WMX 瀝青溫拌劑摻量選擇及溫拌瀝青混合料壓實(shí)溫度的確定

易 平

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司，重慶 400000）

瀝青溫拌劑作為瀝青混合料時(shí)的摻加劑，目前已廣泛應(yīng)用于溫拌瀝青混凝土生產(chǎn)中，特別是在高原地區(qū)，能顯著降低瀝青混合料的拌和、壓實(shí)溫度，提高施工效率，降低施工成本，延長(zhǎng)施工工期；能改善路面性能，提高路面的耐久性、抗裂性；同時(shí)還能降低路面噪音和提高路面的舒適性；而且溫拌劑還能減輕瀝青拌和時(shí)的老化程度，可降低瀝青儲(chǔ)存和使用溫度，從而節(jié)約能源，減少環(huán)境污染。因此，本文通過(guò)作者試驗(yàn)后，研究出使用WMX 瀝青溫拌劑對(duì)SBS 改性瀝青三大重要指標(biāo)的性能影響，并分析出WMX 瀝青溫拌劑在本項(xiàng)目SBS 改性瀝青混合料生產(chǎn)時(shí)的最佳摻量以及瀝青混合料攤鋪時(shí)最佳的壓實(shí)溫度范圍。

1 工程簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目是省道217 線(xiàn)卓克基至小金段公路改造工程，本標(biāo)段起止樁號(hào)K0+000～K27+500，共計(jì)長(zhǎng)度27.5 km，起點(diǎn)始于馬爾康縣卓克基鎮(zhèn)G317 線(xiàn)與S217線(xiàn)平交口，海拔2 712 m，終點(diǎn)止于夢(mèng)筆山隧道，海拔3 746 m；本項(xiàng)目地處青藏高原東南部川西北丘狀高原南緣地帶，地形復(fù)雜，地勢(shì)西北高，東南低，屬高海拔、高寒地區(qū)，全年冰凍時(shí)間約5 個(gè)月；氣候?qū)俅箨懶愿咴撅L(fēng)氣候，氣溫隨海拔由低到高而相應(yīng)降低，年最底溫度達(dá)-21.6 ℃。本項(xiàng)目瀝青及瀝青混合料氣候分區(qū)屬于2-3-2 區(qū)（夏熱冬冷濕潤(rùn)區(qū)），路面上面層結(jié)構(gòu)組成及厚度見(jiàn)表1。

其中從K8+366～K25+500 為海拔3 000 m 以上路段，要求采用溫拌瀝青混合料。

2 試驗(yàn)材料

2.1 WMX 溫拌劑介紹及物理性質(zhì)

WMX 溫拌劑是一氧化碳與氧氣在高壓下催化合成的烷烴，具有高熔點(diǎn)、低黏度和高硬度特性，常溫狀態(tài)下呈白色的細(xì)小顆粒。適宜摻量的WMX 溫拌劑可以顯著改善瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度等技術(shù)指標(biāo)，在瀝青混合料施工過(guò)程中可顯著提高瀝青混合料施工和易性并降低施工碾壓溫度。WMX 瀝青溫拌劑物理指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 WMX 瀝青溫拌劑物理性質(zhì)

2.2 SBS 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目上面層基質(zhì)瀝青采用廈門(mén)新立基SBS 改性瀝青，其基本技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 SBS 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

3 WMX 溫拌劑對(duì)SBS 改性瀝青三大指標(biāo)的影響分析

3.1 摻入WMX 溫拌劑后瀝青三大指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果

采用濕拌方式將WMX 溫拌劑按基質(zhì)瀝青質(zhì)量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，分別添加至預(yù)熱溫度170 ℃的SBS 改性瀝青中[1]，攪拌時(shí)間30 min 獲得溫拌改性瀝青。按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T 0604—2011 瀝青針入度試驗(yàn)、T 0605—2011 瀝青延度試驗(yàn)、T 0606—2011 瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)，瀝青三大指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 摻WMX 溫拌劑后SBS 改性瀝青三大指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

3.2 WMX 溫拌劑對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響分析

由圖1 可知，加入不同摻量的WMX 溫拌劑后，SBS 改性瀝青針入度隨摻量的增加而降低，摻量0.5%～1.5%時(shí)SBS 改性瀝青針入度下降比較緩慢[2]，當(dāng)摻量達(dá)到1.5%時(shí)，針入度降幅為4.2%，表明在此摻量范圍內(nèi)，WMX 溫拌劑對(duì)針入度的影響不大；當(dāng)摻量大于1.5%時(shí)，針入度下降趨勢(shì)非常明顯，當(dāng)摻量達(dá)到2.5%時(shí)，針入度較摻量1.5%時(shí)降幅達(dá)到14.7%[1]，表明當(dāng)摻量為1.5%時(shí)，此時(shí)WMX 溫拌劑對(duì)SBS 改性瀝青的針入度影響較為敏感，處于突降臨界點(diǎn)邊緣。

