泡沫溫拌瀝青混合料壓實(shí)溫度室內(nèi)研究

周 宇，潘 娟

(河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)＊

0 引言

泡沫瀝青修路技術(shù)是一門(mén)新興的技術(shù)，與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料相比，可以降低20～30℃的施工溫度，使得瀝青混合料在120～140℃即可拌合均勻，降低瀝青生產(chǎn)過(guò)程中的老化，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，并且節(jié)約能源30%左右，減少有害氣體排放［1-2］.泡沫溫拌是一種大有可為的溫拌方式，泡沫溫拌瀝青技術(shù)收到越來(lái)越多的關(guān)注，如何確定泡沫溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度顯得尤為重要，因此本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)泡沫溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度進(jìn)行研究，旨在對(duì)泡沫溫拌瀝青混合料施工時(shí)的碾壓溫度提供指導(dǎo).

表1 瀝青的性能指標(biāo)

表2 礦料篩分結(jié)果

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

選擇混合料的集料為來(lái)自于江蘇鎮(zhèn)江船山石灰?guī)r，瀝青為江蘇南通生產(chǎn)的70#道路石油瀝青，其指標(biāo)如表1所示.集料所用規(guī)格為4檔，4檔礦料篩分結(jié)果如表2所示，密度如表3所示.

表3 礦料密度

1.2 試驗(yàn)方法

混合料級(jí)配選擇Sup20型，根據(jù)級(jí)配設(shè)計(jì)規(guī)范及表1、2，分別制作旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，得出各試件的體積指標(biāo)，根據(jù)體積指標(biāo)選擇滿足或接近設(shè)計(jì)要求的級(jí)配作為設(shè)計(jì)級(jí)配，通過(guò)混合料級(jí)配調(diào)試和相關(guān)試驗(yàn)，算出室內(nèi)混合料的目標(biāo)配比，各檔集料所用的比例及油石比如表4所示.

表4 礦料配合比及瀝青用量

由于泡沫瀝青與礦料混合時(shí)，主要散布于細(xì)集料(特別是粒徑小于0.075 mm)的表面，形成粘有大量瀝青的細(xì)集料，即瀝青膠漿(類似于“瑪蹄脂”膠漿)，瀝青膠漿在碾壓過(guò)程中充當(dāng)粘結(jié)劑，將集料顆粒以點(diǎn)焊的方式粘結(jié)在一起，與熱拌瀝青混合料中粗細(xì)集料的裹附不同［3-4］，所以泡沫瀝青中要有足夠的細(xì)集料，一般情況下，0.075 mm通過(guò)率在5% ～20%時(shí)，泡沫瀝青混合料的穩(wěn)定性最好［5］.根據(jù)上述各檔集料的配合比，推算出合成級(jí)配的0.075 mm通過(guò)率為5.2%，滿足上述要求.

室內(nèi)瀝青發(fā)泡試驗(yàn)儀器選擇德國(guó)維特根WLB10型發(fā)泡試驗(yàn)機(jī)，主要有瀝青加熱桶，壓縮空氣、壓力調(diào)節(jié)器、瀝青泵、水流量計(jì)等組成.為測(cè)量泡沫瀝青的粘度來(lái)確定泡沫瀝青的粘溫曲線，粘度儀選擇美國(guó)布洛克菲爾德DV-Ⅱ型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì).

結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究，選擇70#道路石油瀝青的發(fā)泡條件為瀝青加熱溫度150℃，加水量1.5%，水溫選擇常溫.旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)能夠很好的模擬室外路面施工時(shí)的壓實(shí)情況，比如壓實(shí)時(shí)的搓揉、剪切和壓密等［6-7］，相對(duì)于馬歇爾擊實(shí)，減少了集料壓實(shí)過(guò)程中的破碎，同時(shí)集料的排列形狀也更接近于路面的實(shí)際情況，所以泡沫溫拌瀝青的成型方法選擇旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法［8-9］.使用SHRP生產(chǎn)的NCT250旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀，泡沫瀝青混合料壓實(shí)溫度分別選擇100、110、120、130、140、150℃，熱拌瀝青混合料壓實(shí)溫度分別選擇140、150、160℃.在壓實(shí)瀝青混合料之前，將拌好的混合料在壓實(shí)溫度下進(jìn)行2 h的短期老化，來(lái)模擬實(shí)際施工過(guò)程中混合料的老化.通過(guò)不同溫度下旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件的體積指標(biāo)來(lái)確定泡沫溫拌瀝青的壓實(shí)溫度，并且通過(guò)測(cè)量發(fā)泡瀝青的粘度確定其粘溫曲線，驗(yàn)證其是否符合粘溫曲線的要求.

