溫拌劑摻量優選及混合料有效壓實時間研究

田孝武,崔培強,歐陽奕波

（葛洲壩集團交通投資有限公司,湖北 武漢 430070）

0 引言

為保障低溫環境下瀝青路面施工質量，通常會在瀝青混合料中添加溫拌劑改善其施工性能，降低瀝青混合料的拌和及施工溫度，拓寬有效施工溫度范圍，延長有效壓實時間，保障瀝青路面壓實質量[1-2]。但溫拌劑的摻入勢必會增加工程造價，降低項目經濟性，因此需綜合考慮工程進度和經濟性，選擇合適的溫拌劑摻量。此外，溫拌劑的摻入對瀝青混合料有效壓實時間的影響對實際工程瀝青路面的施工工藝具有現實的指導意義。該文結合延黃高速瀝青路面冬季施工，對溫拌劑的摻量優選和瀝青混合料的有效壓實時間進行探索。

1 低溫環境瀝青混合料溫拌劑摻量優選

該文參考陜西地方標準《溫拌瀝青路面施工技術規范》（DB 61/T 1007—2016）要求，選擇AC-20C瀝青混合料進行溫拌劑摻量優選。其試驗步驟如下：

（1）根據環境溫度和工程需要確定溫拌瀝青混合料目標降溫幅度和試件擊實溫度。

（2）以確定的熱拌瀝青混合料配合比，成型不同溫拌劑摻量的溫拌瀝青混合料馬歇爾試件，測定試件空隙率。試件個數不應少于6個，當測定值中某個測定值與平均值之差大于標準差的1.82倍時，該測定值應予以舍棄，并以其余測定值的平均值作為試驗結果。

（3）以溫拌劑摻量為橫坐標，馬歇爾試件空隙率為縱坐標，繪制空隙率與溫拌劑摻量曲線圖。

（4）對添加表面活性類溫拌劑的溫拌瀝青，以熱拌瀝青混合料馬歇爾試件最佳油石比對應的空隙率+0.5%，對應的溫拌劑摻量為基準摻量A（應以百分比為單位）；應以基準摻量A為中值，選取A-0.1%、A、A+0.1%三個摻量進行性能試驗，以車轍試驗動穩定度、低溫彎曲試驗破壞應變、浸水馬歇爾試驗殘留穩定度、凍融劈裂試驗殘留強度等指標均滿足JTG F40—2004中5.3的相關要求時的最小摻量確定為溫拌劑最佳摻量。

基于上述步驟，確定混合料目標降溫幅度為35 ℃，擊實溫度為130 ℃。采用最佳油石比4.4%的AC-20C基準配合比，按混合料瀝青質量的0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%摻量添加溫拌劑，對不同摻量下的瀝青混合料進行馬歇爾擊實試驗，通過試驗結果分析確定溫拌劑的摻量。

以溫拌劑摻量為橫坐標，馬歇爾試件空隙率為縱坐標，繪制空隙率和溫拌劑摻量曲線圖，見圖1。

圖1 空隙率隨溫拌劑產量變化

熱拌瀝青混合料馬歇爾試件最佳油石比對應的空隙率為4.1%，在其基礎上加0.5%，按圖1中4.6%對應的最佳摻量A為0.84%，以A為中值，選取A-0.1%、A、A+0.1%三個摻量進行性能試驗，以車轍試驗動穩定度，低溫彎曲試驗破壞應變，浸水馬歇爾試驗殘留穩定度，凍融劈裂試驗殘留強度等指標均滿足規范JTG F40—2004中的相關要求時的最小摻量確定溫拌劑最佳摻量。0.74%、0.84、0.94%不同摻量下的AC-20C瀝青混合料性能試驗結果見表1。

表1 摻溫拌劑混合料性能

上述三個摻量均能滿足規范JTG F40—2004的要求，因此為盡量降低工程成本，選擇在保證瀝青混合料性能的前提下，選擇最低溫拌劑摻量0.74%作為AC-20C型瀝青混合料最佳溫拌劑摻量。

