周 宇，潘 娟

(河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)＊

0 引言

泡沫瀝青修路技術(shù)是一門新興的技術(shù)，與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料相比，可以降低20～30℃的施工溫度，使得瀝青混合料在120～140℃即可拌合均勻，降低瀝青生產(chǎn)過程中的老化，延長瀝青路面的使用壽命，并且節(jié)約能源30%左右，減少有害氣體排放［1-2］.泡沫溫拌是一種大有可為的溫拌方式，泡沫溫拌瀝青技術(shù)收到越來越多的關(guān)注，如何確定泡沫溫拌瀝青混合料的壓實溫度顯得尤為重要，因此本文通過室內(nèi)試驗，對泡沫溫拌瀝青混合料的壓實溫度進行研究，旨在對泡沫溫拌瀝青混合料施工時的碾壓溫度提供指導(dǎo).

表1 瀝青的性能指標(biāo)

表2 礦料篩分結(jié)果

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

選擇混合料的集料為來自于江蘇鎮(zhèn)江船山石灰?guī)r，瀝青為江蘇南通生產(chǎn)的70#道路石油瀝青，其指標(biāo)如表1所示.集料所用規(guī)格為4檔，4檔礦料篩分結(jié)果如表2所示，密度如表3所示.

表3 礦料密度

1.2 試驗方法

混合料級配選擇Sup20型，根據(jù)級配設(shè)計規(guī)范及表1、2，分別制作旋轉(zhuǎn)壓實試件，得出各試件的體積指標(biāo)，根據(jù)體積指標(biāo)選擇滿足或接近設(shè)計要求的級配作為設(shè)計級配，通過混合料級配調(diào)試和相關(guān)試驗，算出室內(nèi)混合料的目標(biāo)配比，各檔集料所用的比例及油石比如表4所示.

表4 礦料配合比及瀝青用量

由于泡沫瀝青與礦料混合時，主要散布于細集料(特別是粒徑小于0.075 mm)的表面，形成粘有大量瀝青的細集料，即瀝青膠漿(類似于“瑪蹄脂”膠漿)，瀝青膠漿在碾壓過程中充當(dāng)粘結(jié)劑，將集料顆粒以點焊的方式粘結(jié)在一起，與熱拌瀝青混合料中粗細集料的裹附不同［3-4］，所以泡沫瀝青中要有足夠的細集料，一般情況下，0.075 mm通過率在5% ～20%時，泡沫瀝青混合料的穩(wěn)定性最好［5］.根據(jù)上述各檔集料的配合比，推算出合成級配的0.075 mm通過率為5.2%，滿足上述要求.

室內(nèi)瀝青發(fā)泡試驗儀器選擇德國維特根WLB10型發(fā)泡試驗機，主要有瀝青加熱桶，壓縮空氣、壓力調(diào)節(jié)器、瀝青泵、水流量計等組成.為測量泡沫瀝青的粘度來確定泡沫瀝青的粘溫曲線，粘度儀選擇美國布洛克菲爾德DV-Ⅱ型旋轉(zhuǎn)粘度計.

結(jié)合國內(nèi)外研究，選擇70#道路石油瀝青的發(fā)泡條件為瀝青加熱溫度150℃，加水量1.5%，水溫選擇常溫.旋轉(zhuǎn)壓實儀(SGC)能夠很好的模擬室外路面施工時的壓實情況，比如壓實時的搓揉、剪切和壓密等［6-7］，相對于馬歇爾擊實，減少了集料壓實過程中的破碎，同時集料的排列形狀也更接近于路面的實際情況，所以泡沫溫拌瀝青的成型方法選擇旋轉(zhuǎn)壓實法［8-9］.使用SHRP生產(chǎn)的NCT250旋轉(zhuǎn)壓實儀，泡沫瀝青混合料壓實溫度分別選擇100、110、120、130、140、150℃，熱拌瀝青混合料壓實溫度分別選擇140、150、160℃.在壓實瀝青混合料之前，將拌好的混合料在壓實溫度下進行2 h的短期老化，來模擬實際施工過程中混合料的老化.通過不同溫度下旋轉(zhuǎn)壓實試件的體積指標(biāo)來確定泡沫溫拌瀝青的壓實溫度，并且通過測量發(fā)泡瀝青的粘度確定其粘溫曲線，驗證其是否符合粘溫曲線的要求.

