李勇華

（上饒市弋陽公路事業(yè)發(fā)展中心,江西 弋陽 334400）

0 引言

大量工程實踐證明，在公路瀝青路面建設施工的過程中，熱拌瀝青混合料加熱過程能耗高，各施工階段溫度散失快，保溫難度大；施工期間還會產生大量煙霧粉塵及有害氣體，與國家所提倡的節(jié)能減排建設思路相悖，故積極探索和研究無需加熱（如冷拌）、施工溫度低、施工過程中材料保溫要求不高、性能優(yōu)良的瀝青混合料便成為瀝青路面發(fā)展的主要方向。近年來出現(xiàn)的改性中溫瀝青混合料對于氣溫在0 ℃以上的新建、改擴建瀝青路面較為適用，路用性能也明顯優(yōu)于同類型熱拌瀝青混合料。在此基礎上，該文立足公路工程實際，對高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料在公路工程中的應用展開研究，為該類瀝青混合料的推廣應用提供參考。

1 中溫瀝青混合料性能概述

中溫瀝青包括乳化型和溶劑型兩種，結合工程應用現(xiàn)狀，該文主要研究路用性能更加優(yōu)越的高固含量乳化型中溫瀝青。近年來，國內高等級公路施工領域所用的乳化瀝青濃度大多位于55%～65%之間，因濃度低，故拌和時存在較為明顯的流動，制備出的混合料空隙率高，路面強度較差，在高等級瀝青路面上面層施工中的應用并不理想。但高固含量乳化型中溫瀝青濃度大多位于70%及以上，與普通瀝青混合料相比，各階段的施工溫度均可適當降低，并能有效克服常用乳化瀝青材料的弊端。

在進行高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料制備時，在適宜溫度下將一定量親油基與親水基復合乳化劑摻入瀝青，通過乳化劑2個基團在油水相界面間的定向排列和連接，形成性能穩(wěn)定的乳化瀝青材料。通過調整乳化劑摻量、改變?yōu)r青加熱溫度等措施，保證高固含量乳化型中溫瀝青路用性能。

在瀝青乳液和集料拌和的過程中，乳液中瀝青微粒所帶的正電荷和集料表面負電荷接觸后相吸，瀝青便會從乳液中分離，瀝青顆粒聚結后形成連續(xù)薄膜，裹覆集料后形成瀝青混合料；在碾壓作用下，乳化瀝青中的水分持續(xù)蒸發(fā)，最終形成性能穩(wěn)定的高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料。

2 原材料及配合比設計

2.1 原材料

高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料所使用的原材料主要有瀝青、礦料等?；|瀝青采用70#道路石油瀝青，遵循以上確定出的設計比進行乳化劑及外加劑等的摻加。瀝青材料性能檢測結果見表1。

表1 中溫瀝青材料路用性能參數(shù)檢測值

礦料采用粒徑 0～3 mm、3～5 mm、5～10 mm、10～16 mm的玄武巖石料，礦粉為粒徑0～0.3 mm的石灰?guī)r礦粉，玄武巖集料性能見表2。礦粉表觀相對密度2.699，親水系數(shù)0.68，含水率0.43%，塑性指數(shù)3.7，外觀無團粒結塊。礦料以及所選用礦粉材料的表觀相對密度、表干相對密度、吸水率、毛體積相對密度等參數(shù)值均符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)程》（JTG F40—2017）的規(guī)定。

表2 玄武巖集料性能

2.2 礦料級配

結合相關研究成果，高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料的級配范圍與熱拌密級配瀝青混合料級配基本一致，根據(jù)所得出的粗細集料和礦粉的篩分結果，對相關原材料的摻配比例展開優(yōu)化調整，所得到的AC-13瀝青混合料的合成級配具體見表3?；谠囼灲Y果，該公路工程高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料級配按照細集料合成級配確定。

表3 礦料合成級配

2.3 配合比設計

從結構構成來看，高固含量乳化型改性中溫瀝青混合料結構為多相空間體系，其自身強度的形成也比較復雜，其強度形成過程受到諸多因素影響，其中內部因素主要有材料質量、礦料級配等；外部因素則主要有擊實工藝、試驗溫度等。由于中溫瀝青混合料具有與熱拌瀝青混合料相同的級配要求和礦料質量，故在中溫瀝青潤滑和黏結作用充分發(fā)揮的基礎上，混合料施工溫度可有效降低。