2 數(shù)據(jù)分析

泡沫溫拌瀝青混合料與道路石油瀝青混合料在不同溫度下旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件的體積指標(biāo)如表5所示.

表5 混合料體積指標(biāo)

由表5中數(shù)據(jù)可以看出，泡沫溫拌瀝青混合料在130℃旋轉(zhuǎn)壓實(shí)條件下的體積指標(biāo)與熱拌瀝青混合料在150℃旋轉(zhuǎn)壓實(shí)條件下接近，即相同體積指標(biāo)時(shí)，泡沫瀝青混合料壓實(shí)溫度比熱拌瀝青混合料降低了20℃.

在相同的發(fā)泡條件下，即瀝青溫度150℃、加水量1.5%、常溫水，利用改進(jìn)后的布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)(考慮到泡沫瀝青在加熱時(shí)體積膨脹，會(huì)產(chǎn)生瀝青泡，可能影響粘度的測(cè)定，所以對(duì)布氏粘度計(jì)進(jìn)行改性，將粘度儀的盛樣筒改為杯口直徑更大的瓷缸，同時(shí)瓷缸放在油浴里進(jìn)行控溫，由此來(lái)避免瀝青泡可能對(duì)讀數(shù)產(chǎn)生的影響)測(cè)量泡沫瀝青的粘度，轉(zhuǎn)子使用 27#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速選擇 50 r/min［10-11］，繪制泡沫瀝青的粘溫曲線如圖1所示.

圖1 泡沫瀝青粘溫曲線

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)于道路石油瀝青，宜以粘度為(280±30)cp時(shí)作為壓實(shí)成型溫度范圍.將x=250、310代入粘溫曲線，得到壓實(shí)溫度范圍:129～131℃.與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積指標(biāo)獲得的壓實(shí)溫度一致，所以泡沫溫拌瀝青Sup20混合料的壓實(shí)溫度選擇130℃.

3 混合料路用性能驗(yàn)證

對(duì)發(fā)泡前后瀝青混合料的路用性能進(jìn)行測(cè)試，主要有高溫車轍性能、低溫性能以及水損害性能.選擇泡沫瀝青 Sup20混合料在壓實(shí)溫度130℃條件下進(jìn)行成型試件，道路石油瀝青選擇150℃進(jìn)行成型試件.60℃條件下的車轍試驗(yàn)結(jié)果如表6所示.對(duì)發(fā)泡前后制備的小梁試件進(jìn)行彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表7所示.混合料抗水損害能力選擇浸水馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示.

表6 高溫性能驗(yàn)證表

表7 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表6知，泡沫溫拌瀝青混合料的高溫車轍性能與熱拌瀝青混合料相比，動(dòng)穩(wěn)定度大于熱拌瀝青混合料，比熱拌瀝青混合料高溫性能好.由表7知，對(duì)于低溫性能，熱拌瀝青混合料的性能比泡沫溫拌性能好.由表8知，熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性性能比泡沫溫拌性能好.泡沫溫拌瀝青混合料的高溫車轍性能、低溫性能及水穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求，即泡沫溫拌瀝青混合料滿足道路的路用性能.

表8 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

由泡沫粘溫曲線測(cè)定的壓實(shí)溫度范圍與根據(jù)體積指標(biāo)確定的壓實(shí)溫度基本一致，泡沫瀝青混合料的高溫車轍性能、低溫性能、水損害性能均滿足規(guī)范要求，所以泡沫溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度宜選擇130℃左右.可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泡沫溫拌瀝青混合料的碾壓溫度提供指導(dǎo).本文僅對(duì)道路石油泡沫瀝青混合料進(jìn)行分析，碾壓溫度為130℃左右.由于改性屬于非牛頓體，不適合用粘溫曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)，所以對(duì)于改性瀝青的泡沫溫拌混合料的碾壓溫度確定方法還有待進(jìn)一步研究.

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