陸宏新，肖 杰，唐咸遠(yuǎn)

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410076)

摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度研究

陸宏新1，肖 杰2，唐咸遠(yuǎn)2

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410076)

為確定摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度，文章采用等體積法，對(duì)摻3%EC120溫拌AC-13密級(jí)配瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究，并與常規(guī)的熱拌瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：摻3%EC120溫拌改性瀝青混合料的壓實(shí)溫度降低了27.1 ℃，與廠商建議的30 ℃接近；以等體積法確定的溫拌瀝青混合料，其使用性能均滿足規(guī)范要求；相對(duì)于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，溫拌改性瀝青混合料有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、略低的水穩(wěn)定性、較好的低溫抗裂性。

EC120；溫拌改性瀝青；熱拌瀝青混合料；溫度；等體積法

0 引言

目前，我國高速公路瀝青路面主要采用熱拌瀝青混合料(HMA)，其生產(chǎn)拌和溫度高達(dá)160 ℃甚至更高，不僅消耗了大量能源同時(shí)還排放大量的廢氣和粉塵，造成周圍環(huán)境的污染[1]。而溫拌瀝青混合料(WMA)是使用專用添加劑或其他方法，降低瀝青在給定溫度下的黏度， 從而使瀝青混合料能在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行拌和與壓實(shí)， 在保證路面混合料使用性能的同時(shí)還能節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。

對(duì)普通熱拌瀝青混合料而言，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[2]采用等黏度原則確定其拌和與壓實(shí)溫度。但是，目前國內(nèi)外對(duì)溫拌瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度的確定沒有統(tǒng)一的方法，特別是關(guān)于溫拌改性瀝青混合料這方面研究更少。張立強(qiáng)[3]的研究表明用等黏原理確定施工溫度的方法不適應(yīng)SBS聚合物改性瀝青，建議采用等體積性(空隙率)法。張爭(zhēng)奇[4]提出采用和易性試驗(yàn)法確定改性瀝青混合料拌和與壓實(shí)溫度。陳華鑫[5]根據(jù)4種SBS改性瀝青混合料在最佳壓實(shí)溫度下的黏度與剪切速率關(guān)系，建議改進(jìn)改性瀝青等黏原則，測(cè)黏剪切速率為60s-1，而不是ASTMD2493規(guī)定的6.8s-1。吳超凡[6]的研究指出等黏原則用來確定摻Sasobit的溫拌瀝青混合料拌和與壓實(shí)溫度與實(shí)際并不相符合，建議采用等體積法確定其溫度的中值。EC-120是一種新型的溫拌改性劑，摻入在SBSI-D聚合物改性瀝青中的拌和與壓實(shí)溫度如何確定有待研究。本文通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，研究等體積法確定拌和與壓實(shí)溫度中值是否適用于摻EC120溫拌改性瀝青混合料。

1 試驗(yàn)材料

瀝青為SBSI-D聚合物改性瀝青，嚴(yán)格按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)[7]要求測(cè)試的各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果見表1。集料為玄武巖粗集料與石灰?guī)r細(xì)集料，按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE42-2005)[8]的要求對(duì)所采用集料與礦粉分別進(jìn)行主要指標(biāo)的測(cè)試， 檢驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)[2]規(guī)定的要求。采用的溫拌劑EC120是深圳海川工程科技有限公司研發(fā)的一種熔點(diǎn)很低的混合物，可完全溶解于瀝青中，并且與瀝青形成穩(wěn)定的化合物。

對(duì)不摻EC120溫拌劑的普通熱拌瀝青混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，確定的最佳瀝青用量為4.8%，混合物集料的級(jí)配見表2，混合料擊實(shí)試驗(yàn)按照現(xiàn)行規(guī)范[7]中T0702-2011的要求進(jìn)行，并在試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制溫度。

表1 SBS I-D聚合物改性瀝青性質(zhì)表

表2 集料混合物的級(jí)配數(shù)值表

2 混合料拌和與壓實(shí)溫度的確定

多年來，瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度都是采用黏度-溫度曲線來確定，并據(jù)此溫度來指導(dǎo)瀝青路面施工。現(xiàn)在無論是馬歇爾還是Superpave設(shè)計(jì)體系，均采用瀝青結(jié)合料黏度0.17±0.02Pa·s及0.28±0.03Pa·s對(duì)應(yīng)的溫度范圍作為瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度，采用布氏(Brookfield)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)定[2,6]。然而，對(duì)于改性瀝青的拌和與壓實(shí)溫度的確定，已有研究表明等黏溫度原則并不適用聚合物改性瀝青，建議對(duì)等黏溫度原則進(jìn)行修正或者改用其他方法，如等體積性(空隙率)法[3-4]。

