王志祥 霍洋洋 黨合歡

（長安大學公路學院1） 西安 710064） （長安大學建筑工程學院2） 西安 710064）

WMA技術(shù)可以提高瀝青混合料的可工作性，使混合料能在相對較低的溫度下進行拌和、攤鋪與壓實，既可以吸收冷拌低碳環(huán)保的優(yōu)點，又能滿足與HMA相同的路用性能.近年來，橡膠瀝青混凝土路面以其優(yōu)越的使用性能得到了越來越多的應用［1－3］.然而，由于橡膠瀝青混合料在低溫下過于稠且粘，所以，生產(chǎn)施工時候一般采用熱拌方法，拌和后混合料出場溫度不低于180℃，攤鋪和碾壓時的溫度不低于150℃.如此高的溫度，不僅導致混合料在施工過程中排放大量的CO2，CO，SO2和NOx等氣體和粉塵，以及在瀝青混合料生產(chǎn)中消耗更多的能量，而且影響周圍環(huán)境，損害施工人員的身體健康；同時也會導致瀝青膠結(jié)料的老化，影響橡膠瀝青混合料的長期使用性能［4－6］.如何采取有效措施降低橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)和施工溫度，減少對環(huán)境和施工人員健康的影響，節(jié)約資源，符合綠色環(huán)保戰(zhàn)略，是目前橡膠瀝青混合料技術(shù)研究的關(guān)鍵.本文采用溫拌技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱拌方法［7－9］，即通過參入溫拌劑來降低生產(chǎn)和施工溫度，以期有效解決上述問題.

1 原材料及橡膠瀝青混合料

1.1 原材料

采用SK90?；|(zhì)瀝青，22%摻量（外摻）的40目橡膠粉；采用的3種溫拌添加劑，分別為自行開發(fā)的橡膠瀝青溫拌劑ZYF，法國PRI公司提供的PRLT低溫高性能溫拌添加劑［10］，美國維什維克公司生產(chǎn)的Evotherm添加劑（DAT濃縮液），其材料物理化學指標及技術(shù)要求見表1～2.

表1 PRLT改性劑的物理性能指標

表2 Evotherm添加劑的技術(shù)要求

1.2 ZYF溫拌劑的制備

橡膠瀝青溫拌劑開發(fā)的原材料為：A，B，C，D，E，F(xiàn)6種物質(zhì)，根據(jù)正交試驗的極差大小，各種材料對橡膠瀝青的降粘影響大小排序為：B＞A＞C＞E＞D＝F；把6種原材料和水（B∶A∶C∶E∶D∶F∶水）擬定7種不同的配比（質(zhì)量比），在橡膠瀝青中加入5%的不同配比的溫拌劑，測試不同溫度下的粘度，結(jié)果見表3.

表3 不同配比的粘度測試結(jié)果

由表3可見，在各溫度下，7種配比的溫拌劑都降低了橡膠瀝青的粘度，但是不同配比的降粘效果不同；隨著溫度的升高，其降粘率雖然也有所減小，但減小的并不明顯，這可能是由于橡膠瀝青高溫時的粘度仍然比較大的緣故；隨著材料B和A的添加比例的增加，溫拌劑的降粘率也隨之增大；當材料C和E的添加比例從4g減小到2g時，溫拌劑降粘效果增加的并不明顯；當材料F添加比例從8g增加到10g時，降粘率有增大的趨勢，但是在有些溫度下增大幅度大，有些溫度下增大幅度小，其中在180℃時最大，為3.7%，而在135℃時最小，為0.2%，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是由于不同溫度下的橡膠瀝青自身特點以及試驗誤差造成的.橡膠瀝青溫拌劑開發(fā)的原材料配比匯總見表4.

表4 各原材料添加比例

1.3 ZYF橡膠瀝青的制備

對于自行開發(fā)的溫拌添加劑，采用濕法工藝制備溫拌瀝青，具體操作是：先將瀝青加熱到100℃以上（橡膠瀝青無需加熱，生產(chǎn)完畢后直接加入溫拌劑），然后將4%（占瀝青重量）的溫拌劑加入到熱瀝青中，并保持溫室內(nèi)實驗摻加工藝采用干拌法.

對于PRLT低溫高性能溫拌添加劑，將加熱至一定溫度的集料放入拌和設備中攪拌均勻，將PRLT添加劑投入拌和設備中，立即攪拌15s，以防止添加劑融化凝結(jié)成團，使添加劑顆粒完全軟化并且分布均勻，保持集料溫度為150～160℃，加入瀝青和礦粉進行濕拌1～2min，保證溫拌劑全部融化，冷卻制成混合料.

