白劍　豆懷兵??

摘要：為確定水泥瀝青膠漿在不同粉膠比（C/A）時的施工溫度，通過布氏粘度試驗，研究C/A和溫度對基質(zhì)瀝青膠漿、SBS改性瀝青膠漿的粘度和施工溫度的影響，并以C/A作為施工溫度的控制指標，得到不同C/A時的施工溫度范圍。結(jié)果顯示：C/A和溫度對水泥瀝青膠漿的粘度、溫度敏感性有重要影響，且C/A主導著瀝青混合料的施工溫度，應根據(jù)C/A的大小采取不同的方法確定施工溫度。

關鍵詞：道路工程；水泥瀝青膠漿；粘度；施工溫度

中圖分類號：U416.03 文獻標志碼：B

Abstract： In order to determine the construction temperature of cement asphalt mortar with different cement-asphalt ratios （C/A）， Brookfield viscosity test was applied to study the influence of C/A and temperature on viscosity and construction temperature of base asphalt and SBS modified asphalt cement mortar. As the control index of construction temperature， C/A was applied to obtain construction temperature ranges with different cement-asphalt ratios. The results show that C/A and temperature both have an important effect on the viscosity and temperature sensitivity of cement asphalt mortar， while C/A has a dominant function on construction temperature of asphalt mixture. Therefore different methods should be adopted to determine the construction temperature based on the value of C/A.

Key words： road engineering； cement asphalt mortar； viscosity； construction temperature

0 引 言

現(xiàn)代膠漿理論認為，由瀝青和填料組成的瀝青膠漿在瀝青混合料中不僅起到粘結(jié)作用，還對瀝青路面的路用性能和使用壽命有重要影響[1-3]。其中，填料的種類和性質(zhì)影響著瀝青膠漿的性質(zhì)，進而影響瀝青混合料的性能。相關研究表明，利用水泥替代礦粉作填料能明顯提高瀝青與礦料的粘附性，顯著提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性[4-7]?，F(xiàn)有對水泥瀝青膠漿的研究主要集中在流變性能和力學特性等方面[8-9]，而對水泥瀝青膠漿施工控制溫度的研究較少。瀝青膠漿的施工控制溫度直接影響瀝青混合料的施工質(zhì)量，這對瀝青路面的使用性能和耐久性有至關重要的影響[10-12]?，F(xiàn)行規(guī)范和研究是通過原樣瀝青的粘溫特性對瀝青混合料的施工溫度進行確定的，并沒有考慮填料對瀝青膠漿粘度的非線性影響，而且水泥加入后，以60 ℃作為最低溫度測定基質(zhì)瀝青或改性瀝青的粘度是不合適的[13]?；诖?，本文通過測定不同水泥瀝青比（即粉膠比C/A）和溫度下基質(zhì)瀝青膠漿和SBS改性瀝青膠漿的粘度，推薦不同C/A時水泥瀝青膠漿施工溫度的確定方法和范圍。

1 試 驗

1.1 原材料

分別選用HK70#基質(zhì)瀝青和普通SBS改性瀝青，2種瀝青的基本技術指標如表1所示。水泥選用普通硅酸鹽水泥，0.075 mm篩孔的通過率大于90%，其主要物理力學指標如表2所示。

1.2 水泥瀝青膠漿的制備

采用人工攪拌的方法制備水泥瀝青膠漿。首先將通過0.075 mm篩的水泥粉放入105 ℃±5 ℃的烘箱中烘干至恒重，并將基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青分別加熱至150 ℃和160 ℃，稱取相應質(zhì)量的水泥粉，加入已加熱的瀝青中，并用玻璃棒不斷攪拌，直至混合均勻。

1.3 試驗方法

采用Brookfield粘度計測定不同溫度下瀝青結(jié)合料的粘度，以控制瀝青混合料的施工性能。瀝青結(jié)合料的粘度與結(jié)合料類型密切相關，本文通過測定不同C/A下水泥瀝青膠漿的粘度，確定不同C/A下水泥瀝青膠漿的施工溫度。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 布氏粘度試驗結(jié)果

