温拌沥青混合料的室内实验及应用性能研究

李 珍

温拌沥青混合料是一种拌合温度介于热拌沥青混合料(150℃～180℃)和冷拌(常温)(10℃～40℃)沥青混合料之间,性能达到(或接近)热拌沥青混合料的新型沥青混合料。其技术起源于1995年,是在能源紧缺、全球气候变暖的大背景下快速发展起来的路面材料新技术。中国的温拌沥青混合料技术研究起步于2005年,研究重点放在基于乳化平台的温拌法和有机添加剂温拌法这两种技术上,目前在实际应用中占主导地位的是基于乳化平台的温拌法,该技术由美国美德维实伟克公司(MWV)研发和提出。

本文以美德维实伟克公司推出第二代直投沥青分散技术(DAT)为基础[2],对温拌技术进行研究,采用AK-13级配对温拌沥青混合料进行了配合比设计,与普通热拌基质沥青混合料进行了路用性能对比实验。并以云南省保龙高速公路大官市—潞江坝段路面8标段为依托工程进行实验路铺筑,对温拌沥青混合料的应用效果进行分析。

1 配合比设计

1.1 原材料

集料选用玄武岩,其物理力学性质均满足JTGE 42-2005公路工程集料试验规范中的技术指标要求。矿粉选用石灰岩矿粉,其技术性质满足JTGE 42-2005公路工程集料试验规范中的技术指标要求。沥青采用70号基质沥青。

1.2 配合比设计

本论文选择AK-13型混合料进行配合比的设计研究,确定的最佳油石比为4.9%。混合料级配组成见表1。

表1 AK-13型沥青混合料的级配

表2 AK-13型温拌沥青混合料马歇尔成型

2 温拌沥青混合料的降温效果研究

2.1 采用马歇尔成型

在制备AK-13温拌沥青混合料时,基质沥青选用70号沥青,添加5%温拌剂,沥青最佳油石比为4.9%,其马歇尔实验结果如表2所示。

从表2可以看出,70号基质沥青添加5%温拌剂制备的温拌沥青混合料,马歇尔试件的空隙率随成型温度的降低而增大。与基质沥青混合料相比,当成型温度相同时,试件的空隙率减小0.768%;当成型温度为142℃时,温拌混合料试件的孔隙率与成型温度 155℃不掺加温拌剂时的一致,都为 5.1%,说明掺加5%的温拌剂能降低沥青混合料的成型温度,降温幅度为13℃。

2.2 采用旋转压实成型

通过旋转压实成型试件实验结果如表3所示。

表3 AK-13型温拌沥青混合料旋转压实成型

从表3可以看出,在采用旋转压实成型时,且由于旋转压实法的揉搓作用和较大的压实功,其成型试件的空隙率均比马歇尔试件小。其与马歇尔成型有类似的结论:当保持试件成型温度不变时,试件的空隙率减小0.612%;当保持试件的空隙率一致时,混合料的拌合温度及成型温度可以降低近15℃。

我们比较马歇尔试件和旋转压实试件的空隙率可知,旋转压实法更容易使试件密实,在试件密实度较高的条件下,成型温度的改变对试件空隙率的影响较小,其空隙率的变化幅度也比马歇尔法成型试件的变化幅度小。由此可知马歇尔方法成型的试件对温度的敏感性强于旋转压实成型时对温度的敏感性。综上可以看出,对于AK-13结构混合料,无论是马歇尔试件还是旋转压实试件,制备温拌沥青混合料时保持压实度(空隙率)不变,混合料的拌合温度及压实温度可以降低15℃左右,这将减少混合料生产过程中的能源消耗和烟尘等废弃物的排放。

3 室内性能研究

3.1 高温稳定性能

将试件成型后放置48 h以上,待完全固化后进行实验。对基质沥青的普通热拌沥青混合料和掺入温拌剂后的温拌沥青混合料进行车辙实验,结果如表4所示。

表4 AK-13沥青混合料的动稳定度

由表4可以看出:对于AK-13混合料掺5%的温拌剂的温拌沥青混合料的动稳定度约是基质沥青混合料的3.3倍,可以很好的改善混合料的高温性能,提高路面的抗车辙能力。

3.2 低温抗裂性能

低温弯曲破坏实验也是国内外较常用的沥青混合料低温抗裂性评价方法。本文采用实验温度-10℃±0.5℃,加载速率为50 mm/min,由轮碾法成型的车辙实验试件板切制成长250 mm±2.0 mm,宽30 mm±2.0 mm,高35 mm±2.0 mm的棱柱体小梁,跨径为200 mm±0.5 mm,在-10℃条件下保温 3 h,跨径为200 mm±0.5 mm,跨中加载[7]。

实验结果显示,混合料的小梁试件在破坏时的弯拉应变越大,则弯曲劲度模量越小,路面越不容易产生低温开裂。基质沥青混合料和掺加3%温拌剂的沥青混合料,试件破坏时的弯拉应变με都不能满足《公路沥青路面施工技术规范》的要求,且温拌剂对低温性能有一定的负面影响,变化幅度不是很明显。

3.3 水稳定性能

本论文采用浸水马歇尔实验和冻融劈裂强度实验来评价混合料的水稳定性能,对加入温拌剂后的温拌沥青混合料和基质沥青普通热拌混合料做了浸水马歇尔实验和冻融劈裂实验,得出温拌沥青混合料,其浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度比与基质沥青混合料相比均无大的变化,这说明温拌剂对混合料的水稳定性没有明显的影响,温拌沥青混合料的水稳定性主要由基质沥青混合料的水稳定性决定。

4 实验路应用效果分析

实验路铺筑时间为上午10时,天气晴朗,气温为15℃。温拌添加剂为水溶液,拌制过程中温拌添加剂在沥青喷洒1 s～3 s后开始添加,并在沥青喷洒完前添加完毕,喷洒量为沥青质量的5/100。混合料出料温度140℃,实际初压温度为120℃,终压温度为100℃左右。

第二日下午对实验路段钻芯取样,普通沥青混合料路段和温拌沥青混合料路段各取芯11个进行性能分析。其结果见表5。

表5 AK-13温拌沥青混合料的钻芯取样实验结果

从表5可以看出,由于施工条件的限制,试验路的压实度不足,钻芯取样的试件空隙率偏大。但是,在相同的施工条件下,温拌沥青混合料试件的空隙率比普通沥青混合料小2.1个百分点,这说明温拌沥青混合料比普通沥青混合料更容易碾压密实,也就证明了在达到相同压实度要求的情况下,温拌沥青混合料可以降低拌合及压实温度,达到了应用温拌沥青混合料的预期目的。

5 结语

1)对于AK-13结构混合料,无论是马歇尔试件还是旋转压实试件,制备温拌沥青混合料时保持压实度(空隙率)不变,混合料的拌合及压实温度可以降低15℃左右。2)对混合料的高温抗车辙性能有明显的改善,动稳定度可以提高约3倍;低温性能有一定的负面影响,变化幅度不是很明显;对混合料的水稳性能几乎没有影响。3)温拌沥青混合料比普通沥青混合料更容易碾压密实,在达到相同压实度要求的情况下,温拌沥青混合料可以降低拌合及压实温度。

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