魏 誼

(湖南省通達(dá)工程試驗檢測有限公司，湖南長沙 410076)

0 引言

隨著我國交通建設(shè)不斷的發(fā)展，道路規(guī)模逐漸擴(kuò)大，交通量迅速增加，大型車輛以及超重載車輛對路面質(zhì)量的影響，縮短了瀝青路面的壽命周期［1，2］。因此，現(xiàn)代道路對路面材料的要求越來越高，大多數(shù)采用聚合物對普通瀝青進(jìn)行改性［3］。對改善瀝青材料的彈性以及降低瀝青的溫度敏感性起到良好的效果，但是對瀝青熱塑性的問題沒有很好的解決，不能夠滿足特殊的高速路面鋪裝要求。

20世紀(jì)90年代后期，歐美等發(fā)達(dá)國家對瀝青的改性工藝的著重點轉(zhuǎn)移到環(huán)氧樹脂改性瀝青［4］。通過環(huán)氧樹脂改性后的瀝青，能夠很大程度上增強(qiáng)瀝青的粘附性和抗拉強(qiáng)度的要求，同時也解決了瀝青熱塑性的難題。近年來，我國將環(huán)氧瀝青應(yīng)用于道路交通量較大的隧道、交叉口等路段［5］。高耐久性鋪裝(High Durable Pavement簡稱HDP)瀝青混合料屬于環(huán)氧膠凝體系，與環(huán)氧瀝青相似。瀝青與HDP添加劑的粘度對HDP瀝青混合料的施工性能密切相關(guān)。結(jié)合料粘度過低，容易造成混合料在運輸、卸料、攤鋪過程中出現(xiàn)離析現(xiàn)象;結(jié)合料粘度過高，會使得混合料壓實相當(dāng)困難［6］。因此，溫度和時間都是影響環(huán)氧瀝青施工工藝性能的關(guān)鍵因素。

1 試驗材料

HDP添加劑主要由主劑及硬化劑組成，將主劑與硬化劑按一定比例(61∶39)混合攪拌。試驗所用的瀝青采用韓國SK－70#瀝青。試驗采用的集料為石灰?guī)r，各項技術(shù)指標(biāo)經(jīng)過試驗測試，其性能滿足JTG F40 －2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》［7］要求。HDP瀝青混合料礦料級配按規(guī)范取值，采用路面面層普遍使用的懸浮密實結(jié)構(gòu)AC－13級配進(jìn)行設(shè)計［8］。

2 拌和溫度與成型時間的確定

2.1 粘度試驗測試與分析

瀝青和HDP添加劑的粘度與HDP混合料的施工性能密切相關(guān)。HDP添加劑的主劑與硬化劑在一定溫度下均勻混合后發(fā)生自催化反應(yīng)，形成與環(huán)氧樹脂相似的性質(zhì)。環(huán)氧瀝青粘度隨時間逐漸變化，在一定時間內(nèi)呈拋弧線變化，當(dāng)溫度越高，粘度變化越快［9］。本試驗采用在60℃水浴中加熱保溫充分均勻混合的HDP添加劑主劑與硬化劑，并且試驗用布氏粘度計測試該溫度下不同時間的粘度值，繪制其粘度－時間曲線，如圖1所示。

由圖1粘度曲線可以看出，試驗溫度為60℃時，HDP添加劑的主劑與硬化劑混合物的粘度在前20 min上升速度較快，隨后HDP粘度的變化不明顯，基本趨于穩(wěn)定，此時的粘度大約為10 000 mPa·s。試驗結(jié)果表明，溫度為60℃的HDP粘度基本恒定在 10 000 mPa·s。

為了較好的研究HDP與瀝青固化時間的關(guān)系，在3種不同的溫度(165℃、175℃、185℃)條件下，將HDP與瀝青充分均勻混合，并采用布氏粘度計測定HDP與瀝青混合物的粘度隨時間變化關(guān)系，粘度曲線如圖2所示。

圖1 60℃下HDP粘度曲線

圖2 不同溫度下HDP與瀝青粘度曲線

由圖2試驗結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)，在不同的溫度情況下，HDP和瀝青混合物的粘度僅僅只在初期有明顯變化，隨后基本都趨于穩(wěn)定。不同溫度的粘度不一樣，溫度為165℃的粘度約為440 mPa·s、溫度為175℃的粘度約為210 mPa·s、溫度為185℃的粘度約為40 mPa·s。試驗結(jié)果表明，溫度是影響粘度的主要因素，隨著溫度的升高，粘度值會越小，在較高溫度時對HDP瀝青混合料成型操作的時間更有利，在實際工程中便于延長施工攤鋪、碾壓的時間。

2.2 時間和溫度對混合料性能分析

提出對HDP瀝青混合料在不同溫度下(165℃、175℃、185℃)成型操作時間的試驗，驗證其混合料是否具有較長成型操作時間。室內(nèi)試驗中，將HDP瀝青混合料在165℃、175℃、185℃ 3種溫度下拌和成型，并把馬歇爾試件放入相應(yīng)的溫度對其進(jìn)行不同時間的養(yǎng)護(hù)。應(yīng)用于模擬實際道路工程中的施工運輸、攤鋪、碾壓過程所需的時間。在不同拌和溫度和保溫養(yǎng)護(hù)時間下，HDP瀝青混合料各項性能均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40－2004》要求。

拌和溫度和保溫養(yǎng)護(hù)時間主要影響混合料試件體積指標(biāo)及強(qiáng)度指標(biāo)，而混合料的密度、瀝青飽和度等各項物理指標(biāo)都與空隙率有關(guān)。本試驗以成型試件空隙率作為試件體積指標(biāo)［10］，表征施工現(xiàn)場攤鋪、碾壓情況，馬歇爾穩(wěn)定度表征強(qiáng)度指標(biāo)。因此，試驗分別研究分析不同的拌和溫度及保溫養(yǎng)護(hù)時間對混合料試件空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度影響，試驗結(jié)果如圖3～圖6所示。