2 數(shù)據(jù)分析

泡沫溫拌瀝青混合料與道路石油瀝青混合料在不同溫度下旋轉(zhuǎn)壓實試件的體積指標(biāo)如表5所示.

表5 混合料體積指標(biāo)

由表5中數(shù)據(jù)可以看出，泡沫溫拌瀝青混合料在130℃旋轉(zhuǎn)壓實條件下的體積指標(biāo)與熱拌瀝青混合料在150℃旋轉(zhuǎn)壓實條件下接近，即相同體積指標(biāo)時，泡沫瀝青混合料壓實溫度比熱拌瀝青混合料降低了20℃.

在相同的發(fā)泡條件下，即瀝青溫度150℃、加水量1.5%、常溫水，利用改進后的布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(考慮到泡沫瀝青在加熱時體積膨脹，會產(chǎn)生瀝青泡，可能影響粘度的測定，所以對布氏粘度計進行改性，將粘度儀的盛樣筒改為杯口直徑更大的瓷缸，同時瓷缸放在油浴里進行控溫，由此來避免瀝青泡可能對讀數(shù)產(chǎn)生的影響)測量泡沫瀝青的粘度，轉(zhuǎn)子使用 27#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速選擇 50 r/min［10-11］，繪制泡沫瀝青的粘溫曲線如圖1所示.

圖1 泡沫瀝青粘溫曲線

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》，對于道路石油瀝青，宜以粘度為(280±30)cp時作為壓實成型溫度范圍.將x=250、310代入粘溫曲線，得到壓實溫度范圍:129～131℃.與旋轉(zhuǎn)壓實體積指標(biāo)獲得的壓實溫度一致，所以泡沫溫拌瀝青Sup20混合料的壓實溫度選擇130℃.

3 混合料路用性能驗證

對發(fā)泡前后瀝青混合料的路用性能進行測試，主要有高溫車轍性能、低溫性能以及水損害性能.選擇泡沫瀝青 Sup20混合料在壓實溫度130℃條件下進行成型試件，道路石油瀝青選擇150℃進行成型試件.60℃條件下的車轍試驗結(jié)果如表6所示.對發(fā)泡前后制備的小梁試件進行彎曲試驗結(jié)果如表7所示.混合料抗水損害能力選擇浸水馬歇爾試驗，試驗結(jié)果如表8所示.

表6 高溫性能驗證表

表7 小梁彎曲試驗結(jié)果

由表6知，泡沫溫拌瀝青混合料的高溫車轍性能與熱拌瀝青混合料相比，動穩(wěn)定度大于熱拌瀝青混合料，比熱拌瀝青混合料高溫性能好.由表7知，對于低溫性能，熱拌瀝青混合料的性能比泡沫溫拌性能好.由表8知，熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性性能比泡沫溫拌性能好.泡沫溫拌瀝青混合料的高溫車轍性能、低溫性能及水穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求，即泡沫溫拌瀝青混合料滿足道路的路用性能.

表8 浸水馬歇爾試驗結(jié)果

4 結(jié)論

由泡沫粘溫曲線測定的壓實溫度范圍與根據(jù)體積指標(biāo)確定的壓實溫度基本一致，泡沫瀝青混合料的高溫車轍性能、低溫性能、水損害性能均滿足規(guī)范要求，所以泡沫溫拌瀝青混合料的壓實溫度宜選擇130℃左右.可以對現(xiàn)場泡沫溫拌瀝青混合料的碾壓溫度提供指導(dǎo).本文僅對道路石油泡沫瀝青混合料進行分析，碾壓溫度為130℃左右.由于改性屬于非牛頓體，不適合用粘溫曲線進行評價，所以對于改性瀝青的泡沫溫拌混合料的碾壓溫度確定方法還有待進一步研究.

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