2.3.1 試驗溫度

改性中溫瀝青混合料拌和溫度與其結構中水分蒸發(fā)直接相關；擊實溫度則關系到成型效果和混合料強度。為此，必須加強試驗溫度控制。

按照與熱拌瀝青混合料相同的原材料含水率、拌和工藝，使用小型拌和設備制備改性中溫瀝青混合料，并分別按照 90 ℃、100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃和 140 ℃的溫度在烘箱內持續(xù)養(yǎng)護2 h成型馬歇爾試件，并展開室內試驗。根據(jù)改性中溫瀝青混合料試件的空隙率和穩(wěn)定度隨擊實試驗溫度變化趨勢的試驗結果，擊實溫度升高后，必然引起改性中溫瀝青混合料空隙率的降低，但是當擊實溫度達到120 ℃時，混合料空隙率便基本達到穩(wěn)定狀態(tài)；混合料穩(wěn)定度在擊實溫度為110～120 ℃時變化平緩，溫度在90～110 ℃及超出120 ℃后，穩(wěn)定度變幅增大。綜合以上試驗結果，中溫瀝青混合料擊實溫度應當保持在120 ℃。

結合工程實踐及熱力學公式，改性中溫瀝青在75～90 ℃時泵送性能最佳，按照這一溫度范圍進行其材料的加熱溫度控制。具體而言，應當分別按照150～165 ℃、120～140 ℃、120～140 ℃及 115～130 ℃控制集料、試模加熱，混合料拌和，試件擊實溫度。

2.3.2 最佳油石比

根據(jù)類似工程經驗及試驗結果，在改性中溫瀝青拌和以及運輸?shù)倪^程中，必然存在較大質量損失，將熱拌瀝青混合料最佳油石比和中溫瀝青固含量相除，商數(shù)即為中溫瀝青混合料的初始油石比[1]。

3 工程應用

某公路工程起訖樁號K1400+000～K1465+250，雙向四車道設計，路基寬26.5 m，路基填高均值為3.1 m，最大最小填高為5.0 m和2.6 m。結合工程區(qū)氣候條件及地質，決定采用乳化型中溫瀝青混合料，長度為700 m的試驗段于2020年12月1日開始鋪筑，施工當日環(huán)境氣溫為?1～13 ℃，試鋪施工于當日14∶30開始，17∶12結束，開始和結束時地表溫度分別為10 ℃和6 ℃。

3.1 混合料拌和

乳化型改性中溫瀝青水分含量高，在拌和過程中會產生大量水蒸氣，不利于拌和樓稱量系統(tǒng)控制，引發(fā)拌和設備內部結構銹蝕的可能性也較大。再加上拌和樓在熱拌瀝青拌和的同時還在進行乳化改性中溫瀝青拌和，前者的加熱溫度明顯高于后者。在中溫瀝青拌和時產生大量水蒸氣的情況下，會造成瀝青管道負壓，影響瀝青向拌鍋中泵送的效率。為此，該公路工程在混合料拌和前，應改造拌和樓，將蒸汽收集及排放裝置增設在其一級、二級瀝青提升設備和拌鍋處，并添加送風延時纖維自動投放裝置。

3.2 施工溫度控制

結合相關規(guī)范，應當借助黏溫曲線展開普通瀝青混合料拌和及壓實溫度的確定，拌和溫度和壓實溫度分別取黏溫曲線上（0.17±0.02）Pa·s黏度和（0.28±0.03）Pa·s黏度下的溫度[2]。

該公路工程通過布氏黏度計測量高固含量乳化型中溫瀝青黏度值，并基于測定結果，進行高固含量乳化型中溫瀝青黏溫公式的擬合，結果如下：

式中，N——瀝青材料的表觀黏度值（Pa·s）；T——瀝青材料的黏溫值（℃）；R2——相關系數(shù)。根據(jù)以上公式，改性中溫瀝青混合料的拌和溫度以及壓實施工溫度可相應得出?；谝陨戏治觯⒔Y合試驗溫度控制結果，將應用公式（1）所得到的改性中溫瀝青混合料各施工階段溫度控制具體要求列示如表4。

