高固含量乳化型改性中溫瀝青路面施工技術(shù)

張歡

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

在冬季氣溫低于0℃的地區(qū)，傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料難以適應(yīng)施工要求，會影響工期，且養(yǎng)護成本較高。在這種情況下，可采用乳化型中溫瀝青混合料替代熱拌瀝青混合料，該混合料的拌和溫度、攤鋪溫度與壓實溫度處在溫拌和冷補兩種混合料類型之間，路面性能可達到與熱拌瀝青混合料相同的標準。但由于中溫瀝青中水分較多，施工中產(chǎn)生蒸發(fā)，對實際的拌和效果與施工溫度都有很大影響，亟需加以有效改進。以下結(jié)合某試驗段實際情況，對其高固含量乳化型改性中溫瀝青路面施工進行分析。

1 配合比設(shè)計

1.1 原材料

某工程試驗段，高固含量乳化型改性中溫瀝青的技術(shù)要求和實測結(jié)果為：

（1）固含量：不低于70%，實測結(jié)果為74.5%；

（2）80℃溫度條件下的黏度：不超過3Pa·s，實測結(jié)果為0.325Pa·s；

（3）針入度（25℃，100g，5s）：應(yīng)保持在30～60（0.1mm）范圍內(nèi)，實測結(jié)果為50（0.1mm）；

（4）延度（5℃，1cm/min）：不低于20cm，實測結(jié)果為28cm；

（5）軟化點（環(huán)球法）：不低于60℃，實測結(jié)果為71.5℃。配合比試驗所用礦料為玄武巖礦料和粒徑在0～0.3mm 范圍內(nèi)的石灰?guī)r礦粉，其各項技術(shù)指標均能達到相關(guān)規(guī)范提出的要求[1]。

1.2 礦料級配

對于中溫混合料，其礦料級配范圍和熱拌混合料基本一致，以試驗段篩分結(jié)果為依據(jù)，對不同用量比例予以調(diào)整，確定如表1所示的合成級配。

表1 合成級配

1.3 最佳油石比

對于中溫混合料，其拌和時會產(chǎn)生明顯質(zhì)量損失，根據(jù)工程實際應(yīng)用情況，對于初試油石比，建議取熱拌混合料對應(yīng)的油石比和中溫瀝青實際固含量的商。按照經(jīng)驗公式和以上合成級配，采用式（1）通過計算可得，采用熱拌混合料時，瀝青用量等于4.69%；據(jù)此，采用式（2）通過計算可得，采用中溫混合料時，其初試油石比可取6.3%[2]。

式（1）中：P為熱拌混合料瀝青用量（%）；A為粒徑在2.36mm 以上顆粒的質(zhì)量百分率（%）；B為粒徑在0.3～2.36mm 范圍內(nèi)顆粒的質(zhì)量百分率（%）；C為粒徑在0.075～0.3mm范圍內(nèi)顆粒的質(zhì)量百分率（%）；D為粒徑在0.075mm以下顆粒的質(zhì)量百分率（%）。

式（2）中：Q為中溫混合料的初試油石比（%）；P為熱拌混合料瀝青用量（%）；n為高固含量乳化型改性中溫瀝青固含量（%）。

根據(jù)經(jīng)計算確定的初試油石比，通過馬歇爾試驗明確最佳油石比。根據(jù)規(guī)范的要求，分別拌和五種油石比的混合料，這五種油石比分別為5.7%、6.0%、6.3%、6.6%和6.9%，并制備試件，然后對不同油石比試件對應(yīng)的試驗結(jié)果進行測定。按照試驗結(jié)果進行各指標關(guān)系的繪制，確定最佳油石比為6.2%[3]。

2 施工工藝

2.1 混合料拌和

根據(jù)相關(guān)研究成果并結(jié)合工程實際應(yīng)用經(jīng)驗可知，中溫瀝青含水量相對較大，會使混合料拌和過程中產(chǎn)生水蒸氣，對拌和樓的正常稱重計量造成影響，使生產(chǎn)效率降低，還有可能使拌和設(shè)備產(chǎn)生銹蝕；另外，拌和樓對兩種類型的混合料進行切換拌和的過程中，可能會由于熱拌混合料拌和過程中的加熱溫度比中溫混合料高，而使中溫瀝青產(chǎn)生很多水蒸氣，導(dǎo)致瀝青管道出現(xiàn)負壓，對瀝青的正常泵送造成影響。對此，有必要對拌和樓實施改造，改造方法為：在一、二級提升設(shè)備和拌和鍋的位置分別增設(shè)水蒸氣收集及排放裝置。

2.2 施工溫度

現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范提出，對于采用普通瀝青拌和而成的混合料，其拌和和壓實的溫度需根據(jù)黏溫曲線對應(yīng)的等黏溫度進行確定，即將黏度為0.15～0.19Pa·s 時的溫度作為混合料拌和溫度，將黏度為0.25～0.31Pa·s 時的溫度作為混合料壓實溫度。而對于采用改性瀝青拌和而成的混合料，其施工溫度要比采用普通瀝青拌和而成的混合料高出10～20℃。若沒有結(jié)合改性瀝青自身流變特性來確定適宜的溫度，則采用以上方法確定的溫度，僅可作為施工中的參考溫度[4]。