圖1 不同溫拌劑摻量下針入度線(xiàn)性圖

由圖2 可知，加入不同摻量的WMX 溫拌劑后，SBS 改性瀝青軟化點(diǎn)在摻量0.5%時(shí)沒(méi)有變化，摻量0.5%～1.5%時(shí)，軟化點(diǎn)處于緩慢上升狀態(tài)[2]，當(dāng)摻量在1.5%時(shí)軟化點(diǎn)升幅為2.1%，表明在此摻量范圍內(nèi)，WMX 溫拌劑對(duì)軟化點(diǎn)的影響不大；當(dāng)摻量大于1.5%時(shí)，軟化點(diǎn)上升趨勢(shì)非常明顯，當(dāng)摻量達(dá)到2.5%時(shí)，軟化點(diǎn)升幅達(dá)到9.6%[1]，表明當(dāng)摻量為1.5%時(shí)，此時(shí)WMX 溫拌劑對(duì)SBS 改性瀝青的軟化點(diǎn)影響較為敏感，處于突升臨界點(diǎn)邊緣。

圖2 不同溫拌劑摻量下軟化點(diǎn)線(xiàn)性圖

由圖3 可知，加入不同摻量的WMX 溫拌劑后，SBS 改性瀝青延度值在摻量1.5%前沒(méi)有明顯變化，只有細(xì)微的下降幅度，降幅僅為0.9%，表明在此摻量范圍內(nèi)，WMX 溫拌劑對(duì)延度的影響不大；當(dāng)摻量大于1.5%時(shí)，延度下降趨勢(shì)較明顯，當(dāng)摻量達(dá)到2.5%時(shí)，延度值降幅達(dá)到7.3%[1]，表明當(dāng)摻量為1.5%時(shí)，此時(shí)WMX 溫拌劑對(duì)SBS 改性瀝青的延度影響較為敏感，突降臨界點(diǎn)邊緣。

圖3 不同溫拌劑摻量下延度線(xiàn)性圖

4 WMX 溫拌劑對(duì)改性瀝青混合料降溫效果分析

4.1 路面設(shè)計(jì)瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)

以本項(xiàng)目路面上面層AC-13C 設(shè)計(jì)指標(biāo)中空隙率、穩(wěn)定度、流值技術(shù)指標(biāo)為試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 路面上面層AC-13C 技術(shù)指標(biāo)

4.2 試驗(yàn)方法

4.2.1 摻入WMX 溫拌劑后瀝青混合料的檢測(cè)結(jié)果

采用濕拌方式摻入基質(zhì)瀝青質(zhì)量1.5%的WMX溫拌劑后，在室內(nèi)按設(shè)計(jì)生產(chǎn)配合比拌和瀝青混合料，分別以不同的溫度壓實(shí)制作馬歇爾試件，壓實(shí)溫度設(shè)定范圍125～165 ℃（未摻溫拌劑的設(shè)計(jì)壓實(shí)溫度為165 ℃），溫差以10 ℃為間隔[1]，按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T 0505—2011 壓實(shí)瀝青混合料密度試驗(yàn)、T 0709—2011 瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)方法檢測(cè)不同壓實(shí)溫度下瀝青混合料的空隙率、穩(wěn)定度、流值技術(shù)指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同壓實(shí)溫度下瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)

4.2.2 WMX 溫拌劑對(duì)不同壓實(shí)溫度下瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)的影響分析

由圖4 可知，在摻入1.5%溫拌劑后，瀝青混合料在階梯下降的壓實(shí)溫度下空隙率逐漸變大，線(xiàn)性關(guān)系式Y(jié)=-0.055X+12.835，當(dāng)壓實(shí)溫度在150 ℃時(shí)，空隙率4.6%，與不加溫拌劑時(shí)設(shè)計(jì)要求的165 ℃壓實(shí)溫度空隙率一致，同比可降低壓實(shí)溫度15 ℃，降幅9.1%；當(dāng)壓實(shí)溫度在143 ℃時(shí)，空隙率5.0%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大值界限，可降低壓實(shí)溫度22 ℃，降幅13.3%。

