溫拌劑摻量優(yōu)選及混合料有效壓實(shí)時(shí)間研究

田孝武,崔培強(qiáng),歐陽奕波

（葛洲壩集團(tuán)交通投資有限公司,湖北 武漢 430070）

0 引言

為保障低溫環(huán)境下瀝青路面施工質(zhì)量，通常會(huì)在瀝青混合料中添加溫拌劑改善其施工性能，降低瀝青混合料的拌和及施工溫度，拓寬有效施工溫度范圍，延長有效壓實(shí)時(shí)間，保障瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量[1-2]。但溫拌劑的摻入勢(shì)必會(huì)增加工程造價(jià)，降低項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，因此需綜合考慮工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的溫拌劑摻量。此外，溫拌劑的摻入對(duì)瀝青混合料有效壓實(shí)時(shí)間的影響對(duì)實(shí)際工程瀝青路面的施工工藝具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。該文結(jié)合延黃高速瀝青路面冬季施工，對(duì)溫拌劑的摻量優(yōu)選和瀝青混合料的有效壓實(shí)時(shí)間進(jìn)行探索。

1 低溫環(huán)境瀝青混合料溫拌劑摻量優(yōu)選

該文參考陜西地方標(biāo)準(zhǔn)《溫拌瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（DB 61/T 1007—2016）要求，選擇AC-20C瀝青混合料進(jìn)行溫拌劑摻量優(yōu)選。其試驗(yàn)步驟如下：

（1）根據(jù)環(huán)境溫度和工程需要確定溫拌瀝青混合料目標(biāo)降溫幅度和試件擊實(shí)溫度。

（2）以確定的熱拌瀝青混合料配合比，成型不同溫拌劑摻量的溫拌瀝青混合料馬歇爾試件，測(cè)定試件空隙率。試件個(gè)數(shù)不應(yīng)少于6個(gè)，當(dāng)測(cè)定值中某個(gè)測(cè)定值與平均值之差大于標(biāo)準(zhǔn)差的1.82倍時(shí)，該測(cè)定值應(yīng)予以舍棄，并以其余測(cè)定值的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

（3）以溫拌劑摻量為橫坐標(biāo)，馬歇爾試件空隙率為縱坐標(biāo)，繪制空隙率與溫拌劑摻量曲線圖。

（4）對(duì)添加表面活性類溫拌劑的溫拌瀝青，以熱拌瀝青混合料馬歇爾試件最佳油石比對(duì)應(yīng)的空隙率+0.5%，對(duì)應(yīng)的溫拌劑摻量為基準(zhǔn)摻量A（應(yīng)以百分比為單位）；應(yīng)以基準(zhǔn)摻量A為中值，選取A-0.1%、A、A+0.1%三個(gè)摻量進(jìn)行性能試驗(yàn)，以車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度、低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變、浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度等指標(biāo)均滿足JTG F40—2004中5.3的相關(guān)要求時(shí)的最小摻量確定為溫拌劑最佳摻量。

基于上述步驟，確定混合料目標(biāo)降溫幅度為35 ℃，擊實(shí)溫度為130 ℃。采用最佳油石比4.4%的AC-20C基準(zhǔn)配合比，按混合料瀝青質(zhì)量的0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%摻量添加溫拌劑，對(duì)不同摻量下的瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果分析確定溫拌劑的摻量。

以溫拌劑摻量為橫坐標(biāo)，馬歇爾試件空隙率為縱坐標(biāo)，繪制空隙率和溫拌劑摻量曲線圖，見圖1。

圖1 空隙率隨溫拌劑產(chǎn)量變化

熱拌瀝青混合料馬歇爾試件最佳油石比對(duì)應(yīng)的空隙率為4.1%，在其基礎(chǔ)上加0.5%，按圖1中4.6%對(duì)應(yīng)的最佳摻量A為0.84%，以A為中值，選取A-0.1%、A、A+0.1%三個(gè)摻量進(jìn)行性能試驗(yàn)，以車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度，低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變，浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度，凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度等指標(biāo)均滿足規(guī)范JTG F40—2004中的相關(guān)要求時(shí)的最小摻量確定溫拌劑最佳摻量。0.74%、0.84、0.94%不同摻量下的AC-20C瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 摻溫拌劑混合料性能

上述三個(gè)摻量均能滿足規(guī)范JTG F40—2004的要求，因此為盡量降低工程成本，選擇在保證瀝青混合料性能的前提下，選擇最低溫拌劑摻量0.74%作為AC-20C型瀝青混合料最佳溫拌劑摻量。

2 溫拌劑降溫規(guī)律及有效壓實(shí)時(shí)間研究

瀝青混合料的壓實(shí)性能受配合比設(shè)計(jì)、瀝青品種、壓實(shí)溫度等因素的影響，溫度對(duì)立混合料的影響尤為顯著，通常高溫瀝青混合料比處于低溫的混合料更易壓實(shí)，但是有時(shí)為了減少瀝青混合料出現(xiàn)移動(dòng)錯(cuò)位推移等現(xiàn)象，必須在壓實(shí)溫度較低的條件下進(jìn)行。但是，瀝青混合料溫度過低，碾壓效果不明顯，反而不利于壓實(shí)。因此，只有掌握瀝青混合料的有效壓實(shí)時(shí)間，保證瀝青混合料能在合理的溫度范圍內(nèi)壓實(shí)，進(jìn)一步保證瀝青混凝土路面壓實(shí)度和使用性能的要求。瀝青混合料自攤鋪溫度到終碾溫度的溫度范圍稱為有效壓實(shí)溫度范圍，將攤鋪后瀝青混合料溫度降至終碾溫度所經(jīng)過的時(shí)間成為有效壓實(shí)時(shí)間，需要在有效壓實(shí)時(shí)間內(nèi)合理布置初壓、復(fù)壓、終壓的工藝流程，以獲得工程需要的壓實(shí)時(shí)間[3-4]。有效壓實(shí)時(shí)間的長短取決于混合料攤鋪后的冷卻速度，影響瀝青混合料冷卻速度的因素主要有環(huán)境因素、鋪層瀝青混合料因素、下臥層因素、施工工藝等[5]。

