■鄒曉斌

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)重點(diǎn)試驗(yàn)室，福州 350004）

Sasobit溫拌瀝青混合料壓實(shí)性能

■鄒曉斌1,2

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)重點(diǎn)試驗(yàn)室，福州 350004）

溫拌瀝青混合料具有降低能耗、減少碳排放等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于冬季低溫施工、隧道路面等。目前溫拌瀝青混合料在福建省的應(yīng)用尚處于初期探索階段，本文通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)對(duì)其壓實(shí)性能進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而模擬溫拌瀝青混合料的現(xiàn)場(chǎng)施工壓實(shí)情況，并用壓實(shí)能量指數(shù)CEI和密實(shí)度斜率K來評(píng)價(jià)溫拌劑Sasobit不同摻量下的壓實(shí)性能和壓實(shí)規(guī)律。

溫拌瀝青混合料 密實(shí)度斜率 壓實(shí)能量指數(shù) 壓實(shí)性能

Sasobit溫拌瀝青混合料是一種使用Sasobit添加劑，使瀝青混合料拌和及施工溫度介于熱拌瀝青混合料（l50～180℃）和冷拌（常溫）瀝青混合料之間，性能達(dá)到或超過熱拌瀝青混合料的新型瀝青混合料的統(tǒng)稱。具有降低能耗、減少碳排放等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于冬季低溫施工、隧道路面等。當(dāng)前我省溫拌瀝青混合料的使用尚處于初期探索階段，對(duì)施工壓實(shí)方面的研究不夠深入系統(tǒng)。本文通過對(duì)比熱拌瀝青混合料及不同摻量溫拌劑的瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，分析Sasobit溫拌瀝青混合料壓實(shí)性能。

1 原材料

1.1 溫拌瀝青

Sasobit是一種飽和碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，同時(shí)也是一種聚烯烴類的瀝青改性劑，被稱為FT固體石蠟，常以薄片或粉末的形式存在，其熔點(diǎn)在 100℃左右，可以完全熔融在溫度高于115℃的瀝青中且不離析，使其高溫黏度降低，從而可以在較低的溫度下完成瀝青混合料的拌和與壓實(shí)。在制備溫拌瀝青時(shí)，只需將溫拌劑Sasobit添加在溫度高于 150℃改性瀝青中，經(jīng)過簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌即可制得所需的溫拌改性瀝青。Sasobit溫拌劑、Sasobit溫拌瀝青如圖1、2所示。改性瀝青及Sasobit溫拌瀝青，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 瀝青的技術(shù)指標(biāo)

圖1 Sasobit溫拌劑

圖2 Sasobit溫拌瀝青

1.2 集料

集料采用閩侯祥謙料場(chǎng)石料，要求清潔、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，且具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 集料的技術(shù)指標(biāo)

1.3 礦粉

礦粉采用的是尤溪產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉，要求干燥、不含泥土，檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 礦粉的技術(shù)指標(biāo)

2 級(jí)配組成

由于溫拌劑屬于添加劑，目的是降低瀝青膠結(jié)料的粘度，從而降低其施工溫度，故溫拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)與原熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)一樣。本文溫拌瀝青混合料采用AC-16C型混合料，經(jīng)馬歇爾試驗(yàn)確定最佳瀝青含量為4.7%，合成級(jí)配如表4所示。

