溫拌瀝青混合料的室內實驗及應用性能研究

李 珍

溫拌瀝青混合料是一種拌合溫度介于熱拌瀝青混合料(150℃～180℃)和冷拌(常溫)(10℃～40℃)瀝青混合料之間,性能達到(或接近)熱拌瀝青混合料的新型瀝青混合料。其技術起源于1995年,是在能源緊缺、全球氣候變暖的大背景下快速發展起來的路面材料新技術。中國的溫拌瀝青混合料技術研究起步于2005年,研究重點放在基于乳化平臺的溫拌法和有機添加劑溫拌法這兩種技術上,目前在實際應用中占主導地位的是基于乳化平臺的溫拌法,該技術由美國美德維實偉克公司(MWV)研發和提出。

本文以美德維實偉克公司推出第二代直投瀝青分散技術(DAT)為基礎[2],對溫拌技術進行研究,采用AK-13級配對溫拌瀝青混合料進行了配合比設計,與普通熱拌基質瀝青混合料進行了路用性能對比實驗。并以云南省保龍高速公路大官市—潞江壩段路面8標段為依托工程進行實驗路鋪筑,對溫拌瀝青混合料的應用效果進行分析。

1 配合比設計

1.1 原材料

集料選用玄武巖,其物理力學性質均滿足JTGE 42-2005公路工程集料試驗規范中的技術指標要求。礦粉選用石灰巖礦粉,其技術性質滿足JTGE 42-2005公路工程集料試驗規范中的技術指標要求。瀝青采用70號基質瀝青。

1.2 配合比設計

本論文選擇AK-13型混合料進行配合比的設計研究,確定的最佳油石比為4.9%。混合料級配組成見表1。

表1 AK-13型瀝青混合料的級配

表2 AK-13型溫拌瀝青混合料馬歇爾成型

2 溫拌瀝青混合料的降溫效果研究

2.1 采用馬歇爾成型

在制備AK-13溫拌瀝青混合料時,基質瀝青選用70號瀝青,添加5%溫拌劑,瀝青最佳油石比為4.9%,其馬歇爾實驗結果如表2所示。

從表2可以看出,70號基質瀝青添加5%溫拌劑制備的溫拌瀝青混合料,馬歇爾試件的空隙率隨成型溫度的降低而增大。與基質瀝青混合料相比,當成型溫度相同時,試件的空隙率減小0.768%;當成型溫度為142℃時,溫拌混合料試件的孔隙率與成型溫度 155℃不摻加溫拌劑時的一致,都為 5.1%,說明摻加5%的溫拌劑能降低瀝青混合料的成型溫度,降溫幅度為13℃。

2.2 采用旋轉壓實成型

通過旋轉壓實成型試件實驗結果如表3所示。

表3 AK-13型溫拌瀝青混合料旋轉壓實成型

從表3可以看出,在采用旋轉壓實成型時,且由于旋轉壓實法的揉搓作用和較大的壓實功,其成型試件的空隙率均比馬歇爾試件小。其與馬歇爾成型有類似的結論:當保持試件成型溫度不變時,試件的空隙率減小0.612%;當保持試件的空隙率一致時,混合料的拌合溫度及成型溫度可以降低近15℃。

我們比較馬歇爾試件和旋轉壓實試件的空隙率可知,旋轉壓實法更容易使試件密實,在試件密實度較高的條件下,成型溫度的改變對試件空隙率的影響較小,其空隙率的變化幅度也比馬歇爾法成型試件的變化幅度小。由此可知馬歇爾方法成型的試件對溫度的敏感性強于旋轉壓實成型時對溫度的敏感性。綜上可以看出,對于AK-13結構混合料,無論是馬歇爾試件還是旋轉壓實試件,制備溫拌瀝青混合料時保持壓實度(空隙率)不變,混合料的拌合溫度及壓實溫度可以降低15℃左右,這將減少混合料生產過程中的能源消耗和煙塵等廢棄物的排放。