表4 改性中溫瀝青混合料各施工階段溫度控制要求

3.3 室內成型

考慮到改性中溫瀝青混合料性能的特殊性，在施工期間，從拌和樓取料后展開室內試驗，室內試驗溫度不均勻必然會影響馬歇爾試件成型效果和試驗結果。為此，在控制溫度的同時主要制定出以下三種成型方法：一是在120 ℃的恒溫烘箱置入取樣混合料，不間斷保溫養(yǎng)護120 min后，于混合料試件的雙面分別擊實75次，保證混合料試件的高度不超出（63.5±1.3）mm范圍；二是在120 ℃的恒溫烘箱中放入適量混合料，持續(xù)保溫120 min后在115 ℃的溫度下雙面分別擊實50次；此后與試模共同放入120 ℃恒溫烘箱保溫30 min，雙面再分別擊實25次，保證混合料試件的高度不超出（63.5±1.3）mm的范圍；三是在120 ℃的恒溫烘箱中置入混合料試件并持續(xù)保溫30 min，取出后放進115 ℃的試驗環(huán)境內雙面分別擊實50次；和試模共同置入120 ℃的恒溫烘箱中持續(xù)養(yǎng)護120 min；取出后雙面再分別擊實25次，試件高度控制要求與前兩種成型方法相同。

按照以上過程成型試件后，進行試件馬歇爾穩(wěn)定度測定，根據(jù)（表5）測定結果，不同成型方法所對應的改性中溫瀝青混合料試件馬歇爾穩(wěn)定度和空隙率存在較大差異[3]，按照方法⑶制備的馬歇爾試件穩(wěn)定度高，空隙率低，故該公路施工過程中中溫瀝青混合料成型采用方法⑶。

表5 馬歇爾試驗結果比較

4 施工質量

該公路試驗段高固含量乳化型改性中溫瀝青混凝土施工工藝和流程與普通瀝青混合料基本一致，故該文從略。待試驗路段鋪筑完成后，對路面厚度、穩(wěn)定度、壓實度等展開隨機取樣檢測，結果見表6。壓實度、馬歇爾穩(wěn)定度、空隙率等指標檢測結果均符合施工規(guī)范，但因部分位置下面層平整度較差，改性中溫瀝青混合料上面層鋪筑后路面厚度偏厚[4]，超出規(guī)范規(guī)定的35～50 mm的上限。

表6 試驗路段施工質量檢測結果

根據(jù)施工質量檢測結果還可以看出，中溫改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性比普通瀝青混合料好，主要原因在于，降黏組分揮發(fā)后，其中的高分子聚合物的增黏作用開始發(fā)揮，車轍深度也隨之大幅降低；此外，該混合料的凍融劈裂強度和馬歇爾動穩(wěn)定度明顯高出規(guī)范，瀝青路面的水穩(wěn)性可大幅提升。輕質組分的摻加有利于改善瀝青混合料低溫穩(wěn)定性，輕質組分揮發(fā)后，試件低溫性能略有降低，但仍高出規(guī)范值。

按照相關規(guī)范及設計要求養(yǎng)護后的試件，路用性能明顯優(yōu)于未養(yǎng)護試件，故必須嚴格按照相關要求展開中溫瀝青混合料工后養(yǎng)護，提升路用性能。

在該公路段持續(xù)運營半年及1年后進行了鉆芯取樣，并對芯樣量測切割后制成試件，進行劈裂抗拉強度檢測。結果顯示，試件高度、最大荷載、劈裂抗拉強度等均滿足設計要求，且與工后檢測結果比，降幅較小，說明在使用過程中乳化型改性中溫瀝青混合料路用性能較為穩(wěn)定。

5 結論

工程應用結果表明，高固含量乳化改性中溫瀝青混合料在公路工程中的應用，可從根本上解決傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料在低溫地區(qū)施工性能和路用性能受限的難題，通過加強配合比設計、最佳油石比確定、拌和設備改進、施工溫度控制，并加強下面層處理，可顯著提升該類瀝青混合料施工效果及工后瀝青路面壓實度、空隙率及馬歇爾穩(wěn)定度。