謝鵬達(dá)

（山西交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

為改善熱拌瀝青混合料攤鋪時產(chǎn)生大量有害污染氣體的缺陷，采用改性乳化瀝青替代熱拌瀝青時，混合料路用性能會大幅度下降。何遠(yuǎn)航[1]等對WER用于普通乳化瀝青性能改善方面進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)合理劑量WER對普通乳化瀝青的性能提升幅度非常大。張慶[2]等人認(rèn)為，當(dāng)在普通乳化瀝青中摻加4%的WER時，其黏度的提升效果十分明顯?；鄣さ3]等研究表明，當(dāng)WER改性乳化瀝青中油水比為50%∶50%，WER摻量為15%時，乳化瀝青與集料的黏附性能均得到大幅度的提升。顧德亞[4]等研究了WER乳化瀝青的各種材料摻量，同時測試了拌和的WER乳化瀝青混合料的性能，結(jié)果表明混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)定性均得到了大幅度的提升。結(jié)合前期研究成果，本文主要在水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青配方優(yōu)化及成型工藝上進(jìn)行研究，期望得到性能與熱拌瀝青混合料相當(dāng)?shù)睦浒韪男匀榛癁r青混合料。

目前道路工作者對WER乳化瀝青及混合料的性能進(jìn)行了研究，而對于WER乳化瀝青混合料室內(nèi)馬歇爾試件制備工藝、養(yǎng)生工藝均沒有明確的、成熟的方法，極大地限制了WER乳化瀝青代替熱拌瀝青在工程中的應(yīng)用范圍。本文首先制作WER乳化瀝青，再采用馬歇爾擊實(shí)法，設(shè)計(jì)AC-13WER乳化瀝青混合料，研究最佳的成型、養(yǎng)生方式，并與熱拌瀝青混合料進(jìn)行比較，研究其壓實(shí)效果，提出合理的WER乳化瀝青混合料的成型、養(yǎng)生方式。

1 原材料

1.1 瀝青及外加劑

本項(xiàng)目選用SK90號普通瀝青，性能指標(biāo)見表1。乳化劑采用慢裂型陽離子乳化劑，活性物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于75%。WER為試驗(yàn)室自配，固化劑為三乙烯四胺固化劑，WER性能見表2。

表1 SK90普通瀝青性能指標(biāo)

表2 WER性能

1.2 集料

集料由石灰?guī)r加工制成，粗、細(xì)集料篩分結(jié)果見表3。

表3 集料篩分結(jié)果

2 試驗(yàn)方法

2.1 確定WER改性乳化瀝青最佳比例

改性乳化瀝青制備過程分先乳化后改性、先改性后乳化、同時乳化改性3種。先乳化后改性要求改性劑為液態(tài)，改性設(shè)備要求不高；先改性后乳化，改性劑出現(xiàn)離析的可能性大；同時乳化改性對改性設(shè)備要求高，質(zhì)量控制難度高[5]。由于WER為流體，本項(xiàng)目選用先乳化后改性的方法，制備WER改性乳化瀝青。

制備過程中，本文采用正交設(shè)計(jì)法，以瀝青的三大指標(biāo)為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，三因素三水平所選參數(shù)、比例見表5。

2.2 確定WER改性乳化瀝青的最大干密度

選AC-13混合料級配，合成級配見表4。預(yù)估WER改性瀝青用量為6.2%，采用重型擊實(shí)法進(jìn)行最大干密度、最佳含水量的設(shè)計(jì)。混合料拌和方式為：將烘干的集料與設(shè)計(jì)用量的水在拌和鍋中拌和30 s，隨后在拌和鍋中加入WER改性乳化瀝青拌和30 s，再在其中加入礦粉拌和30 s,出鍋后即為WER瀝青混合料。

表4 混合料合成級配

2.3 最佳擊實(shí)、養(yǎng)生方法確定

在確定WER改性乳化瀝青用量時，由于混合料中含有大量拌和用水，混合料破乳后才能形成一定的強(qiáng)度[6]。所以，在成型時，選擇合理的成型、養(yǎng)生方式非常重要。本文設(shè)計(jì)3種養(yǎng)生方式、4種成型方式，研究最佳的養(yǎng)生、成型方式。

2.3.1 3種養(yǎng)生方式

a）110℃的烘箱中養(yǎng)生24 h。b）60℃的烘箱中養(yǎng)生48 h。c）置于室溫下養(yǎng)生7 d。

2.3.2 4種成型方法

a）正反擊實(shí)50次一次成型。b）正反擊實(shí)35次，養(yǎng)生后再正反擊實(shí)15次。c）正反擊實(shí)75次。d）正反擊實(shí)50次，養(yǎng)生后再正反擊實(shí)25次。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 WER改性乳化瀝青最佳比例確定

依據(jù)L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，WER改性乳化瀝青三因素三水平正交試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 WER改性乳化瀝青正交試驗(yàn)結(jié)果