表4 溫拌瀝青混合料級(jí)配

3 壓實(shí)性能評(píng)價(jià)方法選擇

瀝青混合料的壓實(shí)性能是指在其施工碾壓和使用過程中體積參數(shù)的變化和穩(wěn)定性。在瀝青混合料的施工階段，由于施工機(jī)械的碾壓作用使瀝青混合料經(jīng)受了壓縮、剪切和揉搓，使混合料中的顆粒重新排列，減少了孔隙率，具有良好的壓實(shí)特性的瀝青混合料應(yīng)表現(xiàn)為施工期間易于壓實(shí)，體積參數(shù)易達(dá)到設(shè)計(jì)要求。評(píng)價(jià)瀝青混合料的壓實(shí)性能方法主要有馬歇爾法和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀法。由于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)和馬歇爾擊實(shí)的作用機(jī)理不同，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)對(duì)混合料產(chǎn)生揉搓碾壓作用，在試驗(yàn)壓實(shí)過程中，有利于集料之間的錯(cuò)動(dòng)，從而使集料有重新排列的過程。因此在研究瀝青混合料的壓實(shí)機(jī)械中，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀能較好的模擬混合料的車輛壓實(shí)特性，通過室內(nèi)壓實(shí)試件在壓實(shí)過程中高度的精確變化，來進(jìn)行評(píng)價(jià)瀝青混合料在施工階段的密實(shí)特性。本文將通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀記錄瀝青混合料在壓實(shí)過程中的高度變化繪制壓實(shí)曲線，并記錄旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù) （Nmin，Ndes），計(jì)算旋轉(zhuǎn)壓實(shí)量能指數(shù)CEI值，以及Nmin和Ndes在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的密實(shí)度斜率K來評(píng)定溫拌瀝青混合料在不同溫度下的壓實(shí)性能。

旋轉(zhuǎn)壓實(shí)能量指數(shù)CEI值是指瀝青混合料在鋪筑過程當(dāng)中，當(dāng)壓實(shí)到一定的密實(shí)度時(shí)，攤鋪機(jī)和壓路機(jī)所做的功。瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)曲線的面積大小表示外力所作的功的大小，當(dāng)達(dá)到初始?jí)簩?shí)次數(shù)Nmin（9次）時(shí)，此時(shí)的密實(shí)度反映了攤鋪機(jī)的壓實(shí)功，通常要求路面竣工時(shí)的壓實(shí)度要達(dá)到γ=93%，則由 Nmin（9次）至壓實(shí)度達(dá)到 93%時(shí)的密實(shí)曲線反應(yīng)了瀝青混合料在碾壓階段的壓實(shí)特性。將Nmin（9次）至壓實(shí)度達(dá)到93%時(shí)的壓實(shí)曲線所圍成的面積表示壓實(shí)能量指數(shù)CEI值，對(duì)曲線上Nmin和Ndes（γ=93%時(shí)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)）所圍成的區(qū)域進(jìn)行積分就得到壓實(shí)能量指數(shù)CEI值的大小，若CEI指數(shù)越低，則混合料所需壓實(shí)能越小，壓實(shí)性能越好，即其在施工中越容易壓實(shí)。壓實(shí)能量指數(shù)CEI如圖3所示。

瀝青混合料在壓實(shí)時(shí)得到的曲線可擬合為一個(gè)指數(shù)曲線，對(duì)該回歸曲線方程進(jìn)行求導(dǎo)，就可以得到曲線上任意一個(gè)點(diǎn)斜率，即可反映出該點(diǎn)的壓實(shí)速率大小，若是采用半對(duì)數(shù)坐標(biāo) Nmin和Ndes之間密實(shí)曲線基本上呈一直線，因此我們簡(jiǎn)化之后用Nmin和Ndes之間的平均斜率K來代表在此范圍內(nèi)混合料的壓實(shí)性能，K越大則說明被壓實(shí)速率越大，壓實(shí)性能越好。相反，K越小（曲線越平緩），混合料間的內(nèi)摩阻力越大，則被壓實(shí)的速率越小，壓實(shí)性能越差。密實(shí)度斜率K如圖4所示。

圖3 壓實(shí)能量指數(shù)CEI

圖4 密實(shí)度斜率K

4 Sasobit溫拌混合料壓實(shí)性能

本次試驗(yàn)采用1.16°的內(nèi)旋轉(zhuǎn)角，垂直壓力600kPa，旋轉(zhuǎn)速率30r/min，對(duì)普通SBS改性瀝青混合料，以及不同摻量溫拌瀝青混合料，在不同溫度條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，記錄試件在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)過程的高度變化，繪制壓實(shí)曲線，計(jì)算旋轉(zhuǎn)壓實(shí)能量指數(shù)CEI值和密實(shí)度斜率K。各類型瀝青混合料在不同溫度下的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 各類型瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由表5分析得出：