2 溫拌劑降溫規律及有效壓實時間研究

瀝青混合料的壓實性能受配合比設計、瀝青品種、壓實溫度等因素的影響，溫度對立混合料的影響尤為顯著，通常高溫瀝青混合料比處于低溫的混合料更易壓實，但是有時為了減少瀝青混合料出現移動錯位推移等現象，必須在壓實溫度較低的條件下進行。但是，瀝青混合料溫度過低，碾壓效果不明顯，反而不利于壓實。因此，只有掌握瀝青混合料的有效壓實時間，保證瀝青混合料能在合理的溫度范圍內壓實，進一步保證瀝青混凝土路面壓實度和使用性能的要求。瀝青混合料自攤鋪溫度到終碾溫度的溫度范圍稱為有效壓實溫度范圍，將攤鋪后瀝青混合料溫度降至終碾溫度所經過的時間成為有效壓實時間，需要在有效壓實時間內合理布置初壓、復壓、終壓的工藝流程，以獲得工程需要的壓實時間[3-4]。有效壓實時間的長短取決于混合料攤鋪后的冷卻速度，影響瀝青混合料冷卻速度的因素主要有環境因素、鋪層瀝青混合料因素、下臥層因素、施工工藝等[5]。

為研究溫拌劑降溫規律及有效壓實時間研究，該文采用室內模擬試驗，將是否摻入溫拌劑作為單因素變量進行控制，保持其他影響瀝青混合料冷卻速度的因素不變。

2.1 溫拌劑降溫規律研究

相關研究表明氣溫對瀝青混合料有效壓實時間影響最大，因此為研究摻入溫拌劑后瀝青混合料的降溫規律，該文項目組重點對低溫環境下溫拌劑對瀝青混合料降溫規律進行了室內模擬研究。

結合前階段溫拌劑摻量優選研究，采用0.74%溫拌劑摻量，采用旋轉壓實儀成型混合料，成型溫度165 ℃，碾壓次數160次。成型完試件后，立即脫模，插入數顯溫度計，置于室外，每分鐘記錄一次混合料內部溫度，直至混合料溫度降低至90 ℃，溫度記錄結果見表2。從試件入模開始碾壓至脫模后初次記錄混合料溫度時間間隔為5 min，其中對照組為不摻溫拌劑，摻入0.74%溫拌劑實驗組采用3組平行試驗。

表2 溫度記錄表

根據測試數據，繪制了混合料降溫曲線并進行線性回歸擬合，擬合曲線見圖2，回歸函數及回歸系數見表3。

表3 回歸分析

圖2 混合料降溫曲線

回歸結果表明，混合料的降溫與時間呈現較好的線性關系，因此，筆者利用回歸函數的斜率表征混合料的降溫速度，用以分析混合料的降溫規律。

測試結果表明摻入溫拌劑后瀝青混合料的降溫速度分別為 1.551 3 ℃ /min、1.987 8 ℃ /min、1.556 6 ℃ /min，低于常規熱拌瀝青混合料2.170 4 ℃/min，說明溫拌劑的摻入在一定程度減緩了瀝青混合料在低溫條件下的降溫速度，在相同環境溫度下，有利于提高混合料的有效壓實時間。

2.2 有效壓實時間研究

根據公路瀝青路面施工技術規范（F40—2004）要求，JTG常規SBS改性瀝青熱拌瀝青混合料攤鋪溫度不低于160 ℃，碾壓終了溫度不低于90 ℃。在不考慮其他因素影響的條件下，統一將160~90 ℃作為有效壓實溫度范圍，回歸函數斜率作為降溫速度，分析了各組瀝青混合料的有效壓實時間，結果見表4。分析可知，摻入0.74%的溫拌劑后，混合料的有效壓實時間有所延長，可換取施工時間約3~12 min。

表4 有效壓實時間

結合前期室內試驗可知，摻入溫拌劑后，瀝青混合料的成型溫度可降低35 ℃。采取常規熱拌瀝青混合料的出料溫度，保守預測摻入溫拌劑后混合料的最低成型溫度分別降低至80℃和70℃，延長有效壓實溫度范圍，在此基礎上預測分析混合料的有效壓實時間，結果見表5。分析結果可知，瀝青混合料的有效壓實時間明顯延長，這說明在低溫環境下，在熱拌熱鋪工藝基礎上，摻入溫拌劑可以延長瀝青混合料的有效壓實時間，為施工質量控制提供保障措施。

表5 有效壓實時間預測分析

3 結論

（1）經研究，該文所依托的延黃高速AC-20C瀝青混合料，其最佳溫拌劑摻量為0.74%。結合實際工程瀝青路面低溫施工的需求，摻入溫拌劑能為施工質量提供保障，但考慮到經濟性的影響，需通過具體試驗來確定溫拌劑最佳摻量。

（2）低溫環境下，摻入0.74%溫拌劑能在一定程度上減緩熱拌瀝青混合料的降溫速度，延長瀝青混合料的有效壓實時間，按照160~90 ℃作為有效壓實溫度范圍，可換取施工時間約3~12 min?？紤]到溫拌劑能降低混合料成型溫度的特性，其有效壓實溫度會進一步拓寬，從而進一步延長瀝青混合料有效壓實時間。