(福建南平路橋養(yǎng)護(hù)工程有限公司,南平353000)
抗車轍劑改性瀝青混合料設(shè)計特征參數(shù)分析
■康萬玖
(福建南平路橋養(yǎng)護(hù)工程有限公司,南平353000)
本文結(jié)合松溪縣“鎮(zhèn)鎮(zhèn)有干線”鄭墩鎮(zhèn)至橫一(白馬嶺)一期工程、舊縣鄉(xiāng)至橫一(新源村)、舊縣鄉(xiāng)至木城公路提級改造工程中抗車轍劑改性瀝青混合料的應(yīng)用過程,通過馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)等室內(nèi)試驗(yàn)對其組成設(shè)計過程中瀝青用量、集料加熱溫度和干拌時間等設(shè)計特征參數(shù)進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明:抗車轍劑改性瀝青混合料的最佳瀝青用量相比基質(zhì)瀝青混合料略高0.2%~0.3%;集料加熱溫度和干拌時間均會影響抗車轍劑改性瀝青混合料的抗車轍性能,建議集料溫度設(shè)定為190~195℃。其研究結(jié)論可為我國抗車轍劑改性瀝青混合料的設(shè)計提供參考。
瀝青混合料抗車轍劑設(shè)計特征參數(shù)瀝青用量集料加熱溫度干拌時間
近年來,抗車轍劑由于可大幅提高混合料的抗車轍能力,在對抗車轍性能要求高的重載瀝青路面中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,另外抗車轍劑使用過程中可直接加入到混合料中,改性工藝簡單,存儲方便安全,沒有改性瀝青的離析問題,這一優(yōu)勢更促進(jìn)了其推廣應(yīng)用。同時,隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提高,人們對道路行車的舒適性提出了較高的要求,所以大部分國道舊水泥路面在大修過程中使用瀝青加鋪層已成為一種趨勢。然而舊水泥路面加鋪瀝青層受力相對普通瀝青路面更為復(fù)雜,剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)模量差距大、剛?cè)峤缑嬲辰Y(jié)作用弱都造成瀝青加鋪層內(nèi)受到嚴(yán)峻剪應(yīng)力作用的考驗(yàn),特別是國道線形設(shè)計過程路面縱坡往往較大,更是加劇了加鋪瀝青層車轍病害的程度,所以為保證加鋪層良好的服務(wù)性能對加鋪層瀝青混合料的抗車轍能力提出了較高要求。在這一背景下,使用抗車轍劑改性瀝青混合料提升加鋪層抗車轍能力無疑是一種較好的選擇。
目前抗車轍劑改性瀝青混合料良好的高溫性能雖然得到了普遍認(rèn)可,但由于其摻入了抗車轍劑,其組成設(shè)計必然與普通瀝青混合料有所不同。所以為更好的應(yīng)用抗車轍劑,本文依托于松溪縣“鎮(zhèn)鎮(zhèn)有干線”鄭墩鎮(zhèn)至橫一(白馬嶺)一期工程、舊縣鄉(xiāng)至橫一(新源村)、舊縣鄉(xiāng)至木城公路提級改造工程,對抗車轍劑改性瀝青混合料設(shè)計過程中的材料組成、生產(chǎn)制備工藝等方面的特征參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究和總結(jié),以供其他工程中抗車轍劑改性瀝青混合料組成設(shè)計進(jìn)行參考。
2.1 原材料
本文中相關(guān)試驗(yàn)所用原材料均依托于松溪縣“鎮(zhèn)鎮(zhèn)有干線”鄭墩鎮(zhèn)至橫一(白馬嶺)一期工程、舊縣鄉(xiāng)至橫一(新源村)、舊縣鄉(xiāng)至木城公路提級改造工程。
(1)瀝青