由瀝青和水泥組成的瀝青膠漿中，當C/A不同時，水泥顆粒的構(gòu)成、比表面積和表面特性，以及與瀝青的物化反應和體積增強作用，必定有所不同，從而引起瀝青膠漿粘度變化。如果瀝青膠漿粘度過大，則使瀝青混合料施工時難以被充分碾壓；如果瀝青膠漿粘度過小，將造成瀝青混合料離析，從而影響施工質(zhì)量。因此必須研究不同C/A時水泥瀝青膠漿的粘度，以便更好地指導瀝青混合料施工。本文利用布氏粘度計測定不同C/A時2種水泥瀝青膠漿在不同溫度時的粘度，結(jié)果分別如表3、4和圖1所示。

從表3、4可以看出，2種水泥瀝青膠漿的粘度都隨C/A的增大逐漸增大，當C/A>10時，粘度隨C/A的增大更加明顯。例如，當粉膠比由0增大至1.0和1.6時，165 ℃的基質(zhì)瀝青膠漿粘度分別增大了2倍和12倍，165 ℃的SBS改性瀝青膠漿的粘度分別增大了2倍和8倍，表明水泥對瀝青起到了不同程度的增粘作用。分析其主要原因：水泥顆粒具有較大的比表面積，表面的開口孔隙較多，當水泥粉加入到熱瀝青中后，瀝青中的飽和芬和芳香芬等輕質(zhì)組分通過水泥粉表面的微裂縫和孔隙逐漸向水泥粉內(nèi)部滲透，結(jié)構(gòu)瀝青顆粒大量聚集，使瀝青的膠凝結(jié)構(gòu)特征更加顯著，瀝青膠漿稠度增加，粘度增大；另外，水泥中含有大量的堿性CaO，而瀝青呈酸性，當水泥和瀝青膠溶在一起時，瀝青逐漸裹附在水泥粉的表面，水泥中的CaO與瀝青中的酸性成分發(fā)生化學反應，使水泥與瀝青界面過渡區(qū)的化學粘結(jié)力增大，從而導致瀝青膠漿的粘度增大。相同條件下，SBS改性瀝青膠漿的粘度遠大于基質(zhì)瀝青膠漿，這主要是與SBS溶脹在熱瀝青中形成的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有關。

當C/A相同時，隨著溫度升高，2種水泥瀝青膠漿的粘度逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定。當溫度低于115 ℃時，瀝青膠漿表現(xiàn)為非牛頓流體，具有較高的粘度，尤其是SBS改性瀝青膠漿在較高C/A和較低溫度下，粘度趨于無窮大。隨著溫度的升高，膠漿粘度逐漸下降，瀝青膠漿逐漸由非牛頓流體向牛頓流體轉(zhuǎn)變，其中當C/A=0時，基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青由非牛頓流體向牛頓流體轉(zhuǎn)變的溫度分別為115 ℃和125 ℃，而加入水泥后2種瀝青膠漿在溫度超過135 ℃時粘度才趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)為牛頓流體。這主要是因為，當溫度高于135 ℃后，結(jié)構(gòu)瀝青的穩(wěn)定性遭到破壞，瀝青膠漿中自由瀝青比例增大，且水泥與瀝青界面的粘結(jié)力下降，因此瀝青膠漿的粘度趨于穩(wěn)定。

2.2 瀝青膠漿感溫性分析

實際工程中，瀝青材料在高溫時具有較高的稠度，以提高荷載作用時瀝青路面的抗變形能力，在低溫時又具有足夠的柔韌性，以提高瀝青路面的抗開裂能力。利用Saal試驗式（1），選取相近的2個溫度區(qū)間的粘度，計算不同C/A時2種瀝青膠漿的粘溫指數(shù)VTS，VTS絕對值越大，表明水泥瀝青膠漿的溫度敏感性越強，計算結(jié)果分別如表5、6所示。

