丘曉堅(jiān)

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司福建分公司 廈門(mén)市 361009)

泡沫溫拌技術(shù)有助于降低能源消耗，減少有害氣體排放，喬衛(wèi)華等[1]研究發(fā)現(xiàn)瀝青的標(biāo)號(hào)及用水量對(duì)瀝青發(fā)泡影響較大，發(fā)泡時(shí)瀝青的溫度并不是越高越好，發(fā)泡水溫在40℃時(shí)發(fā)泡效果較好。于新等[2]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，普通瀝青和改性瀝青的發(fā)泡用水量為1%～2%和3%時(shí)，泡沫瀝青的流變性能較好。肖飛鵬等[3]對(duì)不同級(jí)配的泡沫溫拌瀝青混合料的性能進(jìn)行研究，指出泡沫溫拌技術(shù)降溫效果可達(dá)到20～30℃，混合料的高低溫等性能與熱拌相差不大。專家學(xué)者對(duì)泡沫溫拌瀝青的研究大多集中在基質(zhì)瀝青及其流變性能，而對(duì)于拌和溫度、用水量對(duì)橡膠瀝青混合料路用性能的影響研究很少。鑒于此，筆者針對(duì)不同成型溫度、不同發(fā)泡用水量條件下的橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)研究，以分析泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的降溫效果和路用性能，提出合適的生產(chǎn)參數(shù)取值。

1 試驗(yàn)材料與研究方法

1.1 試驗(yàn)原材料

研究所用的橡膠瀝青采用60目橡膠粉與70號(hào)道路石油瀝青(摻配比例18%)加工而成，所用集料為玄武巖，橡膠瀝青密度為1.022g/cm3，針入度為33.8(0.1mm)，軟化點(diǎn)為68.8℃，177℃粘度為2.47Pa·s，25℃彈性恢復(fù)為86%。研究所采用的混合料類型為斷級(jí)配AR-AC13，如圖1所示。

1.2 成型溫度確定

旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀可以記錄壓實(shí)過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)次數(shù)、樣品高度和剪切力等數(shù)據(jù)，其中記錄的剪應(yīng)力是通過(guò)測(cè)試試樣桶蓋子上的反作用力力矩計(jì)算得到的，反映了混合料在壓實(shí)過(guò)程中集料的嵌擠狀態(tài)[4-5]。因此，為了確定泡沫溫拌橡膠瀝青混合料適宜的壓實(shí)溫度，可以從壓實(shí)過(guò)程來(lái)分析。采用與常規(guī)熱拌對(duì)比方式，泡沫溫拌在壓實(shí)過(guò)程中集料的嵌擠狀態(tài)(在適宜壓實(shí)溫度下)應(yīng)與常規(guī)熱拌接近，即能達(dá)到常規(guī)熱拌的壓實(shí)效果。

本次研究采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)計(jì)次數(shù)Ndes=100次，對(duì)AR-AC13型混合料進(jìn)行試件成型，常規(guī)熱拌以及泡沫溫拌橡膠瀝青混合料在壓實(shí)過(guò)程中剪應(yīng)力-旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)曲線見(jiàn)圖2～圖5。

由圖2～圖5可以看出，在壓實(shí)過(guò)程的前期，泡沫溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料粘聚力對(duì)剪應(yīng)力貢獻(xiàn)相對(duì)較大，而粘聚力主要受溫度影響，因此在前期松散狀態(tài)時(shí)剪應(yīng)力基本隨溫度的增大而減小。在壓實(shí)過(guò)程后期，剪應(yīng)力隨著溫度升高而增大，溫度越高混合料在相同壓實(shí)次數(shù)下，嵌擠越緊密。根據(jù)泡沫溫拌在適宜壓實(shí)溫度下進(jìn)行壓實(shí)后集料的嵌擠狀態(tài)與常規(guī)熱拌接近，通過(guò)比較兩者剪應(yīng)力-旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)曲線確定的泡沫溫拌橡膠瀝青混合料適宜的壓實(shí)溫度見(jiàn)表1。

表1 混合料壓實(shí)溫度

采用馬歇爾擊實(shí)成型方法在上文確定的壓實(shí)溫度下分別成型不同的馬歇爾試件，測(cè)定的體積指標(biāo)如圖6所示。

從馬歇爾試件的體積指標(biāo)可以看出，采用0%、1%、2%、3%的發(fā)泡用水量，在上文確定的擊實(shí)溫度下，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的體積指標(biāo)能夠滿足規(guī)范要求，說(shuō)明混合料的性能優(yōu)良。當(dāng)發(fā)泡用水量為4%時(shí)，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的穩(wěn)定度已不能滿足規(guī)范要求。

2 混合料性能試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)斷級(jí)配橡膠瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和抗水損害性能，分別在不同用水量下發(fā)泡橡膠瀝青，而后在不同的溫度下成型泡沫溫拌橡膠瀝青混合料試件，分別進(jìn)行高溫車(chē)轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)[6-8]，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7～圖9。

由圖7可以看出，在各自適宜的成型溫度條件下，隨著發(fā)泡用水量由0增加到4%，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度由5135次/mm逐漸下降到2937次/mm，降幅達(dá)42.8%，表明其抵抗高溫條件下產(chǎn)生車(chē)轍的能力逐漸變差，相比于熱拌橡膠瀝青混合料較差。當(dāng)發(fā)泡用水量為4%時(shí)，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度已不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

由圖8可以看出，隨著用水量的增加，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的波峰和波谷，在含水量大于3%后，抗彎拉強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯下降。泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的破壞應(yīng)變值隨著發(fā)泡用水量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，用水量由0增加到4%的過(guò)程中，最小破壞應(yīng)變值為2713.6με，大于熱拌橡膠瀝青混合料的破壞應(yīng)變限值，表明混合料的低溫抗裂性能得到改善。

由圖9可以看出，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度隨著發(fā)泡用水量的增加而逐漸降低，在用水量從0增加到4%的過(guò)程中，混合料的殘留穩(wěn)定度從90.3%下降到77.1%，降幅達(dá)13.2%，表明混合料的水穩(wěn)定性能逐漸變差，相比于熱拌橡膠瀝青混合料，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的低溫性能較差。在4%用水量的情況下，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性為77.1%，不能滿足規(guī)范85%的要求。

從保證混合料長(zhǎng)期性能的角度綜合考慮，泡沫溫拌橡膠瀝青的發(fā)泡用水量宜小于4%。

3 結(jié)論

(1)在不同發(fā)泡用水量下，采用剪應(yīng)力-旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法和空隙率法確定的混合料的成型溫度分別為155℃、150℃、140℃和140℃。

(2)采用泡沫溫拌技術(shù)，不同的用水量降溫效果不同，采用3%的發(fā)泡用水量，橡膠瀝青混合料的降溫效果可達(dá)到30℃左右，此時(shí)混合料的路用性能可以滿足規(guī)范要求。

(3)泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和馬歇爾殘留穩(wěn)定度隨著發(fā)泡用水量的增加而逐漸降低，破壞應(yīng)變先升高后降低，在4%用水量的情況下混合料的高溫性能和水穩(wěn)定性不能滿足規(guī)范要求，小于4%時(shí)，可以滿足規(guī)范要求。

(4)考慮混合料的降溫效果和性能，在3%用水量、140℃成型溫度條件下進(jìn)行泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)較好。