試驗(yàn)所用瀝青為A級70#瀝青,參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),基本技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果及要求見表1[2]。
表1 瀝青技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果
(2)礦料
試驗(yàn)采用的礦料均為當(dāng)?shù)厥蠌S提供的花崗巖和閃長巖混雜組成,礦料規(guī)格分為9.5~19.0mm、4.75~9.5mm、2.36~4.75mm、機(jī)制砂和礦粉,參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)進(jìn)行密度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果及要求見表2[2]。
表2 礦料密度試驗(yàn)結(jié)果
結(jié)合項目中對混合料抗車轍高要求,對表面層和中面層所用混合料AC-16C和AC-20C的礦料級配進(jìn)行了優(yōu)化,最終設(shè)計兩種混合級配曲線如圖1和圖2[2]。
圖1 AC-16C礦料合成級配曲線圖
圖2 AC-20C礦料合成級配曲線圖
(3)抗車轍劑
本文選用的車轍劑由深圳海川有限公司提供,在混合料中按干法加入,具體技術(shù)指標(biāo)見表3[2]。
表3 抗車轍劑技術(shù)指標(biāo)
2.2 試驗(yàn)方法
各類瀝青混合料最佳瀝青用量均按馬歇爾法進(jìn)行設(shè)計。瀝青混合料車轍試驗(yàn)參照規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中T0719-2011規(guī)定方法進(jìn)行。
3.1 瀝青用量
本文按馬歇爾設(shè)計法確定了AC-16C基質(zhì)瀝青混合料(M)、AC-16C抗車轍劑改性瀝青混合料(N)、AC-20C基質(zhì)瀝青混合料(O)、AC-20C抗車轍劑改性瀝青混合料(P)四種混合料的最佳瀝青用量。對于兩種抗車轍劑改性瀝青混合料,抗車轍劑的摻入量均為混合料質(zhì)量的0.4%。各類瀝青混合料在最佳瀝青用量下的體積指標(biāo)和馬歇爾參數(shù)如表4所示。
表4 馬歇爾試件技術(shù)指標(biāo)
從表4可以看出,對于兩組礦料級配不同的混合料,均表現(xiàn)出了車轍劑加入后,瀝青混合料最佳油石比增加的趨勢,且增加幅度基本為0.2%。這就啟示我們在礦料級配不變的前提下,如果考慮在混合料中添加抗車轍劑,可以參考基質(zhì)瀝青混合料的設(shè)計結(jié)果??管囖H劑改性瀝青混合料相對于基質(zhì)瀝青混合的瀝青用量偏高,可能原因是在于抗車轍劑含有部分吸油成分,于瀝青相互作用后,對瀝青產(chǎn)生了改性作用,使瀝青產(chǎn)生了網(wǎng)化作用,結(jié)構(gòu)瀝青比重相對增加,而自由瀝青成分相對減少,所以最終表現(xiàn)為需要更多的瀝青。從表4中進(jìn)一步可知,抗車轍劑改性瀝青混合料中由于瀝青含量較高,對礦料空隙進(jìn)行了更有效的填充,所以其空隙率也相對較小。
3.2 集料加熱溫度與干拌時間
抗車轍劑在混合料中發(fā)揮改性作用,需要較高溫度來熔化,但配合抗車轍劑使用的瀝青通常為基質(zhì)瀝青,通過增加瀝青溫度或延長濕拌時間的方式來融化抗車轍劑都會造成瀝青老化,所以目前,抗車轍劑在混合料應(yīng)用過程通常采用干拌加入的方式。而這一過程集料的加熱溫度和干拌時間,與普通瀝青混合料的生產(chǎn)是截然不同的,屬于其設(shè)計過程的特有參數(shù)。由于抗車轍劑的主要作用在于改善瀝青混合料的高溫性能,而對其他路用性能提升作用則較小,所以可以通過研究集料加熱溫度和干拌時間對抗車轍劑改善混合料高溫性能的影響程度來確定兩者的合理范圍。
