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随着沥青路面原材料成本的不断上升和环保要求的日益严格,沥青路面的可持续发展已成为道路 建 设中的热点问题 。 热拌沥青混合料作为沥青路面施工的典型技术 已经广泛应用于道路建设中 , 而温拌沥青混合料是 一 种在较低温度 下生产沥青混合料的新兴技术 ,其性能与 HMA 相 当 。在保持生产设备及工艺流程相同的前提下 ,传 统的 HMA 通常在 150~ 190 ℃下进行混合和压实 , 温拌沥青路面的施工温度在 30 ℃左右 。高温施工 会消耗大量的能源 ,且易产生有害气体和污染物。 因此 ,拌和温度的下降不仅可以有效减少能源消耗和温室气体排放 ,而且大幅减弱了生产过程中沥青 黏结剂的老化 。 目前常用的温拌剂主要分为有机降黏型 、表面活性型 、矿物发泡型和复合型 4
为确保测试结果的客观性及可复现性 ,采用《公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范》(JTG F40—2004) 推荐的两种混合料级配范围即 AC-13 、AC-16 ,筛 孔通过率见表。
混合料级配筛孔通过率
级配 | 不同筛孔尺寸(mm)的筛孔通过率(%) | ||||||||||
19.0 | 16.0 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | |
AC-16 | 100 | 95 | 84 | 70 | 48 | 34 | 24.5 | 17.5 | 12.5 | 9.5 | 6 |
AC-13 | — | 100 | 95 | 76.5 | 53 | 37 | 26.5 | 19 | 13.5 | 10 | 6 |
采用传统的马歇尔设计方法进行配合比设计, 确定沥青用量 ,控制密集配沥青混合料空隙率 在 4% 左右 。为评估压实程度 , HMA 与 WMA 采用 相同的骨料尺寸和沥青含量。
试件制备方法
为研究成型方法对 WMA 压实度的影响 ,参照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20 —2011), 同时 ,采用马歇尔击实试验和旋转压实 法制备试样 ,每种沥青制备 6 个平行试样。
2 试验结果分析
压实方法对压实度的影响评价
根据显著性分析结果可知 ,不同压实方式成型 的混合料试件空隙率具有明显的差异 ,且通过旋转 压实成型得到的试件的空隙率比马歇尔击实试验得 到的试件空隙率低 30% 左右 。温拌剂能够降低沥青 胶结料的黏度 ,WMA 相对于 HMA 更容易达到密实 结构 , 因此不论采用何种压实方式 ,WMA 均表现 出比 HMA 更小的空隙率 ,压实度更好。
下表为不同压实方法下的两种混合料压实度 。 由表 可知 ,采用 A-L 沥青胶结料旋转压实成型的 WMA 试件相较于 HMA 试件压实度提升的效果比马 歇尔击实成型的试件高 5% 左右 。而对采用 A-S 沥 青胶结料的 WMA 试件 , 马歇尔击实成型相较于旋 转压实成型的压实度提升效果更明显 。此外 ,不同 种类的温拌剂对 WMA 的压实度也会造成影响 ,表 面活性型温拌剂( L ) 的压实提升效果相对于蜡基 降黏型温拌剂( S )更明显 ,这是由于表面活性型 温拌剂的降温效果更优 。此外 ,采用表面活性剂型 温拌剂的温拌沥青混合料 ,旋转压实成型法的压实 提升效果更明显 ,而在采用蜡基降黏型温拌剂( S) 的对照组中并未观察到同样的规律 ,这可能是由于 表面活性型温拌剂是通过提高沥青胶结料的表面张 力 ,减少沥青胶结料薄膜与集料之间的界面摩擦, 提高润滑效果 ,而在马歇尔击实过程中 ,骨料间的 减摩作用不能充分发挥 , 因此在旋转压实条件下更 易压实。
不同压实方法对HMA 和WMA 压实度的影响
沥青 胶结料 |
压实方法 | 压实度 | |||
AC-16 (HMA) | AC-16 (WMA) | AC-13 (HMA) | AC-13 (WMA) | ||
A-L | 马歇尔法 | 0.92 | 0.95 | 0.91 | 0.93 |
旋转压实法 | 0.90 | 0.94 | 0.90 | 0.92 | |
A-S | 马歇尔法 | 0.93 | 0.96 | 0.94 | 0.96 |
旋转压实法 | 0.95 | 0.98 | 0.97 | 0.98 | |
温拌剂类型对压实度的影响