3 室內性能研究

3.1 高溫穩定性能

將試件成型后放置48 h以上,待完全固化后進行實驗。對基質瀝青的普通熱拌瀝青混合料和摻入溫拌劑后的溫拌瀝青混合料進行車轍實驗,結果如表4所示。

表4 AK-13瀝青混合料的動穩定度

由表4可以看出:對于AK-13混合料摻5%的溫拌劑的溫拌瀝青混合料的動穩定度約是基質瀝青混合料的3.3倍,可以很好的改善混合料的高溫性能,提高路面的抗車轍能力。

3.2 低溫抗裂性能

低溫彎曲破壞實驗也是國內外較常用的瀝青混合料低溫抗裂性評價方法。本文采用實驗溫度-10℃±0.5℃,加載速率為50 mm/min,由輪碾法成型的車轍實驗試件板切制成長250 mm±2.0 mm,寬30 mm±2.0 mm,高35 mm±2.0 mm的棱柱體小梁,跨徑為200 mm±0.5 mm,在-10℃條件下保溫 3 h,跨徑為200 mm±0.5 mm,跨中加載[7]。

實驗結果顯示,混合料的小梁試件在破壞時的彎拉應變越大,則彎曲勁度模量越小,路面越不容易產生低溫開裂。基質瀝青混合料和摻加3%溫拌劑的瀝青混合料,試件破壞時的彎拉應變με都不能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》的要求,且溫拌劑對低溫性能有一定的負面影響,變化幅度不是很明顯。

3.3 水穩定性能

本論文采用浸水馬歇爾實驗和凍融劈裂強度實驗來評價混合料的水穩定性能,對加入溫拌劑后的溫拌瀝青混合料和基質瀝青普通熱拌混合料做了浸水馬歇爾實驗和凍融劈裂實驗,得出溫拌瀝青混合料,其浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比與基質瀝青混合料相比均無大的變化,這說明溫拌劑對混合料的水穩定性沒有明顯的影響,溫拌瀝青混合料的水穩定性主要由基質瀝青混合料的水穩定性決定。

4 實驗路應用效果分析

實驗路鋪筑時間為上午10時,天氣晴朗,氣溫為15℃。溫拌添加劑為水溶液,拌制過程中溫拌添加劑在瀝青噴灑1 s～3 s后開始添加,并在瀝青噴灑完前添加完畢,噴灑量為瀝青質量的5/100。混合料出料溫度140℃,實際初壓溫度為120℃,終壓溫度為100℃左右。

第二日下午對實驗路段鉆芯取樣,普通瀝青混合料路段和溫拌瀝青混合料路段各取芯11個進行性能分析。其結果見表5。

表5 AK-13溫拌瀝青混合料的鉆芯取樣實驗結果

從表5可以看出,由于施工條件的限制,試驗路的壓實度不足,鉆芯取樣的試件空隙率偏大。但是,在相同的施工條件下,溫拌瀝青混合料試件的空隙率比普通瀝青混合料小2.1個百分點,這說明溫拌瀝青混合料比普通瀝青混合料更容易碾壓密實,也就證明了在達到相同壓實度要求的情況下,溫拌瀝青混合料可以降低拌合及壓實溫度,達到了應用溫拌瀝青混合料的預期目的。

5 結語

1)對于AK-13結構混合料,無論是馬歇爾試件還是旋轉壓實試件,制備溫拌瀝青混合料時保持壓實度(空隙率)不變,混合料的拌合及壓實溫度可以降低15℃左右。2)對混合料的高溫抗車轍性能有明顯的改善,動穩定度可以提高約3倍;低溫性能有一定的負面影響,變化幅度不是很明顯;對混合料的水穩性能幾乎沒有影響。3)溫拌瀝青混合料比普通瀝青混合料更容易碾壓密實,在達到相同壓實度要求的情況下,溫拌瀝青混合料可以降低拌合及壓實溫度。

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