Evotherm溫拌橡膠瀝青采用干法制備，即將溫拌劑直接加入拌鍋與瀝青、礦料、礦粉等拌和，DAT濃縮液和瀝青一般按其質(zhì)量比的10∶90進行添加，而在實際生產(chǎn)中一般按其質(zhì)量比的5∶95同時投入拌和鍋與集料混合攪拌即可.

1.4 溫拌橡膠瀝青混合料配合比設計

根據(jù)文獻［11］，40目細膠粉類的溫拌橡膠瀝青混合料適合采用AR－SMA－13型級配，ARSMA－13礦料級配范圍見表5.

表5 AR－SMA－13合成級配

2 基于粘溫關(guān)系的拌和與壓實溫度研究

采用Brookfield粘度試驗測定添加溫拌劑前后的橡膠瀝青結(jié)合料的粘度，試驗結(jié)果見表6.

利用ASTMD249所推薦的Saal公式對試驗結(jié)果進行回歸：lglg（η×1 000）＝n－m%lg（t＋273.13）.式中，η為粘度，單位Pa·s；t為溫度，單位℃；n，m為與材料有關(guān)的回歸系數(shù).圖1為回歸粘度曲線，線性回歸方程見表7.

表6 不同溫度下橡膠瀝青的粘度 （Pa·s）

根據(jù)ASTND2493粘度與溫度的關(guān)系曲線，粘溫曲線上瀝青理想拌和與壓實粘度所對應的溫度作為瀝青混合料的拌和壓實溫度.參考德克薩斯大學Yildirim等人推薦［12］，對應于改性瀝青理想粘度（拌和（0.275±0.02）Pa·s和壓實（0.55±0.04）Pa·s）可以計算出兩種橡膠瀝青混合料的拌和與壓實溫度，計算結(jié)果見表8.

圖1 橡膠瀝青回歸粘度曲線

表7 橡膠瀝青線性回歸方程

表8 根據(jù)等粘溫度確定的溫拌橡膠瀝青混合料拌和及壓實溫度 ℃

由表8可見，采用粘溫曲線法確定的橡膠瀝青拌和與壓實溫度值均大于210℃，均比規(guī)范推薦溫度值大很多，這與實際脫節(jié)，這可能是橡膠瀝青橡膠瀝青粘度太大的緣故，故上述方法不適于確定溫拌橡膠瀝青拌和與壓實溫度.

為進一步確定這2種溫拌橡膠瀝青混合料的拌和溫度，本文提出等粘溫差的概念.所謂等粘溫度差，是指溫拌橡膠瀝青和橡膠瀝青在相同粘度條件下，2種膠結(jié)料對應溫度的差值，從一定程度上反映了溫拌劑的降粘效果，也就是說這個溫度差就是溫拌劑加入后橡膠瀝青的拌和溫度降低值.

因此可以根據(jù)等粘溫差的方法來進一步確定拌和溫度.根據(jù)粘溫曲線圖，可以計算任意粘度下兩種結(jié)合料的等粘溫度差，結(jié)合等粘溫度差可以初步確定拌和溫度.根據(jù)實際工程經(jīng)驗，一般采用2.5Pa·s粘度對應的溫度作為橡膠瀝青結(jié)合料加熱溫度.通過回歸方程可以計算出3種橡膠瀝青結(jié)合料粘度為2.5Pa·s所對應的溫度，以及等粘溫差見表7，并推薦拌和和壓實溫度見表9.

3 基于SGC壓實效果的拌和與壓實溫度研究

為了進一步確定3種溫拌橡膠瀝青混合料的拌和和壓實溫度，并對上述粘溫曲線確定的溫度進行了修訂，從混合料的壓實效果考慮，采用SGC旋轉(zhuǎn)壓實，在不同的溫度下成型SGC試件，通過控制壓實試件空隙率來確定溫拌橡膠瀝青混合料的壓實溫度，然后根據(jù)經(jīng)驗確定拌和溫度，試驗結(jié)果見圖2.

