聚合物改性瀝青混凝土施工溫度研究

沙保衛(wèi)，汪正興，王輪祥，張 強，楊看迪，佰春明

(1.山東沂蒙抽水蓄能有限公司，山東 臨沂 273400；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038)

瀝青混凝土具有優(yōu)異的適應(yīng)變形能力和防滲能力，能做到“滴水不漏”，被廣泛應(yīng)用于各種水利水電防滲工程[1-6]。我國的天荒坪、寶泉、張河灣、西龍池等抽水蓄能電站的上庫都采用瀝青混凝土面板進行防滲。在寒冷地區(qū)，當(dāng)冬季氣溫降低時，瀝青混凝土?xí)a(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力[7]，有可能導(dǎo)致瀝青混凝土面板開裂[8]。解決瀝青混凝土低溫開裂的其中一種方法就是采用聚合物改性瀝青代替普通瀝青[9-10]。瀝青混凝土的抗?jié)B性和耐久性均與其孔隙率密切相關(guān)。實踐表明，當(dāng)孔隙率不大于3%時，可以保證瀝青混凝土的不透水性和耐久性[11-12]。然而與普通瀝青相比，改性瀝青黏度大，其拌制的瀝青混合料壓實難度也大，因此必須對改性瀝青混凝土的施工工藝進行調(diào)整以保證瀝青混凝土孔隙率<3%的核心要求。瀝青混合料的壓實度與碾壓溫度密切相關(guān)，對于普通瀝青混凝土，其施工溫度可以根據(jù)瀝青的黏-溫曲線確定。普通瀝青適宜的拌和溫度是瀝青黏度為(0.17±0.02)Pa·s時的溫度，其適宜的碾壓溫度是瀝青黏度為(0.28±0.03)Pa·s時的溫度[13-14]。但是這種根據(jù)黏-溫曲線確定施工溫度的方法對于改性瀝青是否適用目前并沒有定論。文章通過測試普通瀝青、改性瀝青的黏-溫曲線，進行了室內(nèi)擊實試驗、場外攤鋪碾壓試驗，對聚合物改性瀝青混凝土的施工溫度進行了研究。

1 材料

本試驗共使用了兩種瀝青，分別是中石化遼河分公司生產(chǎn)的SG90普通瀝青和盤錦中油遼河瀝青股份有限公司生產(chǎn)的SBS改性瀝青5#。骨料采用的是大理巖骨料，填料為石灰石礦粉。

2 瀝青的黏-溫曲線

瀝青的黏度測試方法根據(jù)瀝青的黏度范圍有不同的測試方法，根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》，本試驗研究采用美國SHRP戰(zhàn)略計劃推出的Brookfield黏度計方法。測試結(jié)果如圖1所示，圖中縱坐標(biāo)為黏度的對數(shù)。

圖1 普通瀝青和改性瀝青黏-溫曲線

由此可以看出，改性瀝青的黏度比普通瀝青大得多，普通瀝青在溫度為90、130℃時的黏度分別和改性瀝青在溫度為110、180℃時的黏度相當(dāng)。

一般普通瀝青適宜碾壓的黏度范圍為(0.28±0.03)Pa·s，按照圖1中的曲線推算，此黏度范圍對應(yīng)的普通瀝青溫度范圍為134～137℃，對應(yīng)的改性瀝青溫度范圍為184～190℃。對于普通瀝青，134～137℃的碾壓溫度是合適的。但是對于改性瀝青，如果碾壓溫度為184～190℃，則要求出料溫度在200℃以上，一般瀝青混合料的出料溫度不能超過190℃，溫度太高容易造成瀝青老化，按照這個溫度進行碾壓顯然是過高的，因此改性瀝青混合料的施工溫度必須采用試驗來確定。

3 室內(nèi)擊實成型試驗

根據(jù)改性瀝青的黏度試驗結(jié)果，在室內(nèi)進行了瀝青混凝土馬歇爾試件擊實成型試驗，測試了成型溫度和擊實次數(shù)對改性瀝青混凝土馬歇爾試件孔隙率的影響，同時對普通瀝青在140℃時不同擊實次數(shù)的馬歇爾試件孔隙率進行對比。試驗所采用的瀝青混凝土配合比見表1。孔隙率測試結(jié)果如圖2所示。