為研究溫拌劑降溫規(guī)律及有效壓實(shí)時(shí)間研究，該文采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)，將是否摻入溫拌劑作為單因素變量進(jìn)行控制，保持其他影響瀝青混合料冷卻速度的因素不變。

2.1 溫拌劑降溫規(guī)律研究

相關(guān)研究表明氣溫對(duì)瀝青混合料有效壓實(shí)時(shí)間影響最大，因此為研究摻入溫拌劑后瀝青混合料的降溫規(guī)律，該文項(xiàng)目組重點(diǎn)對(duì)低溫環(huán)境下溫拌劑對(duì)瀝青混合料降溫規(guī)律進(jìn)行了室內(nèi)模擬研究。

結(jié)合前階段溫拌劑摻量優(yōu)選研究，采用0.74%溫拌劑摻量，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型混合料，成型溫度165 ℃，碾壓次數(shù)160次。成型完試件后，立即脫模，插入數(shù)顯溫度計(jì)，置于室外，每分鐘記錄一次混合料內(nèi)部溫度，直至混合料溫度降低至90 ℃，溫度記錄結(jié)果見表2。從試件入模開始碾壓至脫模后初次記錄混合料溫度時(shí)間間隔為5 min，其中對(duì)照組為不摻溫拌劑，摻入0.74%溫拌劑實(shí)驗(yàn)組采用3組平行試驗(yàn)。

表2 溫度記錄表

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，繪制了混合料降溫曲線并進(jìn)行線性回歸擬合，擬合曲線見圖2，回歸函數(shù)及回歸系數(shù)見表3。

表3 回歸分析

圖2 混合料降溫曲線

回歸結(jié)果表明，混合料的降溫與時(shí)間呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，因此，筆者利用回歸函數(shù)的斜率表征混合料的降溫速度，用以分析混合料的降溫規(guī)律。

測(cè)試結(jié)果表明摻入溫拌劑后瀝青混合料的降溫速度分別為 1.551 3 ℃ /min、1.987 8 ℃ /min、1.556 6 ℃ /min，低于常規(guī)熱拌瀝青混合料2.170 4 ℃/min，說明溫拌劑的摻入在一定程度減緩了瀝青混合料在低溫條件下的降溫速度，在相同環(huán)境溫度下，有利于提高混合料的有效壓實(shí)時(shí)間。

2.2 有效壓實(shí)時(shí)間研究

根據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（F40—2004）要求，JTG常規(guī)SBS改性瀝青熱拌瀝青混合料攤鋪溫度不低于160 ℃，碾壓終了溫度不低于90 ℃。在不考慮其他因素影響的條件下，統(tǒng)一將160~90 ℃作為有效壓實(shí)溫度范圍，回歸函數(shù)斜率作為降溫速度，分析了各組瀝青混合料的有效壓實(shí)時(shí)間，結(jié)果見表4。分析可知，摻入0.74%的溫拌劑后，混合料的有效壓實(shí)時(shí)間有所延長，可換取施工時(shí)間約3~12 min。

表4 有效壓實(shí)時(shí)間

結(jié)合前期室內(nèi)試驗(yàn)可知，摻入溫拌劑后，瀝青混合料的成型溫度可降低35 ℃。采取常規(guī)熱拌瀝青混合料的出料溫度，保守預(yù)測(cè)摻入溫拌劑后混合料的最低成型溫度分別降低至80℃和70℃，延長有效壓實(shí)溫度范圍，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)分析混合料的有效壓實(shí)時(shí)間，結(jié)果見表5。分析結(jié)果可知，瀝青混合料的有效壓實(shí)時(shí)間明顯延長，這說明在低溫環(huán)境下，在熱拌熱鋪工藝基礎(chǔ)上，摻入溫拌劑可以延長瀝青混合料的有效壓實(shí)時(shí)間，為施工質(zhì)量控制提供保障措施。

表5 有效壓實(shí)時(shí)間預(yù)測(cè)分析

3 結(jié)論

（1）經(jīng)研究，該文所依托的延黃高速AC-20C瀝青混合料，其最佳溫拌劑摻量為0.74%。結(jié)合實(shí)際工程瀝青路面低溫施工的需求，摻入溫拌劑能為施工質(zhì)量提供保障，但考慮到經(jīng)濟(jì)性的影響，需通過具體試驗(yàn)來確定溫拌劑最佳摻量。

（2）低溫環(huán)境下，摻入0.74%溫拌劑能在一定程度上減緩熱拌瀝青混合料的降溫速度，延長瀝青混合料的有效壓實(shí)時(shí)間，按照160~90 ℃作為有效壓實(shí)溫度范圍，可換取施工時(shí)間約3~12 min?？紤]到溫拌劑能降低混合料成型溫度的特性，其有效壓實(shí)溫度會(huì)進(jìn)一步拓寬，從而進(jìn)一步延長瀝青混合料有效壓實(shí)時(shí)間。