通過對黏溫曲線進行的回歸處理，可得出以下中溫瀝青黏溫計算公式：

式 （3） 中：N為中溫瀝青的表觀黏度 （Pa·s）；T為黏度試驗溫度（℃）。

采用式（3）通過計算可得，采用普通中溫瀝青拌和而成的混合料，其拌和溫度為150～180℃，壓實溫度為60～105℃。基于此，可推算出采用改性中溫瀝青拌和而成的混合料的拌和溫度為160～190℃，壓實溫度為70～125℃。從工程實際應(yīng)用狀況看，以上溫度均相對較高。

基于以上混合料配合比，以實際的出料溫度為依據(jù)對集料加熱溫度進行調(diào)整，在拌和樓中分別拌制五種溫度的混合料，這五種溫度分別為100℃、110℃、120℃、140℃和160℃，并配備成試件進行馬歇爾試驗。經(jīng)試驗可知，當擊實溫度升高時，混合料的空隙率明顯減小，其減小速率有不斷減小的趨勢，在105℃的溫度條件下保持穩(wěn)定，由此可將該溫度作為最佳擊實溫度。采用熱力學(xué)公式進行計算，并結(jié)合以往的工程實踐經(jīng)驗，可得出以下施工溫度：瀝青加熱溫度按75～90℃控制；集料加熱溫度按150～165℃控制；出料溫度按125～140℃控制；當混合料溫度超過140℃時，應(yīng)廢棄；正常氣溫條件下攤鋪時，溫度應(yīng)不低于110℃，在低溫季節(jié)進行攤鋪時，溫度應(yīng)不低于125℃；正常氣溫條件下初壓開始時的溫度應(yīng)不低于105℃，在低溫季節(jié)初壓開始時的溫度應(yīng)不低于120℃；碾壓終了時混合料表面溫度應(yīng)不低于75℃；當溫度下降至50℃以下時，方可開放路面交通。

2.3 室內(nèi)成型

規(guī)范指出，對瀝青混合料進行生產(chǎn)時，應(yīng)做好外觀、溫度、級配及油石比的檢驗，并開展馬歇爾、浸水馬歇爾及車轍等試驗。由于中溫混合料屬性比較特殊，施工中從拌和樓獲得的混合料會由于試驗過程中溫度無法達到均勻而影響試件的成型效果，進而影響馬歇爾穩(wěn)定度。因此，在試件成型時，可采用以下幾種方法：

（1）在拌和樓拌和生產(chǎn)的混合料，先放入溫度為120℃的烘箱內(nèi)靜置2h 的時間，然后在雙面分別擊實75次，使試件的高度保持在62.2～64.8mm范圍內(nèi)。

（2）在拌和樓拌和生產(chǎn)的混合料，取適量放入溫度為120℃的烘箱內(nèi)靜置2h的時間，然后采用115℃的擊實溫度在雙面分別擊實50次，再與試模一同采用側(cè)面豎立的形式放入溫度為120℃的烘箱內(nèi)靜置30min的時間，最后再對雙面分別擊實25次，使試件的高度保持在62.2～64.8mm范圍內(nèi)。

（3）在拌和樓拌和生產(chǎn)的混合料，取適量放入溫度為120℃的烘箱內(nèi)靜置30min 的時間，然后采用115℃的擊實溫度在雙面分別擊實50 次，再與試模一同采用側(cè)面豎立的形式放入溫度為120℃的烘箱內(nèi)靜置2h 的時間，最后再對雙面分別擊實25 次，使試件的高度保持在62.2～64.8mm范圍內(nèi)。

在養(yǎng)生結(jié)束后，對以上三組試件分別進行馬歇爾穩(wěn)定度實測，具體的測試結(jié)果為：采用方法（1）成型的試件，其空隙率為4.9%，穩(wěn)定度為12.30kN，流值為37（0.1mm）；采用方法（2）成型的試件，其空隙率為 4.4%， 穩(wěn)定度為 10.44kN， 流值為 35（0.1mm）；采用方法（3）成型的試件，其空隙率為4.0%，穩(wěn)定度為14.04kN，流值為30（0.1mm）。從以上結(jié)果可以看出，即便混合料完全相同，而采用不同的方法成型，其空隙率和穩(wěn)定度可能出現(xiàn)很大的差別，在以上三種成型方法中，以方法（3）的空隙率與穩(wěn)定度較好?；诖?，在無特殊要求的情況下，優(yōu)先采用方法（3）進行試件成型。

3 質(zhì)量檢測

將試驗段鋪筑完成后，通過隨機取樣檢測確定路面的厚度與壓實度，結(jié)果如表2所示。

表2 路面質(zhì)量檢測結(jié)果

從以上檢測結(jié)果可知，鋪筑層的厚度需按照35～50mm 的范圍嚴格控制，空隙率不能超過3%～6%，穩(wěn)定度應(yīng)達到8kN 以上，壓實度不得低于96%。以上各取樣點中，穩(wěn)定度、孔隙率和壓實度都能達到要求，由于路面下面層的平整度較差，使局部中溫混合料上面層的實際厚度偏大。由此可見，以上施工工藝方法及控制要點可滿足大規(guī)模推廣應(yīng)用中溫混合料的基本技術(shù)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，能從根本上解決傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料難以在低溫地區(qū)使用的難題，但在施工中應(yīng)做好配合比設(shè)計、拌和設(shè)備改造及施工溫度控制，以提高高固含量乳化型該型中溫瀝青的應(yīng)用效果。