足夠的潤(rùn)滑和容易裹覆集料的瀝青是瀝青混合料在拌和時(shí)所需要的；而在瀝青混合料壓實(shí)時(shí)需要瀝青能夠把集料膠結(jié)在一起，形成密實(shí)材料。等體積法原則是指瀝青混合料具有相同的體積性參數(shù)，如空隙率等。從理論上講，要求除瀝青外的其它變量，如集料、級(jí)配、壓實(shí)功、壓實(shí)方法都一致。瀝青混合料的空隙率，是指礦料及瀝青以外的空隙(不包括礦料自身內(nèi)部的孔隙)的體積占試件總體積的百分率，過大容易造成車轍、水損害等，過小則容易引起泛油等損害，是瀝青混合料體積指標(biāo)中最重要的指標(biāo)之一。

為了檢驗(yàn)等體積法確定溫拌瀝青混合料拌和與壓實(shí)溫度的可靠性，開展了改性瀝青與摻溫拌劑EC120改性瀝青混合料在不同溫度下壓實(shí)后的空隙率，其中溫拌劑EC120摻量為廠商建議的瀝青含量的3%；試驗(yàn)方法按現(xiàn)行規(guī)范[7]，采用T0702-2011所述方法制作試件并測(cè)定空隙率，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 改性瀝青與摻3%的EC120改性瀝青 混合料空隙率-擊實(shí)溫度關(guān)系圖

由圖1可知，相同溫度下，零摻量比摻3%的EC120改性瀝青混合料的空隙率大；空隙率一定的情況下，摻3%的EC120比零摻量改性瀝青混合料的擊實(shí)溫度低。不管何種摻量，空隙率均隨擊實(shí)溫度的升高而下降，且與擊實(shí)溫度近似呈直線關(guān)系。經(jīng)回歸分析得出兩者關(guān)系如式(1)所示：

W=A×T+B

(1)

式中：W——混合料空隙率；T——壓實(shí)溫度；A、B——回歸分析的參數(shù)。

表3給出了回歸分析參數(shù)以及相關(guān)系數(shù)平方R2的值，對(duì)于給定的空隙率W，根據(jù)式(1)可以直接算出壓實(shí)溫度。應(yīng)用設(shè)計(jì)空隙率4.8%，根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算得出壓實(shí)溫度。有研究表明[3]：SBS改性瀝青的施工溫度比基質(zhì)瀝青高5 ℃～10 ℃，本文取拌和溫度高出壓實(shí)溫度10 ℃。

表3 混合料等體積原則確定的拌和與壓實(shí)溫度表

從表3可以看出，改性瀝青混合料壓實(shí)溫度為162.1 ℃，摻3%的EC120溫拌劑瀝青混合料壓實(shí)溫度為135.0 ℃，兩者相差27.1 ℃，與廠商建議的30 ℃非常接近。這說明用等體積法初步確定摻EC120溫拌瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度是可行的。

3 混合料路用性能

為了進(jìn)一步驗(yàn)證等體積法在確定摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度的有效性，采用該法確定的拌和與壓實(shí)溫度制作試件，開展摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料的一系列試驗(yàn)，并與常規(guī)的AC-13熱拌瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)摻EC120溫拌混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性。

3.1 高溫穩(wěn)定性

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)，開展摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料及熱拌AC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性數(shù)值表

由表4可知，摻3%的EC120的溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性指標(biāo)均符合規(guī)范要求；溫拌瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，溫拌添加劑的加入可以顯著提高車轍試驗(yàn)測(cè)定的動(dòng)穩(wěn)定度，測(cè)得的動(dòng)穩(wěn)定度比常規(guī)的熱拌瀝青混合料提高40.9%。

3.2 低溫抗裂性

通過開展摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的低溫抗裂性試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 瀝青混合料的低溫抗裂性數(shù)值表

由表5可以看出， 摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的破壞彎拉應(yīng)變均符合規(guī)范要求；溫拌瀝青混合料較熱拌瀝青混合料的低溫抗裂性好，加入溫拌添加劑后低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變提高了13.6%。