（1）相同壓實(shí)溫度下，添加溫拌劑的瀝青混合料壓實(shí)量能明顯小于普通瀝青混合料，而壓實(shí)速率要大于普通瀝青混合料，說明對(duì)于相同級(jí)配的溫拌瀝青和普通瀝青混合料，Sasobit溫拌瀝青混合料施工過程中需要的壓實(shí)能量更低，節(jié)省了壓實(shí)功，即在較低的壓實(shí)能量下，Sasobit溫拌瀝青混合料更易于壓實(shí)。

（2）在相同溫度下隨著溫拌劑摻量加大，瀝青混合料壓實(shí)能量越小，K值越大，這說明溫拌劑摻量越大，壓實(shí)速率越大，壓實(shí)性能越好。這是由于隨著溫拌劑摻量的加大，對(duì)瀝青感溫性的改善越明顯，高溫黏度降低的越多，從而混合料的壓實(shí)性能提高得就更明顯。

不同溫拌劑摻量下壓實(shí)量能與壓實(shí)溫度的關(guān)系如圖5～圖7所示。

圖5 添加1.5%Sasobit溫度與壓實(shí)量能關(guān)系圖

圖6 添加1.8%Sasobit溫度與壓實(shí)量能關(guān)系圖

圖7 添加2.1%Sasobit溫度與壓實(shí)量能關(guān)系圖

由以上三圖得出3種摻量溫拌劑壓實(shí)溫度與壓實(shí)量能的回歸方程如表6。由表6可知，隨著溫拌劑摻量的加大，壓實(shí)溫度與壓實(shí)量能的回歸方程的斜率越小，即溫拌劑摻量的越大，壓實(shí)速率越快，壓實(shí)性能越好。由回歸方程計(jì)算得出，與普通SBS改性瀝青混合料消耗相同壓實(shí)量能（CEI=59.76125）的各摻量溫拌瀝青混合料壓實(shí)溫度及差值如表7所示，其中添加1.5%溫拌劑的瀝青混合料壓實(shí)溫度下降了13.8℃，添加1.8%溫拌劑的瀝青混合料壓實(shí)溫度下降了18.3℃，添加2.1%溫拌劑的瀝青混合料壓實(shí)溫度下降了20.5℃。由此可知三種摻量溫拌劑的瀝青混合料與普通SBS改性瀝青混合料消耗相同壓實(shí)量能所需的壓實(shí)溫度隨著摻量的增加而降低。即在較低的溫度下，Sasobit溫拌瀝青混合料更易于壓實(shí)。

表6 壓實(shí)溫度與壓實(shí)量能的回歸方程

表7 各摻量溫拌瀝青混合料壓實(shí)溫度

5 結(jié)論

通過普通SBS改性瀝青混合料以及不同摻量溫拌瀝青混合料的試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

（1）應(yīng)用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀來評(píng)價(jià)Sasobit溫拌瀝青混合料壓實(shí)性能是可行的。

（2）在相同壓實(shí)溫度下，Sasobit溫拌瀝青混合料的壓實(shí)能量指數(shù)CEI值低于普通SBS改性瀝青混合料，密實(shí)度斜率K高于普通SBS改性瀝青混合料，即在較低的壓實(shí)能量下，Sasobit溫拌瀝青混合料更易于壓實(shí)，壓實(shí)性能更好。

（3）溫拌瀝青混合料的壓實(shí)性能隨著Sasobit溫拌劑摻量增加，壓實(shí)性能越好。

（4）Sasobit溫拌瀝青混合料對(duì)解決低溫環(huán)境瀝青路面施工難的問題具有重要的實(shí)踐意義。

[1]于江,王素英,李林萍.Evotherm-DAT溫拌瀝青混合料壓實(shí)性能試驗(yàn)研究.中外公路，2013.

[2]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范.

[3]JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程.

[4]隆海健.Sasobit溫拌再生瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)特性.公路，2013.