瀝青存在工廠配制、裝桶、海運、路運、海運和路運的裝卸、保管、堆放等工序，其成本會大于承包商自己配制輕制瀝青而且時間不可控。自行配制黏層油和透層油的經(jīng)濟效益比較可觀，最關(guān)鍵的自行配輕制瀝青不受供應貨源的限制，隨需隨配，十分方便。采用一臺瀝青撒布車即可完成透層油和黏層油的配制工作和撒布工作，充分提高施工設備的使用效率，降低工程成本，提供國際承包商在海外市場的競爭能力。

（5）本文介紹的方法滿足AASHTO標準中快凝型和中凝型輕制瀝青的配制，可對低黏度到高黏度或從高黏度到低黏度輕制瀝青自由轉(zhuǎn)換。可在施工現(xiàn)場自行配制輕制瀝青，可對黏度過大或過小的輕制瀝青自行調(diào)配。