程德金，楊凱，王建黨，戴征，白旭耀

（西北民航機場建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075）

0 引言

機場瀝青道面較公路路面承受更大的機輪荷載、著陸沖擊和轉(zhuǎn)彎扭剪作用[1-2]，這對瀝青道面的品質(zhì)提出了更高的要求，因此機場道面主要使用性能較為優(yōu)異的SBS改性瀝青混合料，并摻加抗車轍劑、高模量劑等外加劑。通常機場瀝青道面多為不停航施工[3-4]，為了不影響清晨機場正常通航，需將跑道全幅攤鋪，4E及以上等級機場跑道寬度至少45 m，每日混合料用量至少1800 t，如此大的量現(xiàn)拌現(xiàn)鋪來不及，需要將混合料提前拌好儲存于成品倉中，儲存時間一般短則5～6 h，長至8～10 h，而長時間高溫儲存會造成混合料溫度散失和性能老化，影響其使用性能。

國內(nèi)外學者對瀝青混合料攤鋪、碾壓溫度的影響因素及降溫規(guī)律進行了一些研究[5-7]，而從成品倉角度出發(fā)研究混合料儲存過程中溫度散失情況鮮有報道。目前對于混合料老化的研究大多集中在老化方式的選擇、混合料老化前后性能對比、老化對混合料某一性能的影響等[8-10]，以上研究并未涉及混合料在倉儲過程中的老化。本文依托華北某機場瀝青跑道“蓋被”工程，以加蓋常用的SMA-13為例，探究倉儲時間對混合料溫度散失及老化性能的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

溫度記錄器材為熱電偶溫度傳感器、補償導線、溫度顯示器；瀝青混合料原材為SBS改性瀝青、玄武巖集料、機制砂、礦粉、抗車轍劑、高黏劑及聚酯纖維。其中集料采用篩分的熱料4號倉（11～16 mm）、3號倉（6～11 mm）、2號倉（3～6 mm）、1號倉（0～3 mm）。

1.2 試驗方法

1.2.1 安裝傳感器

在40 t成品倉3個面上分別安裝溫度傳感器，2個側(cè)面各安裝4個，正視面上安裝2個，如圖1所示，傳感器的編號為1號—10號，其中1號、4號、5號、8號、9號傳感器長度為2 m，2號、3號、6號、7號、10號傳感器長度為1 m，用補償導線將10個傳感器連接在溫度顯示器上。

圖1 成品倉傳感器安裝三視圖Fig.1 The three views of sensor installation in finished product bin

1.2.2 生產(chǎn)配合比設計

以目標配合比為基準，進行生產(chǎn)配合比設計，得到SMA-13的熱料級配組成質(zhì)量比為4號倉∶3號倉∶2號倉∶1號倉∶礦粉=44.0%∶27.0%∶8.0%∶11.0%∶10%（外摻聚酯纖維為混合料質(zhì)量的0.4%，抗車轍劑和高黏劑均為混合料質(zhì)量的0.5%），最佳油石比為6.1%。

1.2.3 溫度記錄與測試方法

將不同拌和溫度（180℃、190℃、200℃）的SMA-13混合料置于成品倉中儲存至12 h，每隔0.5 h記錄1次溫度，每隔4 h取料成型馬歇爾試件與車轍板，通過混合料車轍試驗、小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗評價混合料老化性能。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 混合料溫度衰減分析

以10個溫度傳感器采集的溫度平均值為縱坐標，以時間為橫坐標作圖，通過多項式擬合，得到混合料溫度隨時間衰減關(guān)系，如圖2和表1所示。

圖2 混合料溫度隨時間變化曲線Fig.2 Temperature variation curve of mixture with time

表1 混合料溫度衰減曲線Table 1 Temperature attenuation curve of mixture

從圖2和表1看出，隨著倉儲時間延長，瀝青混合料的溫度基本呈二次多項式衰減，且拌和溫度升高，混合料的溫衰系數(shù)下降，即溫度衰減速率下降。因為在成品倉密封環(huán)境里，溫度越高，混合料和易性越好，即流動度越好，SMA-13集料易于流動堆積形成致密的保護層，層層包裹降低混合料內(nèi)部溫度散失，利于混合料保溫。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)倉儲12 h后，不同拌和溫度下混合料溫度衰減幅度排序為10.9℃（180℃）>9.4℃（190℃）>8.4℃（200℃），說明混合料在180℃條件下倉儲，溫度衰減最為嚴重。