3.3 水穩(wěn)定性

現(xiàn)行規(guī)范[2]規(guī)定瀝青混合料的水穩(wěn)定性通過浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)兩種試驗(yàn)評(píng)價(jià)。浸水馬歇爾試驗(yàn)是測(cè)定混合料試件在受到水損壞前后的馬歇爾穩(wěn)定度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的馬歇爾試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比MS0，用來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。凍融劈裂試驗(yàn)適用于測(cè)定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的抗拉強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比TSR，用于評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

通過室內(nèi)試驗(yàn)得到摻3%的EC120溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果見表6。

表6 瀝青混合料的水穩(wěn)定性數(shù)值表

從表6可以看出， 摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性也均符合規(guī)范要求；相對(duì)熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料有偏低的水穩(wěn)定性，但偏低不多。

通過以上室內(nèi)試驗(yàn)得到摻3%的EC120溫拌AC-13瀝青混合料路用性能，并與熱拌AC-13瀝青混合料對(duì)比可知：相對(duì)于熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，低溫抗裂性較好、水穩(wěn)定性略低。試驗(yàn)結(jié)果表明用等體積法確定的溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性都符合規(guī)范要求，證明摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度是可以用等體積原則確定的。

4 結(jié)語

本文通過室內(nèi)試驗(yàn)，討論了典型摻量下(3%)EC120溫拌瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度確定的方法，結(jié)果表明：

(1)傳統(tǒng)的等黏原則確定拌和及壓實(shí)溫度不適用熱拌改性瀝青混合料，同樣也不適用于溫拌瀝青混合料。

(2)通過利用混合料空隙率-溫度關(guān)系，應(yīng)用等體積原則確定瀝青混合料壓實(shí)溫度的方法，在典型摻量3%EC120下，壓實(shí)溫度降低27.1 ℃，這與廠商建議的30 ℃非常接近。

(3)以等體積法確定的拌和及壓實(shí)溫度的溫拌瀝青混合料，相對(duì)于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、略低的水穩(wěn)定性、較好的低溫抗裂性。

(4)試驗(yàn)結(jié)果表明摻EC120溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度是可以用等體積原則確定的。

[1]徐世法，顏 彬，季 節(jié)，等.高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].公路，2005(1):195-198.

[2]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 張立強(qiáng)，周進(jìn)川.SBS改性瀝青拌和與壓實(shí)溫度的確定[J].公路交通技術(shù)，2005(5):68-72.

[4] 張爭(zhēng)奇，吳瑞環(huán)，季社鵬.改性瀝青混合料拌和及壓實(shí)溫度的確定方法[J].公路交通科技，2013(8):6-11.

[5] 陳華鑫，辛斌科，李旭峰，等.SBS改性瀝青等黏原則的改進(jìn)[J].公路，2010(1):6-7.

[6] 吳超凡，曾夢(mèng)瀾，王茂文，等.添加Sasobit溫拌瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度確定[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(8):1-5.

[7]JTGE20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[8]JTGE42-2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

Research on Mixing and Compaction Temperatures of Warm-mix Modified Asphalt Mixture with EC120

LU Hong-xin1，XIAO Jie2，TANG Xian-yuan2

(1.Guangxi Road Construction Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001；2.School of Traffic and Transportation Engineering，Changsha University of Science & Technology，Changsha，Hunan，410076)

To determine the mixing and compaction temperatures of warm-mix modified asphalt mixture with EC120，and by using the equal-volume method，this article conducted the indoor laboratory tests on warm-mix AC-13 dense-graded asphalt mixture with 3% EC120，and conducted the comparative analysis with conventional hot-mix asphalt mixture.The results showed that：the compaction temperature of warm-mix mod-ified asphalt mixture with 3% EC120 is decreased by 27.1 ℃，close to 30 ℃ recommended by the manufacturer；for the warm-mix asphalt mixture determined by equal-volume method，its usage performance can meet the required specifications；compared to the conventional hot-mix asphalt mixture，the warm-mix asphalt mix-ture has excellent high-temperature stability，slightly lower water stability，and better low-temperature cracking resistance.

EC120；Warm-mix modified asphalt；Hot-mix asphalt mixture；Temperature；Equal-volume method

廣西科技開發(fā)項(xiàng)目(桂科轉(zhuǎn)1298011-4)；廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地開放基金項(xiàng)目

U416.26

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.001

1673-4874(2015)06-0001-04

2015-05-05

陸宏新，高級(jí)工程師，從事道路施工技術(shù)管理與科研工作。