從表5可知，4號正交試驗(yàn)組合對應(yīng)的針入度最大，軟化點(diǎn)最高，延度最大。表明，相對其他組合，4號組合生產(chǎn)的WER改性乳化瀝青可在高、低溫方面都具有更優(yōu)性能。最終確定WER改性乳化瀝青的優(yōu)化配方為：乳化瀝青的油水比為65%∶35%。制作時首先在水中加入1.4%乳化劑，形成乳化劑水溶液，將乳化劑水溶液與普通瀝青按以上比例導(dǎo)入膠體磨中，開啟循環(huán)模式，再加入乳化瀝青質(zhì)量4%的WER改性劑，同時加入WER用量10%的三乙烯四胺固化劑，混合均勻即為WER改性乳化瀝青。

3.2 最大干密度、最佳含水量測定

采用不同用水量拌和的WER改性乳化瀝青混合料的最大干密度、最佳含水量關(guān)系見圖1。

圖1 干密度與含水率的關(guān)系

從圖1可知，該WER改性乳化瀝青混合料的最佳含水率為5.36%，其中WER改性乳化瀝青中水占混合集料的2.17%，去除此部分水后，最佳含水量為3.19%。

3.3 最佳WER改性乳化瀝青養(yǎng)生方式

WER改性乳化瀝青混合料的性能形成是以乳化瀝青是否徹底破乳、乳化瀝青變?yōu)槠胀r青、環(huán)氧樹脂開始反應(yīng)固化為標(biāo)準(zhǔn)，過多的水分嚴(yán)重影響WER改性乳化瀝青混合料的壓實(shí)效果及強(qiáng)度的形成。所以，水分的排出至關(guān)重要。本文參考部分研究人員的水分蒸發(fā)條件及擊實(shí)次數(shù)設(shè)計(jì)方案，見表6、表7，表7中各個方案擊實(shí)次數(shù)均不同，本文選用擊實(shí)次數(shù)折中的辦法，確定最佳水分蒸發(fā)條件。選用4種擊實(shí)方案中第1次擊實(shí)次數(shù)的平均值53次進(jìn)行試件成型，再對未脫模試件以表6中3種水分揮發(fā)條件進(jìn)行試驗(yàn)，水分揮發(fā)率試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同測試條件下水分揮發(fā)率

從表6可知，采用不同溫度、不同揮發(fā)時間試驗(yàn)后，水分揮發(fā)率以110℃/24 h的養(yǎng)生方式水分揮發(fā)量相對較短的時間內(nèi)水分揮發(fā)率較高。所以，確定的最佳養(yǎng)生方式為：第1次試件擊實(shí)后，WER改性乳化瀝青混合料的養(yǎng)生方式為110℃/24 h最佳。

3.4 最佳WER改性乳化瀝青成型方式

試件的毛體積密度、空隙率來表征瀝青混合料的壓實(shí)效果較為合理。本文采用4種成型方式，第1次成型后以110℃/24 h的養(yǎng)生方式進(jìn)行WER改性乳化瀝青混合料的成型及養(yǎng)生，擊實(shí)效果見表7。對比試驗(yàn)為相同集料、相同級配、相同品牌普通瀝青的熱拌瀝青混合料，瀝青用量為乳化瀝青及WER用量折算普通瀝青用量。

表7 WER改性乳化瀝青混合料擊實(shí)次數(shù)

從表7可知，隨著總擊實(shí)次數(shù)的增加，WER改性乳化瀝青混合料的毛體積密度明顯增加，空隙率明顯降低，當(dāng)采用常溫混合料雙面50次馬歇爾擊實(shí)后，未脫模的試件在110℃烘箱中養(yǎng)生24 h，取出后再雙面25次馬歇爾擊實(shí)，室溫放置24 h后，測定的WER改性乳化瀝青混合料的毛體積密度和空隙率與熱拌瀝青混合料相當(dāng)。表明采用此種冷拌冷壓的成型方式可以達(dá)到熱拌瀝青混合料的壓實(shí)效果，為下一步冷拌冷鋪混合料的推廣奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

a）采用三因素三水平正交設(shè)計(jì)法，以瀝青的三大指標(biāo)為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化了WER改性乳化瀝青的配方。

b）采用重型擊實(shí)法，得出了AC-13 WER改性乳化瀝青混合料的最佳含水量為5.36%，折算外摻水量為3.19%。

c）提出WER改性乳化瀝青混合料成型、養(yǎng)生方式為：雙面50次馬歇爾擊實(shí)后，未脫模的試件在110℃烘箱中養(yǎng)生24 h，取出后再雙面25次馬歇爾擊實(shí)，室溫放置24 h，試件的壓實(shí)性能與同等級配、同等折合瀝青用量熱拌瀝青混合料壓實(shí)性能相當(dāng)。本文對WER改性乳化瀝青混合料的路用性能尚未研究，該內(nèi)容將作為下一步的主要研究內(nèi)容。