表1 瀝青混凝土配合比參數(shù)

圖2 馬歇爾試件孔隙率與擊實次數(shù)關(guān)系

由此可以看出，隨著溫度下降，馬歇爾試件孔隙率<3%時所需的擊實次數(shù)越來越多，即瀝青混合料壓實難度越來越大。當(dāng)溫度小于130℃時，改性瀝青混合料的孔隙率很難達到3%以下。在140℃以上時，通過一定的擊實功效，改性瀝青混合料可以保證孔隙率在3%以下。改性瀝青混合料在165℃時的擊實難度比普通瀝青在140℃時還要大。

室內(nèi)擊實試驗的結(jié)果表明，改性瀝青混合料的適宜碾壓溫度在140～150℃，最低不能低于130℃。因此，可初步將改性瀝青混合料的碾壓溫度擬定為：初碾150℃，終碾130℃。攤鋪溫度可比初碾溫度高出10℃，即160℃。

4 攤鋪試驗驗證

瀝青混合料的現(xiàn)場碾壓采用振動碾，和室內(nèi)馬歇爾試件的成型方式有所不同，因此室內(nèi)試驗確定的施工溫度須經(jīng)攤鋪試驗驗證。攤鋪試驗的設(shè)備采用福格勒SUPER 1800型水工瀝青攤鋪機和SAKAI 3t重振動碾。攤鋪機自帶熨平梁預(yù)壓實功能，預(yù)壓實功效可通過調(diào)節(jié)激振頻率來調(diào)整。試驗在不同的試驗段上采用不同的激振頻率和碾壓方式進行了研究，試驗段的孔隙率采用同一部位一組3個芯樣的孔隙率平均值來評定。碾壓控制參數(shù)見表2，試驗結(jié)果如圖3所示和表3。

表2 碾壓溫度及方式控制表 單位：℃

圖3 攤鋪試驗芯樣孔隙率

表3 芯樣孔隙率 單位：%

從試驗結(jié)果可以看出，8組芯樣的孔隙率都在3%以內(nèi)，表明室內(nèi)試驗制定的碾壓溫度能夠滿足瀝青混凝土孔隙率<3%的要求。

隨著攤鋪機激振頻率的增加，瀝青混凝土的孔隙率逐漸減小，但當(dāng)激振頻率超過80Hz時，孔隙率有所增加，此現(xiàn)象可能是由試驗誤差引起的。另外，攤鋪試驗中還發(fā)現(xiàn)，終碾完畢后瀝青混凝土表明仍然存在碾痕，需要在溫度低于100℃時，再進行表面碾壓收光。

由于在初碾和復(fù)碾之后，瀝青混凝土的壓實度基本達到要求，結(jié)合以上情況，可將終碾溫度調(diào)至100℃，以有利于消除碾痕。最終可將聚合物改性瀝青混凝土的施工溫度定為：攤鋪160℃，初碾150℃，復(fù)碾130～140℃，終碾100℃。

由于不同的改性瀝青，其黏度可能大不相同，因此本試驗制定的溫度不一定適用于其他的改性瀝青，對其他的改性瀝青混凝土的施工溫度也必須經(jīng)過試驗確定。

5 結(jié)語

文章通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場攤鋪試驗得出以下結(jié)論，可以用于指導(dǎo)改性瀝青的施工。

(1)改性瀝青的黏度比普通瀝青的大得多，普通瀝青在溫度為90、130℃時的黏度分別和改性瀝青在溫度為110、180℃時的黏度相當(dāng)。

(2)通過黏-溫曲線確定的改性瀝青混凝土的碾壓溫度太高，施工中無法采用。

(3)室內(nèi)擊實成型試驗表明，當(dāng)碾壓溫度小于130℃，改性瀝青混合料的孔隙率很難達到3%以下。

(4)經(jīng)研究和攤鋪試驗驗證的改性瀝青混凝土的施工溫度可為：攤鋪160℃，初碾150℃，復(fù)碾130～140℃，終碾100℃。

文章只針對一種改性瀝青和一種配合比進行研究，結(jié)論對于不同的改性瀝青和不同的配合比是否適用還需要進一步的研究。