周英毅

（张家口市宣左线一级公路管理处，张家口 075000）

0 引言

随着我国高等级公路建设和发展, 由于沥青路面具有行车舒适、噪音小、养护维修方便等一系列优点,已逐渐成为我国高等级公路路面结构层设计的首选[1-2]。 目前我国沥青路面拌和一般采用热拌技术, 但热拌技术使得集料、沥青(尤其是改性沥青)加热温度相对较高,一方面会增加拌和楼燃料使用、增加环境污染,另一方面过高的加工温度也将导致沥青老化加剧而降低混合料整体性能。 过高的施工温度要求也给沥青路面施工质量控制带来挑战,摊铺、碾压等施工温度控制不佳将导致混合料难以压实、平整度差等,进而引起沥青路面早期水损害等病害。 同时过高的作业温度产生的沥青烟等有害物质,也将危害一线作业人员健康, 尤其是在隧道等相对封闭空间危害更大[3]。 基于上述现状,温拌及冷拌技术逐渐得到广泛应用。 但冷拌技术由于技术限制,目前仅局限于乳化沥青类物质的养护应用或部分混合料的低等级公路养护应用之中,短期内大范围推广使用并不现实,因此温拌技术的使用具有重要的现实意义[4-6]。 温拌技术是指在相对较低的拌和、摊铺碾压温度下,即可完成同热拌沥青混合料相同的混合料施工质量的施工技术。 目前对于温拌沥青混合料的研究, 一般局限于温拌剂对沥青性能影响以及对混合料拌和、碾压温度降低等的研究,而对混合料配合比设计及路用性能影响研究相对较少[7-8]。

研究拟选用某含蜡S 温拌剂, 首先进行温拌沥青混合料AC-13 配合比优选设计, 并与热拌沥青混合料AC-13 进行路用性能对比分析, 探讨温拌沥青混合料配合比设计工艺以及温拌沥青混合料路用性能, 进而为相关工程实践提供借鉴与参考。

1 原材料

沥青采用70# 基质沥青, 温拌剂选用某含蜡S 温拌剂,沥青及温拌剂相关指标均符合规范要求。 细集料采用0～5mm 规格石灰岩机制砂, 粗集料采用5～10mm、10～15mm 规格石灰岩集料,矿粉采用石灰岩研磨加工。粗、细集料及矿粉指标及筛分结果见表1～2。

表1 矿粉及集料密度指标

表2 矿粉及集料密度筛分试验结果

2 配合比优选

根据表2 中各档集料筛分试验结果, 首先进行热拌沥青AC-13 混合料配合比优选设计。结合规范AC-13 级配上下限规定及以往配合比设计经验,选取粗、中、细三种级配进行配合比优选。 根据选取的三种合成级配分别进行密度、VV、VMA、VFA 等体积指标试验, 最终优选各档集料配比为：0～5mm∶5～10mm∶10～15mm:矿粉=39∶26∶33∶2。 最佳沥青用量为5.0%,空隙率为4.2%。

热拌沥青混合料设计完成后, 进行温拌沥青混合料配合比体积指标验证。 其中,温拌剂掺量根据产品推荐选取为沥青质量3%,由于室内拌和锅拌和质量有限,为保证温拌剂拌和均匀, 采用将温拌剂与沥青预混备用方式进使用。 同时,温拌沥青混合料与热拌沥青混合料拌和、击实温度控制对比如表3 所示。 按下述温度进行体积指标验证结果表明, 所有体积指标基本与热拌沥青混合料相当,且均符合规范要求。

表3 温拌与热拌沥青混合料拌和、击实温度

3 温拌沥青混合料性能

3.1 高温稳定性

沥青混合料高温稳定性作为其最重要的指标之一,一般采用车辙试验进行表征。 车辙试验可以模拟在高温条件下,沥青路面结构层在设计标准荷载(0.7MPa)反复作用下抵抗变形的能力。 一般室内试验采用60℃试验条件,经前期探索性试验表明, 温拌及热拌两种AC-13 混合料动稳定度相差不大。 为进一步研究温拌剂对混合料高稳定性影响,研究采用70℃进行车辙试验。 试验各采用3 次车辙试验取均值,试验结果如图1 所示。

图1 温拌及热拌两种AC-13 混合料70℃车辙试验结果

由车辙试验结果分析可知：相较热拌AC-13 混合料,温拌AC-13 混合料高温稳定性有所提高, 提高幅度增加8%左右,且二者在70℃动稳定度仍均满足规范60℃指标要求。 这可能是由于随着拌和及成型温度的降低,沥青胶浆高温老化时间减短,性能衰减相对较小,在混合料级配、沥青含量及成型质量一致条件下, 温拌沥青混合料高温稳定性逐渐增加。

