溫拌劑對瀝青混合料路用性能改善研究*

朱云升 袁 明* 劉利軍 王開鳳 張繼昕

(武漢理工大學交通學院1) 武漢 430070) (中交第三公路工程局有限公司2) 北京 100011)(天津市市政工程設計研究院3) 天津 300051)

0 引 言

機場道面瀝青混合料攤鋪作業(yè)時，需要提前儲備瀝青混合料.為了減小對機場其他跑道通航影響，通常拌合樓距離施工現(xiàn)場較遠，瀝青混合料運輸至施工現(xiàn)場時溫度會大幅降低，會出現(xiàn)運料車表層結殼、不能完全卸料以及因結塊而不易攤鋪碾壓等現(xiàn)象，進而影響瀝青混合料在施工過程中的壓實質量.

國內(nèi)外學者[1-4]對瀝青混凝土的性能試驗及機場道面結構分析做了部分研究，在一定程度上發(fā)現(xiàn)溫拌劑能有效改善瀝青混合料的低溫性能，文中考慮通過在瀝青中添加溫拌劑，使瀝青混合料在較低的溫度下進行攤鋪碾壓時仍能達到良好的壓實效果.

1 溫拌劑的類型和作用機理

1.1 主要類型

目前常用的溫拌劑包括Evotherm溫拌劑和Sasobit溫拌劑等.根據(jù)室內(nèi)試驗對比研究結果，此次某機場中跑道中段大修工程瀝青混合料采用的溫拌劑為Evotherm溫拌劑[5].Evotherm溫拌劑為深黃褐色粘稠狀液體，直接添加至瀝青中，用于降低瀝青混合料的工作溫度，摻加比例為瀝青質量的0.5%～0.7%.

1.2 Evotherm溫拌劑的作用機理

Evotherm表面活性劑的兩親分子吸附于固體表面[6]，形成定向排列的吸附層，有效地改變固體表面的潤濕性質.在混合料拌和之前，將溫拌劑加入至瀝青中充分攪拌，保證溫拌劑均勻分散于瀝青中.在機械拌和力的作用下，瀝青內(nèi)部形成大量結構性潤滑結構，能夠顯著增加瀝青混合料在較低溫度時[7]的拌和工作性.

2 試驗方案

為了研究在不同溫度[8]條件下，不同劑量的溫拌劑[9]對兩種瀝青混合料路用性能的改善效果，文中對每種瀝青混合料分別進行六組對比試驗.溫拌劑的劑量分別為占瀝青質量的0.5%和0.7%.在擊實溫度方面，AC-20瀝青混合料選取三個溫度，即130,140和150 ℃；SMA-13瀝青混合料選取三個溫度，即140,150和160 ℃.

通過不同溫拌劑[10]摻量及不同擊實溫度條件下的瀝青混合料各項性能試驗[11]，分析溫拌劑的劑量和擊實溫度對瀝青混合料性能的影響，確定不同溫拌劑劑量對應的降溫范圍.

3 試驗結果分析

3.1 AC-20溫拌瀝青混合料試驗結果及分析

AC-20溫拌瀝青混合料各項指標見表1.AC-20溫拌瀝青混合料的空隙率和穩(wěn)定度見圖1.

表1 AC-20溫拌瀝青混合料各項指標

圖1 空隙率和穩(wěn)定度隨溫度變化曲線

由圖1a)可知，空隙率會隨擊實溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的空隙率均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的空隙率.由圖1b)可知，穩(wěn)定度會隨擊實溫度的降低而減小；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度.

AC-20溫拌瀝青混合料的流值和殘留穩(wěn)定度見圖2.

圖2 流值和殘留穩(wěn)定度隨溫度變化曲線

由圖2a)可知，流值會隨擊實溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的流值均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的流值.由圖2b)可知：殘留穩(wěn)定度會隨擊實溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度.

AC-20溫拌瀝青混合料的凍融劈裂強度比和空隙率見圖3.