實(shí)驗(yàn)中瀝青加熱溫度設(shè)定為160℃,集料加熱溫度設(shè)定為175℃、190℃、205℃三個水平,干拌時間設(shè)定為0S,45s,90s三個水平,混合料拌和溫度設(shè)定為170℃,加入瀝青后拌和時間設(shè)定為60s,加入礦粉拌和時間設(shè)定為60s。按照以上過程通過輪碾儀碾壓成型試件,各實(shí)驗(yàn)組壓實(shí)溫度統(tǒng)一為155℃,且壓實(shí)遍數(shù)保持一致,試件冷卻48h后進(jìn)行車轍試驗(yàn),得到動穩(wěn)定度值,記錄結(jié)果及平均值見表5。
表5 車轍試驗(yàn)結(jié)果
對表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,表明集料加熱溫度和干拌時間對抗車轍劑改性作用的發(fā)揮均有顯著影響,且集料加熱溫度的影響程度大于干拌時間的影響;隨著集料溫度的升高和干拌時間的延長,動穩(wěn)定度值均得到提升,這主要是因?yàn)闇囟壬?、拌和時間延長均有助于抗車轍劑的熔化,抗車轍劑熔化越充分,其對集料和瀝青的改性作用就越好。對表5數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn):集料溫度為175℃時,動穩(wěn)定度值維持在較低水平,且隨著干拌時間的延長,提升并不明顯,這是因?yàn)榭管囖H劑中組成成分在較低溫度下得不到充分熔化,即使延長拌和時間也難以發(fā)揮其作用。集料溫度為205℃時,動穩(wěn)定度值隨著干拌時間延長,變化幅度較小,可以看出在較高溫度下,抗車轍劑能夠快速熔于礦料中,干拌時間的延長對其作用的發(fā)揮影響不大;甚至干拌時間為0時瀝青和抗車轍劑同時加入,降低了抗車轍劑的周圍溫度,但由于溫度仍然較高,所以表現(xiàn)的動穩(wěn)定度值也比較高。集料溫度為190℃時,動穩(wěn)定度值對拌和時間比較敏感,這說明在該溫度下,足夠的拌和時間能促進(jìn)抗車轍劑改性作用的發(fā)揮。為充分發(fā)揮抗車轍劑改性作用,同時減少瀝青的老化,綜合考慮,推薦集料加熱溫度設(shè)定為190~195℃,干拌時間應(yīng)設(shè)定為90s。
本文通過實(shí)驗(yàn)對比研究了基質(zhì)瀝青混合料和抗車轍劑改性瀝青混合料的最佳瀝青用量、集料加熱溫度、集料干拌時間,明確了抗車轍劑改性瀝青混合料由于抗車轍劑的加入而呈現(xiàn)的設(shè)計參數(shù)特征,得出的結(jié)論如下:
(1)在礦料級配不變的前提下,已有成熟設(shè)計的基質(zhì)瀝青混合料的最佳瀝青用量可作為抗車轍劑改性瀝青混合料的參考。通??管囖H劑的加入會增加瀝青用量0.2%。
(2)抗車轍劑干法摻入方法可最大限度避免瀝青老化問題。實(shí)驗(yàn)方差分析結(jié)果顯示制備工藝直接影響抗車轍劑作用的發(fā)揮。
(3)基于抗車轍性能考慮,室內(nèi)制備抗車轍劑混合料時,推薦集料加熱溫度設(shè)定為190~195℃,干拌時間應(yīng)設(shè)定為90s。現(xiàn)場制備混合料溫度可參考本文結(jié)論,但由于拌合站的拌和功率大于室內(nèi)拌鍋,難以直接給出推薦值,但根據(jù)本文研究成果,建議在不影響施工效率的前提下盡量延長干拌時間。
[1]JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].
[2]江元建.抗車轍劑改性瀝青混合料疲勞性能試驗(yàn)研究.福建交通科技,2015(6).
[3]GB/T29050-2012,道路用抗車轍劑瀝青混凝土[S].