3.2 低温稳定性

沥青混合料低温稳定性可以表征混合料在低温条件下抵抗低温开裂性能, 一般采用小梁弯曲试验进行评价,表征指标主要有低温抗拉强度与破坏应变。 对两种混合料进行低温小梁弯曲试验,试验温度选取-10℃,试验结果见图2。

图2 温拌及热拌两种AC-13 混合料低温弯曲试验结果

低温小梁弯曲试验结果显示, 相较热拌AC-13 混合料,温拌AC-13 混合料抗弯拉强度、破坏应变均减小,但减小幅度较小,分别减小3.8%、0.8%,且两种混合料破坏应变均符合规范大于2300με 要求。 表明温拌剂的加入在有效减小了混合料拌和、成型温度的同时,并未对混合料低温稳定性产生明显影响。

3.3 渗水系数及水稳定性试验

由前述分析可知,掺入温拌剂后混合料拌和、碾压温度有效降低, 但过低的试验温度是否会对混合料密实度及内部结构产生较大影响进而影响水稳定性尚需要进行相关评价。

3.3.1 渗水系数试验

渗水系数作为沥青路面质量控制必检指标, 在一定程度上可反映沥青层的内部结构及空隙组成。 由于AC-13 一般作为上面层使用,其渗水系数要去相对较严,有必要对其进行相关对比分析。 采用车辙板试件进行室内渗水试验,每种混合料分别进行3 次测试取均值,试验结果如表4 所示。

比较两种混合料渗水试验结果, 二者渗水系数差异性较小,可认为温拌剂对混合料渗水系数没有显著影响。

表4 温拌及热拌两种AC-13 混合料渗水试验结果

3.3.2 水稳定性

水损害作为沥青路面早期病害的主要破坏形式,主要是由于配合比设计不佳或沥青与集料配伍性较差导致。 相较热拌沥青混合料,温拌沥青混合料由于掺入了温拌剂这一表面活性物质, 有可能会对沥青与集料的粘附特性产生影响。 首先采用集料粘附性评价方法进行对比分析,发现掺加温拌剂前、后,沥青或温拌沥青与集料粘附性等级均为5 级。 由于粘附性评价为不完全定量评价方法,并未能反应掺加温拌剂后对混合料水稳定性影响。 基于此,本文选用混合料水稳定性评价方法进行对比,分别对温拌及热拌两种AC-13 混合料采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验, 以定性分析温拌剂是否会对混合料水稳定性产生影响。 试验结果见图3～4。

图3 温拌及热拌两种AC-13 混合料浸水马歇尔试验结果

图4 温拌及热拌两种AC-13 混合料冻融劈裂试验结果

由图3～4 分析可知：

(1)比较两种混合料浸水马歇尔试验结果,相较热拌AC-13 混合料,温拌AC-13 混合料浸水前、后稳定度以及残留稳定度均有一定下降,但下降幅度均较小,且二者残留稳定度均高于规范限值要求。

(2) 比较两种混合料冻融劈裂试验结果, 相较热拌AC-13 混合料,温拌AC-13 混合料冻融前、后劈裂强度以及冻融劈裂强度比均呈现增长趋势, 且二者冻融劈裂强度比均高于规范限值要求。

结合渗水系数及水稳定性试验结果分析可知, 由于温拌剂掺量较小,未对混合料水稳定性造成较大影响。

4 结论

选用某含蜡S 温拌剂, 首先进行温拌沥青混合料AC-13 配合比优选设计, 并与热拌沥青混合料AC-13 进行路用性能对比分析, 探讨温拌沥青混合料配合比设计工艺以及温拌沥青混合料路用性能,得出如下结论：

(1) 进行热拌沥青混合料AC-13 配合比优选设计,最终优选各档集料配比为：0～5mm∶5～10mm∶10～15mm∶矿粉=39∶26∶33∶2。 最佳沥青用量为5.0%,空隙率为4.2%。

(2)混合料配合比设计显示,温拌剂可以在不显著改变混合料体积指标条件下,减小混合料拌和、击实等温度25℃～30℃。

(3)综合上述温拌沥青混合料路用性能试验分析,在与热拌AC-13 混合料相同的级配组成、沥青用量条件下,温拌剂的掺入有效降低了拌和、成型温度,而并未对混合料路用性能产生明显影响, 且部分性能如高温稳定性有一定程度提高。 表明在热拌AC-13 混合料配合比设计完成后, 该类温拌剂可在拌和楼采取直投方式进行加工,而不影响混合料整体的施工工艺。