圖4 壓實(shí)溫度與空隙率線(xiàn)性圖

由圖5 可知，在摻入1.5%溫拌劑后，瀝青混合料在階梯下降的壓實(shí)溫度下穩(wěn)定度逐漸變小，線(xiàn)性關(guān)系式Y(jié)=0.154X-12.23，當(dāng)壓實(shí)溫度在146 ℃時(shí)，穩(wěn)定度值10.2 kN，與不加溫拌劑時(shí)設(shè)計(jì)要求的165 ℃壓實(shí)溫度穩(wěn)定度值一致，同比可降低壓實(shí)溫度19 ℃，降幅11.5%；當(dāng)壓實(shí)溫度在138 ℃時(shí)，穩(wěn)定度值9 kN，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最低值界限，可降低壓實(shí)溫度27 ℃，降幅16.4%。

圖5 壓實(shí)溫度與穩(wěn)定度線(xiàn)性圖

由圖6 可知，在摻入1.5%溫拌劑后，瀝青混合料在階梯下降的壓實(shí)溫度下流值逐漸變小，線(xiàn)性關(guān)系式Y(jié)=0.82X-91.3，當(dāng)壓實(shí)溫度在165 ℃時(shí)，流值43 mm，超過(guò)了設(shè)計(jì)要求的上限值；當(dāng)壓實(shí)溫度在152 ℃時(shí)，流值33 mm，與不加溫拌劑時(shí)設(shè)計(jì)要求的165 ℃壓實(shí)溫度穩(wěn)定度值一致，同比可降低壓實(shí)溫度13 ℃，降幅7.9%；當(dāng)壓實(shí)溫度在159 ℃時(shí)，流值40 mm，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最高值界限，當(dāng)壓實(shí)溫度在137℃時(shí)，流值20mm，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最低值界限，可降低壓實(shí)溫度28 ℃，降幅17.0%。

圖6 壓實(shí)溫度與流值線(xiàn)性圖

5 結(jié)論

1）本文通過(guò)將WMX 溫拌劑按不同摻量逐漸遞增方式加入SBS 改性瀝青中制成溫拌改性瀝青，檢測(cè)溫拌SBS 改性瀝青三大指標(biāo)（針入度、延度、軟化點(diǎn)）隨WMX 溫拌劑摻量增加所產(chǎn)生的不同變化，通過(guò)對(duì)三大指標(biāo)的影響分析，檢測(cè)結(jié)果得出WMX 溫拌劑隨著摻量增加，SBS 改性瀝青軟化點(diǎn)初始緩慢升高，當(dāng)達(dá)到1.5%摻量時(shí)，上升幅度開(kāi)始增大；針入度、延度初始緩慢下降，當(dāng)達(dá)到1.5%摻量時(shí)，下降幅度同樣開(kāi)始增大；表明隨著WMX 溫拌劑的添加可提高SBS 改性瀝青的高溫性能，降低其低溫性能，在摻量1.5%時(shí)，SBS 改性瀝青三大指標(biāo)均較為敏感，處于指標(biāo)突變的臨界點(diǎn)，由此可確定在本項(xiàng)目路用時(shí)WMX 溫拌劑的最佳摻量為SBS 改性瀝青用量的1.5%。

2）在確定WMX 溫拌劑最佳摻量1.5%后，按設(shè)計(jì)配合比生產(chǎn)改性瀝青混合料，在不同壓實(shí)溫度下制作馬歇爾試件，通過(guò)對(duì)空隙率、穩(wěn)定度、流值技術(shù)指標(biāo)影響分析，檢測(cè)結(jié)果得出隨壓實(shí)溫度降低，空隙率逐漸變大，穩(wěn)定度、流值逐漸變小，摻入溫拌劑后在相同165 ℃的壓實(shí)溫度下，空隙率、穩(wěn)定度均要優(yōu)于未摻入溫拌劑檢測(cè)值；通過(guò)線(xiàn)性分析，空隙率在壓實(shí)溫度143～165 ℃，穩(wěn)定度在壓實(shí)溫度138～165 ℃，流值在壓實(shí)溫度137～159 ℃時(shí)，技術(shù)指標(biāo)能滿(mǎn)足各自設(shè)計(jì)要求，通過(guò)下限值取大值、上限值取小值，可確定當(dāng)路面施工壓實(shí)溫度在143～159 ℃時(shí)，空隙率、穩(wěn)定度、流值均能符合設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求；通過(guò)檢測(cè)結(jié)果分析，WMX 溫拌劑在1.5%摻量時(shí)，SBS 改性瀝青混合料最大降低壓實(shí)溫度可達(dá)22 ℃，降幅13.3%，降溫效果明顯，由此可知，在WMX 溫拌劑作用下路面施工壓實(shí)溫度可明顯降低，這樣不僅有利于延長(zhǎng)路面攤鋪碾壓施工時(shí)間；同時(shí)，壓實(shí)溫度的降低也可縮短路面攤鋪后的冷卻時(shí)間，提前開(kāi)放交通，緩解交通封閉壓力[3]。