直投式改性劑的廠拌混合料性能試驗(yàn)研究

陸青清

[上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200010]

0 引 言

排水瀝青路面采用大空隙的級(jí)配，與傳統(tǒng)的瀝青路面有著明顯的不同。大空隙特征，表明排水路面可以很好地排水、抗滑，同時(shí)也可以降低噪聲，可以滿足現(xiàn)在人們對(duì)道路交通的新要求[1]。因高黏改性瀝青具有高黏結(jié)能力，使高黏改性瀝青混合料具有較好的抗水損害能力。因此，開始應(yīng)用到排水瀝青混合料中。但高黏改性瀝青也帶來一些新的問題。首先，高黏改性瀝青成本較高，使得排水瀝青路面的鋪筑費(fèi)用也較高[2]。其次，高黏改性瀝青一般采用濕法改性工藝制備，即在高溫、高速剪切條件下制備改性瀝青。在制備過程中，持續(xù)的高溫狀態(tài)，耗能較大。同時(shí)[3]，在排水路面應(yīng)用中，需要預(yù)先制備高黏改性瀝青，使得改性瀝青在工程應(yīng)用之前會(huì)面臨著存儲(chǔ)的問題[4]。在存儲(chǔ)的過程中，高黏改性瀝青存在著易離析、熱分解、老化等一些無法避免的技術(shù)問題，容易引起一些工程問題。

因此，人們開始對(duì)直投式改性劑進(jìn)行研究。直投式改性劑的應(yīng)用方式不同于濕法改性工藝，所以其可以避免濕法改性瀝青儲(chǔ)存離析、質(zhì)量波動(dòng)等問題[5]。直投式改性劑與成品改性瀝青的主要區(qū)別在于，不用長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行攪拌、剪切改性，因此直投式改性劑的干法拌合工藝將直接影響干法改性瀝青混合料的性能[6]。本次研究將對(duì)各方面性能表現(xiàn)優(yōu)異的直投型高黏直投式改性劑的干法工藝進(jìn)行進(jìn)一步的研究，包括其在室內(nèi)拌合中干拌時(shí)間、干拌溫度對(duì)混合料性能的影響，指導(dǎo)廠拌干法工藝的確定[7]。同時(shí)，對(duì)實(shí)際工程中的瀝青混合料進(jìn)行取樣，對(duì)比分析廠拌干法工藝制備的混合料性能與室內(nèi)混合料性能的差異。

1 材料與試驗(yàn)

1.1 結(jié)合料

道路工程中瀝青改性劑種類繁多，一般改性劑是與基質(zhì)瀝青先制成成品改性瀝青，然后再制備改性瀝青混合料[8]。直投式改性劑是直接投放于集料或者混合料中，制備改性瀝青混合料。

結(jié)合料選用70# 基質(zhì)瀝青。技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 70# 瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 集料

試驗(yàn)所用的集料類型與尺寸規(guī)格如下：玄武巖1#，10～15 mm；玄武巖2#，5～10 mm；石灰?guī)r3#，0～5 mm；石灰?guī)r礦粉。集料和礦粉的密度測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 三檔集料和礦粉的密度測(cè)試結(jié)果

1.3 試驗(yàn)

根據(jù)路用性能的需求，所選試驗(yàn)分別針對(duì)混合料的飛散、高溫車轍和水穩(wěn)定性。

具體包括車轍試驗(yàn)（對(duì)瀝青混合料的抗車轍性能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)）、肯塔堡飛散試驗(yàn)（主要用來評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗剝落性能，尤其是排水瀝青路面混合料）和凍融劈裂試驗(yàn)。分別對(duì)應(yīng)《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T 0719—2011、T 0733—2011和T 0729—2011 標(biāo)準(zhǔn)。

2 直投式改性劑室內(nèi)干法工藝研究

溫度的提高可以加快直投型高黏改性劑融化。為研究干拌溫度對(duì)其混合料性能的影響，現(xiàn)選擇直投型高黏干法制備瀝青混合料，干拌時(shí)間為180 s，干拌溫度為160℃、180℃、200℃和220℃，混合料性能具體數(shù)據(jù)如圖1～圖3 所示。

圖1 干拌溫度對(duì)抗飛散性能影響

圖2 干拌溫度對(duì)高溫性能影響

圖3 干拌溫度對(duì)水穩(wěn)定性能影響

從飛散損失率曲線可以看出，從160℃到180℃，抗飛散性能在增強(qiáng)。因?yàn)樵?60℃時(shí)直投型高黏改性劑雖與集料熔融較好，但溫度過低，瀝青黏度大，混合料壓實(shí)性差。180℃后，隨著溫度的升高，帶來瀝青、改性劑老化等問題，影響混合料的性能，飛散損失率在不斷地增大。從總變形速率可以看出，在180℃與200℃間出現(xiàn)最低值，表明在此溫度區(qū)間混合料具有良好的高溫抗變形能力。溫度過高或過低，對(duì)瀝青和改性劑均產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而進(jìn)一步影響混合料的高溫性能。

水穩(wěn)性能則有所不同，凍融劈裂比在180℃出現(xiàn)最高值，表明此溫度瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性能。溫度較低時(shí)，改性劑未與集料充分拌合。溫度較高時(shí)，瀝青與改性劑的老化，都可進(jìn)一步影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。因此，綜上推薦直投型高黏改性劑與集料的干拌溫度為180℃±5℃。