根據(jù)倉儲過程中的溫度衰減曲線可以預估混合料儲存過程中溫度變化規(guī)律，預測某一時刻溫度值或衰減到某一溫度值所需時間，結(jié)合混合料老化性能、現(xiàn)場攤鋪溫度綜合選擇適宜的儲存時間，確保混合料的使用性能。

2.2 高溫穩(wěn)定性

不同倉儲時間下SMA-13的車轍試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 動穩(wěn)定度與時間關(guān)系Fig.3 Relationship between dynamic stability and time

根據(jù)圖3可知，拌和溫度相同時，混合料動穩(wěn)定度隨倉儲時間延長而增大，前8 h內(nèi)，動穩(wěn)定度增長率變化幅度不大，但8 h后增長率顯著提升，12 h增長率是8 h的2倍以上；長時間高溫儲存會加速瀝青輕質(zhì)組分揮發(fā)、變質(zhì)及發(fā)生化學反應，使瀝青變得黏稠，混合料勁度增大，車轍板變硬變脆，推斷在8～12 h之間某一時刻瀝青混合料老化程度已較為明顯，現(xiàn)場觀察車轍板表面還未老化到松散的程度，但其他路用性能可能已受到較大損害。倉儲時間相同時，拌和溫度升高，混合料動穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度增長率均增大。

根據(jù)MH/T 5011—2019《民用機場瀝青道面施工技術(shù)規(guī)范》[11]及技術(shù)要求，SMA-13動穩(wěn)定度需不小于10000次/mm，只考慮混合料高溫性能，倉儲12 h后的動穩(wěn)定度均能滿足使用要求。老化在一定程度上會增強混合料抗車轍能力，但對其他路用性能的影響還需結(jié)合低溫和水穩(wěn)定性試驗結(jié)果進行總體評價。

2.3 低溫抗裂性

不同倉儲時間下SMA-13小梁彎曲試驗結(jié)果如表2所示，試驗溫度分別為-10℃和-20℃。

表2 小梁低溫彎曲試驗結(jié)果Table 2 Low temperature bending test results of trabecula

由表2可知，拌和溫度相同時，瀝青混合料最大彎拉應變隨倉儲時間延長而減??；倉儲12 h后SMA-13低溫性能衰減幅度達40%以上，且拌和溫度越高低溫性能衰減幅度越大。倉儲時間相同時，瀝青混合料的最大彎拉應變隨溫度升高而減小；當拌和溫度從180℃升到200℃時，倉儲12 h的混合料最大彎拉應變分別降低24.5%（-10℃測試）和31.0%（-20℃測試）。-10℃和-20℃的試驗結(jié)果表明老化對混合料低溫性能影響顯著，瀝青混合料長時間處于高溫環(huán)境中，隨著倉儲時間延長，瀝青中輕質(zhì)組分逐漸揮發(fā)、氧化及發(fā)生聚合反應等物理和化學作用，使輕質(zhì)組分迅速減少，瀝青質(zhì)含量增加，瀝青黏度增大，導致瀝青勁度增大，瀝青變硬、脆性增強、彈性變形能力減弱，從而降低混合料的低溫抗裂能力，而且拌和溫度升高會加劇瀝青輕質(zhì)組分的揮發(fā)速率和反應速率，從而加快、加重混合料的老化。

根據(jù)《民用機場瀝青道面施工技術(shù)規(guī)范》要求，按最高標準不小于3000 με控制，采用線性內(nèi)插法預估SMA-13的倉儲時間為不大于10.7h（180℃）、不大于8.6 h（190℃）、不大于4.3 h（200℃）。

2.4 水穩(wěn)定性

不同倉儲時間下SMA-13浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 殘留穩(wěn)定度與時間關(guān)系圖Fig.4 Relationship between residual stability and time