WMA 在 压 实初期 , 由 于 骨料 颗粒 较 为 松 散 , 其压实程度与 HMA 相似 ,但是由于温拌剂的降黏 作用 , 随着压实次数的增加 ,其压实程度的上升趋 势高于 HMA 。压实度与旋转次数关系见表 6 。对添 加 A-L 沥青胶结料的 WMA 而言 ,在压实初期其压 实度与添加 A-S 沥青胶结料的 WMA 基本一致 , 随 着压实次数的增加 ,其压实程度优于添加 A-S 沥青
胶结料的 WMA 。这可能是由于当骨架达到密实状 态时 ,骨架颗粒之间相互作用摩擦较大 ,难以发生 相对位移 , 因此 ,S 温拌剂降低黏度带来的压实效 果的提升远不如 L 温拌剂对混合料的减摩作用带来 的压实效果提升 。因此旋转压实过程后期 ,两种温 拌剂对混合料压实效果的影响产生明显差异。
压实度与旋转次数的关系
旋转次数 | 压实度 1 | 压实度 2 | 压实度 3 | 压实度 4 |
1 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
10 | 0.96 | 0.98 | 0.98 | 0.98 |
20 | 0.95 | 0.97 | 0.98 | 0.97 |
30 | 0.95 | 0.96 | 0.97 | 0.95 |
40 | 0.94 | 0.95 | 0.97 | 0.94 |
50 | 0.93 | 0.95 | 0.96 | 0.93 |
60 | 0.91 | 0.95 | 0.96 | 0.91 |
70 | 0.89 | 0.94 | 0.95 | 0.88 |
80 | 0.89 | 0.93 | 0.94 | 0.85 |
90 | 0.88 | 0.92 | 0.94 | 0.81 |
100 | 0.85 | 0.91 | 0.94 | 0.78 |
综上所述 ,温拌沥青混合料在旋转压实下的压 实度优于热拌沥青混合料 ,且 L 温拌剂对压实度的 改善效果明显优于 S 温拌剂 ,可能是由于 L 温拌剂 的表面活性剂成分对混合料的减摩作用的影响。
生产工艺对压实度的影响
WMA 生 产 工 艺 主要有法工艺和湿法工艺 。 干法工艺中 ,温拌剂以粉末或固体形态直接与热骨 料混合 ;湿法工艺中 ,温拌剂预先与沥青混合 ,再 与骨料拌和 。本研究分别采用两种工艺制备 WMA 试件样本 ,压实度试验结果如表 7 所示。
生产工艺对压实度影响数据表
沥青胶结料 | 混合料级配 | 生产工艺 | 马歇尔击实压实度 | 旋转压实压实度 |
A-L | AC-16 | 干法 | 0.82 | 0.73 |
湿法 | 0.80 | 0.70 | ||
AC-13 | 干法 | 0.79 | 0.77 | |
湿法 | 0.78 | 0.76 | ||
A-S | AC-16 | 干法 | 0.96 | 0.98 |
湿法 | 0.90 | 0.93 | ||
AC-13 | 干法 | 0.93 | 0.96 | |
湿法 | 0.88 | 0.90 |
由上表可知, 温拌剂的添加流程不同 , WMA 试件的压实度会存在差异 ,干法工艺的压实程度通
常小于湿法工艺 ,湿法工艺温拌剂能够与沥青更充 分的混合 ,分散性更好 , 因此降温效果更明显 ,更 易压实 。此外 ,生产工艺对 S 温拌剂的影响明显大 于对 L 温拌剂的影响 。这是由于 S温拌剂的熔点为 130 ℃ , 在拌和过程中不能充分溶解至沥青中 ,造 成温拌剂的分散性不足 ,从而影响混合料的压实性 能 ,而 L 温拌剂由于是液体状态 ,在两种生产工艺 下均能保证良好的混合均匀性 ,生产工艺对表面活 性剂类温拌剂的影响效果较小 。湿法工艺通常能提 供更好的混合料工作性能 ,有利于实现更高效和环 保的压实作业。
3 结论
本文主要研究温拌剂类型 、压实方法和生产工 艺对 WMA 压实度的影响 ,得出以下结论。
1) 无论采用何种压实方法 ,试验中使用的两 种温拌剂均能显著改善沥青混合料的压实性。
2) 表面活性剂类温拌剂通过其表面活性成分 减少集料间的摩擦力作用来改善拌和效果 ,很大程 度上受压实方法的影响 。在旋转压实条件下具有更 明显的减摩效果 ,并且当压实次数增加 、骨料间隙 减小时 ,温拌剂的减摩效果更为明显。
3)湿法工艺生产的 WMA 相对于干法工艺表现 出更好的压实效果 。此外 ,温拌剂的类型会受到生 产工艺的显著影响 , 当采用蜡基降黏型温拌剂时, 推荐采用湿法工艺进行生产。
4) 在通过比较 HMA 和 WMA 试件的空隙率来 评价压实度时 ,需要考虑上述因素的影响以确保评 价结果一致 ,在进一步推广应用温拌沥青路面时, 应对上述影响因素多加关注。

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