圖3 凍融劈裂強度比和空隙率隨溫度變化曲線

由圖3a)可知，凍融劈裂強度比會隨擊實溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強度比均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強度比.由圖3b)可知：空隙率會隨擊實溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的空隙率均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的空隙率.

綜上所述，AC-20瀝青混合料的各項性能會隨擊實溫度的降低而降低，而添加Evotherm溫拌劑可以有效地維持AC-20瀝青混合料的各項指標.

3.2 SMA-13溫拌瀝青混合料試驗結果及分析

SMA-13溫拌瀝青混合料各項指標見表2.

表2 SMA-13溫拌瀝青混合料各項指標

SMA-13溫拌瀝青混合料的穩(wěn)定度和流值見圖4.

圖4 穩(wěn)定度和流值隨溫度變化曲線

由圖4a)可知，穩(wěn)定度會隨擊實溫度的降低而減小；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的穩(wěn)定度.由圖4b)可知，流值會隨擊實溫度的降低而增大；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的流值均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的流值.

SMA-13溫拌瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比見圖5.

圖5 殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比隨溫度變化曲線

由圖5a)可知，殘留穩(wěn)定度會隨擊實溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度.由圖5b)可知，凍融劈裂強度比會隨擊實溫度的降低而降低；在同一溫度下，添加0.7%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強度比均優(yōu)于添加0.5%Evotherm的瀝青混合料的凍融劈裂強度比.

綜上所述，SMA-13瀝青混合料的各項性能會隨擊實溫度的降低而降低，而添加Evotherm溫拌劑可以有效地維持SMA-13瀝青混合料的各項指標.

通過歸納和總結兩種瀝青混合料的各項室內(nèi)試驗結果可知：在不同溫拌劑摻量的條件下，兩種瀝青混合料可降低的溫度范圍見表3.

表3 兩種瀝青混合料的擊實溫度范圍 ℃

4 現(xiàn)場攤鋪碾壓效果檢測分析

現(xiàn)場試驗使用添加了摻量為0.7%的Evotherm溫拌劑的高性能瀝青混凝土鋪筑某機場中跑道道面，通過采集和歸納機場道面的滲水系數(shù)、跑道各個面層的壓實度以及機場道面平均構造深度，作為評價指標[12]進行機場道面的質量檢測，檢測結果見表4，以此進一步分析高性能瀝青混凝土在某機場中跑道中的實際使用效果.

表4 機場道面檢測結果匯總

由表4的實測結果可知,當SMA-13瀝青混合料的攤鋪溫度降低至140 ℃，AC-20瀝青混合料的攤鋪溫度降低至120 ℃時，兩個標段路面各項指標均符合要求，其中各面層的平均壓實度最低也達到了98.88%，高于要求的98%，說明各面層壓實情況良好.

因此，依托工程現(xiàn)場檢測結果表明，雖然室內(nèi)試驗[13]中的擊實溫度與現(xiàn)場施工中的攤鋪溫度[14]存在差異，但是瀝青混合料在相對更低的溫度下進行攤鋪碾壓時仍具有良好的壓實效果.Evotherm溫拌劑的確能夠改善瀝青混合料在溫度較低時的施工和易性，使其在機場道面中具有良好的路用性能.

5 結 論

1) 摻量為0.5%和0.7%的Evotherm溫拌劑可使SMA-13瀝青混合料的擊實溫度降低至150 ℃左右；摻量為0.5%和0.7%的Evotherm溫拌劑可使AC-20瀝青混合料的擊實溫度降低至140 ℃左右.

2) 對工程兩個標段的瀝青混合料加鋪層進行現(xiàn)場檢測，結果表明：當SMA-13瀝青混合料的攤鋪溫度降至140 ℃，AC-20瀝青混合料的攤鋪溫度降至120 ℃時，添加了摻量為0.7%的Evotherm溫拌劑的兩種瀝青混合料的各項路用性能指標較為良好.因此，對于瀝青混合料用量大的機場道面攤鋪施工，可以通過使用Evotherm溫拌劑來改善瀝青混合料的低溫和易性.