表9 2.5Pa·s所對應的溫拌橡膠瀝青的粘度與等粘溫差 ℃

圖2 溫拌橡膠瀝青混合料空隙率與壓實溫度關(guān)系

由上表分析可知，以4.0%的空隙率為指標，采用本次研究的方法確定的橡膠瀝青混合料的拌和溫度178～183℃、壓實溫度168℃，與推薦的溫度接近，所以可以認為本次研究確定的拌和與壓實溫度較為準確.根據(jù)粘溫曲線和空隙率與壓實溫度的關(guān)系，推薦橡膠瀝青各個環(huán)節(jié)的溫度，每種溫拌劑都顯著降低了橡膠瀝青混合料的拌和與壓實溫度，其中，PRLT溫拌劑降低拌和與壓實溫度30℃左右，ZYF和Evotherm溫拌劑降低了拌和與壓實溫度25℃左右；各種溫拌劑降溫的幅度有所差異，但是差異并不是很大，可以認為各種溫拌劑降低橡膠瀝青混合料的拌和與壓實溫度在25℃左右，因此推薦溫拌橡膠瀝青各個環(huán)節(jié)溫度見表10.

表10 溫拌橡膠瀝青各個環(huán)節(jié)溫度 ℃

4 不同溫拌橡膠瀝青混合料路用性能

4.1 馬歇爾試驗

采用馬歇爾試驗設計方法，設計空隙率4.0%，試驗溫度參照表7中推薦溫度，進行馬歇爾試驗，最終測得3種類型溫拌橡膠瀝青混合料 馬歇爾試驗測試結(jié)果見表11.

表11 溫拌橡膠瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

由表11可見，參加溫拌劑的橡膠瀝青混合料的各項指標均在規(guī)范范圍之內(nèi)，但穩(wěn)定度均高于熱拌橡膠瀝青混合料，故可以采用推薦溫度進行混合料實驗.

4.2 高、低溫性能

本文采用車轍試驗來評價溫拌橡膠瀝青混合料的高溫性能，小梁彎曲試驗來評價低溫性能，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行試驗，結(jié)果見表12、表13.

表12 車轍試驗結(jié)果

表13 低溫小梁彎曲試驗結(jié)果

由表12可見：ZYF，PRLT以及Evotherm3種溫拌技術(shù)均提高了橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度，提高大小順序為PRLT溫拌橡膠瀝青混合料＞ZYF溫拌橡膠瀝青混合料＞Evotherm溫拌橡膠瀝青混合料；PRLT溫拌橡膠瀝青混合料高溫性能提高最大.

從表13試驗結(jié)果可以看出，PRLT溫拌橡膠瀝青混合料的低溫性能提高最為顯著，溫拌劑增加了結(jié)合料的粘稠度，改善了橡膠瀝青的柔韌性，從而改善了混合料的低溫性能；Evotherm溫拌瀝青和熱拌橡膠混合料的低溫試驗結(jié)果基本一致，表明表面活性劑不會影響橡膠瀝青混合料的低溫性能；ZYF溫拌劑改善了混合料的低溫性能，所以所推薦的拌和和壓實溫度合理.

4.3 水穩(wěn)定性

以浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度比（MS0）和凍融劈裂試驗的凍融劈裂強度比（TSR）來評價溫拌橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，水穩(wěn)性試驗結(jié)果見表14～15.

表14 浸水馬歇爾試驗結(jié)果

表15 凍融劈裂試驗結(jié)果

由表14可見，3種溫拌和熱拌橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度比都較高，在規(guī)范要求之內(nèi)，說明四種混合料的水穩(wěn)定性較好，溫拌劑的加入增強了混合料強度以及結(jié)合料和石料的粘結(jié)力.

由表15可見，PRLT溫拌橡膠瀝青混合料的凍融劈裂強度比值略高于熱拌橡膠瀝青混合料.ZYF溫拌和Evotherm溫拌橡膠瀝青都比熱拌橡膠瀝青的凍融劈裂強度比值小，可能是添加溫拌劑后瀝青延度變小、低溫抗裂性能變差造成的.

5 結(jié) 論

1）采用等粘溫度法和變溫度擊實馬歇爾試驗確定了3種溫拌橡膠瀝青混合料的拌和溫度和壓實溫度，與熱拌相比，PRLT溫拌橡膠瀝青混合料的拌和與壓實溫度可以降低25～30℃，ZYF和Evotherm溫拌溫拌橡膠瀝青混合料可以降低20～25℃.

2）ZYF溫拌橡膠混合料的高溫、低溫性能均得到了提高，水穩(wěn)定性略查，說明自主研發(fā)的溫拌劑效果明顯，摻量合理，推薦的拌和和壓實溫度適宜.

3）對3種溫拌橡膠瀝青混合料的路用性能進行了研究，3種溫拌技術(shù)的引進均提高了橡膠瀝青混合料的高溫抗車轍性能和低溫性能，ZYF和Evotherm對瀝青混合料的水穩(wěn)性能有不利影響，PRLT低溫高性能溫拌劑提高了瀝青混合料水穩(wěn)定性.

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