2.1 廠拌干法工藝及試驗(yàn)段情況

根據(jù)直投式改性劑直投型高黏在室內(nèi)的干法拌合工藝，并通過廠拌預(yù)拌合，確定改性劑與集料廠拌拌合溫度為180℃，拌合時(shí)間為15 s（觀察廠拌拌合效果，拌合時(shí)間為15 s 時(shí)改性劑即可熔融均勻裹附在集料表面，達(dá)到室內(nèi)試驗(yàn)180 s 拌合效果）。瀝青混合料出廠溫度為175～185℃。

上海市某試驗(yàn)段鋪筑過程及現(xiàn)場(chǎng)取樣如圖4 所示。采用自卸式卡車對(duì)瀝青混合料進(jìn)行運(yùn)輸。為了保證混合料的溫度，盡量降低混合料在運(yùn)輸過程中的熱量損失，在運(yùn)輸過程中強(qiáng)化了運(yùn)輸車的保溫功能，車頂加蓋苫布，保證混合料的溫度滿足施工要求，最大程度降低混合料的溫度離析。整體運(yùn)輸距離為21 km，攤鋪前對(duì)運(yùn)輸車輛中混合料溫度進(jìn)行測(cè)定，其溫度降低小于5℃，到場(chǎng)溫度保持在170～180℃左右。

圖4 直投型高黏改性劑廠拌施工過程

2.2 廠拌混合料性能試驗(yàn)結(jié)果分析

將試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)取回來的廠拌直投型高黏干法改性瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)試件成型，對(duì)其進(jìn)行肯塔堡飛散試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和漢堡車轍試驗(yàn)?？偨Y(jié)其試驗(yàn)結(jié)果，與室內(nèi)干法改性瀝青混合料、濕法改性瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5～圖7所示。

圖5 不同拌合工藝下瀝青混合料飛散試驗(yàn)結(jié)果

圖6 不同拌合工藝下瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖7 不同拌合工藝下瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比不同拌合工藝的飛散損失率發(fā)現(xiàn)，廠拌混合料試驗(yàn)結(jié)果高于室內(nèi)干法，抗飛散性能較差，可能是由于現(xiàn)場(chǎng)取樣后，室內(nèi)再加熱成型發(fā)生了老化導(dǎo)致，但仍然滿足規(guī)范要求，飛散損失率不大于15%。

而廠拌條件下，瀝青混合料的高溫和水穩(wěn)定性能優(yōu)于室內(nèi)干法工藝。從上圖可以看出，廠拌混合料總變形速率低于室內(nèi)干法，凍融劈裂比高于室內(nèi)干法。但相比于室內(nèi)濕法，廠拌還有差距。圖中顯示，室內(nèi)濕法混合料的總變形速率與凍融劈裂比均略高于廠拌工藝。這表明，室內(nèi)濕法混合料的性能還是好于廠拌工藝。

分析原因，主要是拌合樓對(duì)拌合條件控制較室內(nèi)較難，不可控影響因素較多，包括集料級(jí)配、拌合溫度等。整體對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同拌合條件下，直投型高黏改性瀝青混合料的試驗(yàn)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，表明改性瀝青混合料具有良好的抗飛散、高溫、水穩(wěn)定性能。

3 結(jié) 語

對(duì)直投式改性劑干法工藝進(jìn)行了拌合影響的研究，包括室內(nèi)干法工藝干拌時(shí)間、干拌溫度對(duì)瀝青混合料性能的影響，以及對(duì)廠拌干法瀝青混合料性能分析，得到如下結(jié)論：

（1）在室內(nèi)干拌工藝中，干拌時(shí)間對(duì)瀝青混合料性能有所影響，干拌時(shí)間短，改性劑熔融不充分，導(dǎo)致改性效果不好，瀝青混合料性能整體偏差；干拌時(shí)間較長(zhǎng)，改性劑改性充分，但增加了不必要的老化時(shí)間，因此混合料性能也會(huì)有所波動(dòng)。綜上所述，選取干拌時(shí)間為180 s 作為室內(nèi)干拌時(shí)間。

（2）在室內(nèi)干拌工藝中，干拌溫度對(duì)瀝青混合料性能影響較大。干拌溫度從160℃升到180℃時(shí)，直投型高黏改性劑熔融性越來越好，瀝青混合料的性能也得到了提升。當(dāng)進(jìn)一步提高干拌溫度后，改性劑熔融效果提升不明顯，但瀝青混合料開始老化，溫度越高，老化越嚴(yán)重。當(dāng)干拌溫度為220℃時(shí)，瀝青混合性能較差，因此，選取干拌溫度為180℃作為室內(nèi)干拌溫度。

（3）根據(jù)廠拌試驗(yàn)，并參考室內(nèi)拌合工藝，確定改性劑與集料廠拌拌合溫度為180℃，拌合時(shí)間為15 s。通過試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)瀝青混合料取樣，對(duì)比室內(nèi)干濕法瀝青混合料性能發(fā)現(xiàn)，廠拌干法瀝青混合料性能整體優(yōu)于室內(nèi)干法瀝青混合料。由于老化因素，廠拌混合料抗飛散性能稍差，且由于廠拌過程工藝控制差于室內(nèi)試驗(yàn)，廠拌瀝青混合料性能差于室內(nèi)濕法瀝青混合料。