圖3 空隙率與拌和溫度的關(guān)系

圖4 空隙率與保溫養(yǎng)護(hù)時間的關(guān)系

由圖3試驗結(jié)果可知，在相同保溫養(yǎng)護(hù)時間下，隨拌和溫度升高，試件的空隙率逐漸減小，其變化幅度在0.5%以內(nèi)，試驗結(jié)果表明拌和溫度對HDP瀝青混合料空隙率影響較小。圖4試驗結(jié)果可知，在相同拌和溫度下，隨保溫養(yǎng)護(hù)時間延長，馬歇爾試件空隙率逐漸增大，保溫養(yǎng)護(hù)時間內(nèi)成型馬歇爾試件的空隙率一直低于5.0%，符合規(guī)范的要求范圍。因此，空隙率在不同拌和溫度及保溫養(yǎng)護(hù)時間的變化對HDP瀝青混合料路用性能有影響。

馬歇爾穩(wěn)定度能夠直接反映HDP瀝青混合料強(qiáng)度的性能指標(biāo)。由圖5試驗結(jié)果可知，在相同保溫養(yǎng)護(hù)時間下，隨拌和溫度的升高，HDP混合料試件的馬歇爾穩(wěn)定度增大，但穩(wěn)定度的增大速率逐漸減緩。圖6試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同拌和溫度下，隨保溫養(yǎng)護(hù)時間的延長，馬歇爾穩(wěn)定度逐漸減小。因此，在不同拌和溫度及保溫養(yǎng)護(hù)時間的變化對HDP瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度影響顯著。

按照規(guī)范規(guī)定HDP瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度不小于40 kN的要求，并結(jié)合室內(nèi)試驗的研究，提出在不同的拌和溫度下HDP混合料最長成型操作時間。溫度為165℃條件下混合料的馬歇爾穩(wěn)定度達(dá)不到規(guī)范要求。溫度為175℃、185℃，滿足規(guī)范要求的條件下，最長成型操作時間如表1所示。

圖5 馬歇爾穩(wěn)定度與拌和溫度的關(guān)系

圖6 馬歇爾穩(wěn)定度與保溫養(yǎng)護(hù)時間的關(guān)系

表1 HDP瀝青混合料最大成型操作時間

一般普通環(huán)氧瀝青混合料的成型操作時間在40 ～50 min［11］，與其相比，發(fā)現(xiàn) HDP 瀝青混合料的允許操作時間比較長，更利于應(yīng)用在道路工程中施工攤鋪、碾壓等工藝。從拌和條件和經(jīng)濟(jì)效益考慮，建議選擇175℃作為HDP混合料的拌和溫度，最長成型操作時間為控制在90 min內(nèi)。

3 最低擊實成型溫度確定

按照上述試驗確定的拌和溫度175℃，對HDP瀝青混合料進(jìn)行拌和。考慮到拌和后的混合料在施工過程中需要運輸、攤鋪、碾壓等工藝，在這一系列的工藝過程中，混合料的溫度會逐漸下降，如果溫度過低，易造成碾壓不密實，使路面的空隙率達(dá)不到要求，從而直接影響到路面的使用性能。試驗采用6種不同溫度(100℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃)進(jìn)行馬歇爾試件的擊實溫度，試驗通過研究HDP瀝青混合料試件高度、空隙率以及馬歇爾穩(wěn)定度等指標(biāo)隨溫度的變化情況，試驗的性能指標(biāo)檢測結(jié)果如表2所示。

表2 不同溫度的擊實成型試驗結(jié)果

由表2試驗結(jié)果可知，在HDP瀝青混合料擊實成型時，溫度對混合料的空隙率和馬歇爾穩(wěn)定度的影響顯著，從而直接影響到HDP瀝青混合料的體積和強(qiáng)度指標(biāo)。擊實溫度在120℃以上，混合料的試件高度均滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)高度為63.5±1.3 mm的要求。當(dāng)擊實溫度為130℃，混合料的空隙率能夠滿足規(guī)范要求，但是馬歇爾穩(wěn)定度為36.58 kN，不能滿足規(guī)范要求。從試驗的結(jié)果可以看出，只有溫度在140℃或以上，試件高度、空隙率及馬歇爾穩(wěn)定度均滿足規(guī)范的要求。因此，HDP瀝青混合料的最低擊實溫度為140℃。為了防止混合料攤鋪、碾壓時的溫度過低，實際施工過程中，盡量在混合料的運輸途中加強(qiáng)保溫措施。

4 結(jié)論

通過對HDP瀝青混合料成型溫度的研究，可以得出以下結(jié)論:

1)溫度是影響HDP和瀝青混合物粘度的主要因素，隨著溫度的升高，粘度值會越小，在較高溫度時對HDP瀝青混合料成型操作的時間更有利。

2)在不同的拌和溫度及保溫養(yǎng)護(hù)時間對HDP瀝青混合料試件空隙率和馬歇爾穩(wěn)定的影響研究發(fā)現(xiàn)，拌和溫度越高，允許混合料成型時間越長，各綜合因素考慮，建議拌和溫度為175℃，允許最大成型操作時間為90 min內(nèi)。

3)HDP瀝青混合料擊實成型溫度越低，試件高度越高，空隙率越大，馬歇爾穩(wěn)定度越小。綜合考慮各指標(biāo)變化，確定HDP瀝青混合料最低擊實成型溫度應(yīng)為140℃。

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