圖5 TSR與時間關(guān)系圖Fig.5 Relationship between TSR and time

由圖4和圖5可知，拌和溫度相同時，混合料的殘留穩(wěn)定度和TSR均隨倉儲時間延長而下降，在前8 h內(nèi)，混合料的殘留穩(wěn)定度和TSR變化不大，但8 h后，混合料的殘留穩(wěn)定度和TSR降幅明顯增大；說明混合料在倉儲8 h后，水穩(wěn)定性衰減出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，混合料的老化速率加快，現(xiàn)場倉儲時要注意控制時間，尤其是高溫儲存時間。倉儲時間相同時，隨拌和溫度升高混合料殘留穩(wěn)定度和TSR總體呈下降趨勢。比較SMA-13的水穩(wěn)定性試驗結(jié)果可知，混合料TSR的衰減程度大于殘留穩(wěn)定度，因為凍融試驗條件相比浸水試驗條件更加嚴苛，先凍后融對馬歇爾試件的損傷更大，水分子更易進入混合料內(nèi)部，侵蝕瀝青與集料的界面，使集料與瀝青發(fā)生剝離，故對混合料的破壞更大。

根據(jù)《民用機場瀝青道面施工技術(shù)規(guī)范》要求，以殘留穩(wěn)定度作為評價指標時，建議SMA-13的倉儲時間為不大于8.4 h（180℃）、不大于8.3 h（190℃）、不大于5.2 h（200℃）；以TSR作為評價指標時，建議倉儲時間為不大于7.6 h（180℃）、不大于6.3 h（190℃）、不大于4.7 h（200℃）。

綜合倉儲過程中混合料溫度衰減曲線和路用性能測試結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場攤鋪溫度和混合料老化性能選擇合理的倉儲時間。通過試驗段得出SMA-13現(xiàn)場最佳攤鋪溫度不低于175℃，將175℃代入混合料溫度衰減方程可得出不同溫度下的極限倉儲時間，以SMA-13的攤鋪溫度、低溫和水穩(wěn)定性作為倉儲的控制指標，采用線性內(nèi)插法可知180℃時建議SMA-13倉儲時間為不大于10.7 h（最大彎拉應變）、不大于9.1 h（攤鋪溫度）、不大于8.4 h（殘留穩(wěn)定度）、不大于7.6 h（TSR）；同理，190℃時建議倉儲時間為不大于20.6 h（攤鋪溫度）、不大于8.6 h（最大彎拉應變）、不大于8.3 h（殘留穩(wěn)定度）、不大于6.3 h（TSR）；200℃時建議倉儲時間為不大于35.9 h（攤鋪溫度）、不大于5.2 h（殘留穩(wěn)定度）、不大于4.7 h（TSR）、不大于4.3 h（最大彎拉應變）。

通常情況下，機場SMA-13混合料中要添加高模量劑、高黏劑等外加劑，根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，混合料出廠溫度要略高于《民用機場瀝青道面施工技術(shù)規(guī)范》要求，故推薦SMA-13的拌和溫度為180～190℃，以混合料的TSR作為老化性能關(guān)鍵控制指標，建議倉儲時間為6.3～7.6 h；對于高寒高海拔的極端環(huán)境下，可選擇拌和溫度大于190℃，此時推薦以混合料TSR和最大彎拉應變雙指標來控制倉儲時間。

3 結(jié)語

依托實體工程，通過分析混合料倉儲過程中溫度散失規(guī)律和老化性能指標，得到結(jié)論如下：

1）隨著倉儲時間延長，SMA-13溫度基本呈二次多項式衰減，倉儲12 h后，混合料溫度衰減范圍為8.4～10.9℃，根據(jù)溫度衰減曲線可預測混合料某一時刻溫度值或衰減到某一溫度值所需的時間。

2）SMA-13動穩(wěn)定度隨倉儲時間延長而增大，動穩(wěn)定度增長率隨拌和溫度升高而增加，倉儲12 h后的動穩(wěn)定度均在10000次/mm以上?；旌狭系蜏匦阅茈S倉儲時間延長而降低，隨拌和溫度升高而降低，倉儲12 h后SMA-13低溫性能衰減幅度達40%以上?；旌狭系臍埩舴€(wěn)定度和TSR均隨時間延長而降低，且TSR的衰減程度大于殘留穩(wěn)定度。

3）綜合施工現(xiàn)場攤鋪溫度和混合料老化性能，當SMA-13的拌和溫度為180～190℃，推薦以混合料的TSR作為老化性能關(guān)鍵控制指標，其倉儲時間為6.3～7.6 h；對高寒高海拔的極端環(huán)境下，建議以混合料TSR和最大彎拉應變雙指標控制倉儲時間。