從圖2可以看出，當C/A<1.2時，|TS|隨著C/A的增大大幅降低，而當C/A>1.2時，隨C/A的增大，|TS|的降低幅度減小，表明水泥的加入能降低瀝青的感溫性。這是因為，瀝青膠漿的感溫性就是瀝青膠漿粘度隨溫度變化的敏感性，水泥在瀝青膠漿中起到了增強體積和物化反應的作用，從一定程度上抵消了由于溫度升高而引起的粘度下降，因此感溫性得到改善。當C/A<1.2時，水泥瀝青膠漿系統(tǒng)中瀝青為分散相，水泥為溶解相，膠漿呈現(xiàn)“固液溶解狀態(tài)”，此時瀝青性能決定著膠漿的感溫性，此時增大C/A會使感溫性得到明顯改善，因此|TS|下降較多；而當C/A>1.2時，水泥瀝青膠漿系統(tǒng)中水泥為分散相，瀝青為溶解相，膠漿呈現(xiàn)“液固溶解狀態(tài)”，此時水泥性能主導著膠漿的感溫性，而水泥顆粒表觀性能隨溫度的變化很小，因此增大C/A引起的|TS|下降有限。

2.3 施工溫度指標的確定

本文以粘度（0.17±002）Pa·s和（0.28±0.02）Pa·s分別作為水泥瀝青膠漿拌和溫度和碾壓溫度范圍的確定指標，利用式（2）回歸得到不同C/A時瀝青膠漿的粘溫曲線方程，如表7所示，并通過計算得到2種瀝青膠漿施工溫度的控制范圍，結(jié)果如表8和圖3所示。

從圖3可以看出，隨著C/A的增大，基質(zhì)瀝青膠漿和SBS改性瀝青膠漿的施工溫度逐漸增大，當C/A為0.8～1.2時，施工溫度增幅較大，而當C/A大于1.2時，施工溫度增幅較小。由圖2的分析結(jié)果可知：當C/A<1.2時，水泥瀝青膠漿呈現(xiàn)“固液溶解狀態(tài)”，瀝青性能決定著膠漿性能；當C/A>1.2時，水泥瀝青膠漿呈現(xiàn)“液固溶解狀態(tài)”，水泥性能主導著膠漿性能。由于高溫下瀝青具有典型的流變特性，而水泥不具有流變學屬性，因此水泥瀝青膠漿的施工溫度不可能隨C/A的增大無限增大。同時，考慮到施工溫度過高會造成瀝青老化，從而影響路面的使用壽命，且加劇能源的浪費和環(huán)境的污染，因此建議：當C/A<1.2時，以真實C/A條件下水泥瀝青膠漿的粘溫曲線計算施工溫度；而當C/A≥1.2時，應以“固液飽和狀態(tài)”時C/A對應的粘溫曲線計算施工溫度，近似于C/A為1.0時的水泥瀝青膠漿施工溫度。本文分別利用拌和溫度和碾壓溫度上下限中值對應的粘度，帶入C/A為1.0時的粘溫曲線方程，計算得到C/A≥1.2時水泥瀝青膠漿的施工溫度區(qū)間，如表8所示。可見在水泥瀝青膠漿施工時，以不同C/A為指標確定的施工溫度范圍是合理的。

3 結(jié) 語

（1）隨著C/A的增大，2種瀝青膠漿粘度都逐漸增大，當C/A超過1.0時，粘度大幅增長；隨溫度的升高，膠漿粘度逐漸降低，當溫度低于115 ℃時，水泥瀝青膠漿為非牛頓流體，具有較高的粘度，而當溫度超過135 ℃時粘度趨于穩(wěn)定，膠漿轉(zhuǎn)化為牛頓流體。

（2）選取的溫度區(qū)間不同，計算得到的VTS不同，建議選用多個溫度區(qū)間VTS絕對值的平均值為感溫性評價指標；|TS|隨C/A的增大逐漸減小，當C/A<1.2時，|TS|的降低幅度較大，當C/A>1.2時，|TS|的降低幅度較小。

（3）隨著C/A增大，基質(zhì)瀝青膠漿和SBS改性瀝青膠漿的施工溫度逐漸增大，綜合考慮，當C/A<1.2時，以真實C/A條件下水泥瀝青膠漿的粘溫曲線計算施工溫度；而當C/A≥1.2時，應以“固液飽和狀態(tài)”時C/A對應的粘溫曲線計算施工溫度，近似于C/A為1.0時的水泥瀝青膠漿施工溫度。

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[責任編輯：王玉玲]