摘 要:
直投改性添加劑生產(chǎn)瀝青混合料的方法中,瀝青混合料的配合比及拌和、生產(chǎn)工藝都有別于普通的改性瀝青混合料。針對其較為獨(dú)特的材料組成、配合比設(shè)計(jì)程序及拌和施工環(huán)節(jié),詳細(xì)介紹了采用直投改性添加劑的方法生產(chǎn)改性瀝青混合料的施工工藝、質(zhì)量控制措施等,以保證路面工程質(zhì)量。
關(guān)鍵詞: 高模量瀝青;添加劑;混合料;路用性能
0 引言
采用直接投送改性瀝青添加劑到混合料拌和缸生產(chǎn)改性瀝青混合料的方法,是對傳統(tǒng)改性瀝青混合料生產(chǎn)方法的革新瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。其特點(diǎn)是省略了將普通瀝青加工生產(chǎn)成改性瀝青的步驟,節(jié)省了生產(chǎn)成本和時(shí)間,并且規(guī)避了一次瀝青老化的風(fēng)險(xiǎn)。本世紀(jì)初法國開始研究并應(yīng)用直投法改性瀝青添加劑,然后在北非、西非、中亞等地區(qū)推廣。
首先是應(yīng)用于大修重鋪的瀝青路面面層,后來逐步應(yīng)用于新建公路路面中面層和表面層。2015年摩洛哥某一級公路瀝青路面大修重鋪項(xiàng)目中,50km雙向4車道路面面層全部采用直投改性瀝青添加劑生產(chǎn)改性瀝青混合料。該項(xiàng)目按現(xiàn)行歐洲規(guī)范設(shè)計(jì),原路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)為12cm的GB0/20基層+6cm的BBSG 0/10磨耗層。路面大修重鋪設(shè)計(jì)為銑刨6cm的BBSG 0/10磨耗層,重新鋪筑6cm的高模量BBME 0/10磨耗層,BBME 0/10的設(shè)計(jì)力學(xué)性能等級為Class1。
直投改性瀝青添加劑生產(chǎn)改性瀝青混合料在材料組成和技術(shù)要求等方面與普通熱拌改性瀝青混合料有區(qū)別,因此在配合比設(shè)計(jì)程序及瀝青混合料拌和、施工工藝方面與普通的改性瀝青混合料也有所不同。以下介紹重新鋪筑的高模量BBME 0/10磨耗層的配合比設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制措施以及應(yīng)用效果。
1 直投改性添加劑生產(chǎn)改性瀝青混合料的原材料選擇
1.1 粗集料、細(xì)集料、填料
集料和填料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合歐洲的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 瀝青結(jié)合料
瀝青作為瀝青混凝土的膠結(jié)材料,是決定瀝青混合料質(zhì)量和模量的主要因素。BBME高模量瀝青結(jié)合料必須具有高黏度,與集料有很好的黏附性,以保證瀝青混凝土有足夠高的彈性模量以及高溫穩(wěn)定性和低溫韌性。由于是采用直投改性添加劑的方式生產(chǎn)改性瀝青混合料,并實(shí)現(xiàn)瀝青結(jié)合料的高黏度,因此選擇瀝青時(shí),除了要注意瀝青自身品質(zhì)以外,還需要保證瀝青和添加劑之間有較好的配伍性。另外,還要注意瀝青與當(dāng)?shù)丨h(huán)境、氣溫的適應(yīng)性。歐洲規(guī)范中各類硬質(zhì)瀝青分類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
本項(xiàng)目采用力學(xué)性能為Class1的BBME 0/10瀝青混合料。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),采用了35/50號瀝青加PR FLEX20改性瀝青添加劑作為結(jié)合料來實(shí)現(xiàn)瀝青混合料的改性效果,并達(dá)到提高瀝青混凝土模量的目的。
1.3 改性瀝青添加劑
為了達(dá)到設(shè)計(jì)的高模量標(biāo)準(zhǔn),在使用的瀝青針入度為35/50的情況下,使用PR FLEX20改性瀝青添加劑來提高瀝青混凝土的模量,并以此實(shí)現(xiàn)瀝青混合料的改性,提高其高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。改性瀝青添加劑的融化溫度必須低于瀝青混合料的拌和溫度。PR FLEX20改性瀝青添加劑的融化溫度為150℃,能確保在瀝青混合料拌和過程中與瀝青充分融為一體。
2 瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)
2.1 BBME1 0/10瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)要求
表2是歐洲規(guī)范關(guān)于BBME瀝青混合料的全部力學(xué)性能指標(biāo)要求。其中,抗水損害試驗(yàn)是必須做的;如果該瀝青混合料用于面層或聯(lián)結(jié)層,則設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算中只需用到車轍和模量指標(biāo);如果該瀝青混合料用于基層,則還需用到疲勞性能指標(biāo)。
在本項(xiàng)目的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,BBME瀝青混凝土用于磨耗層,主要起到承受車輪荷載和擴(kuò)散應(yīng)力的作用,需要做車轍試驗(yàn)和模量試驗(yàn)。
2.2 級配優(yōu)化及瀝青、添加劑用量的確定
根據(jù)歐洲規(guī)范,在一定的經(jīng)驗(yàn)級配范圍內(nèi)選擇2個(gè)以上級配曲線,根據(jù)級配分布確定各個(gè)級配方案的最低瀝青用量。最低瀝青用量采用如下方法確定。
式(1)~式(3)中:pr為全部集料的表觀密度(NF P98-559);G為合成級配中粒徑在6.3mm以上的集料所占比例;S為合成級配中0.315~6.3mm粒徑的集料所占比例;s為合成級配中0.08~0.315mm粒徑的集料所占比例;f為合成級配中0.08mm以下粒徑的集料所占比例;K為瀝青豐度系數(shù)。
豐度系數(shù)K決定了瀝青混合料的最小瀝青用量,其實(shí)質(zhì)是保證混合料的最小瀝青膜厚度,對于不同粒徑范圍的BBME混合料,K值必須符合表3的規(guī)定。
確定級配后,在原有的瀝青用量基礎(chǔ)上選2個(gè)以上的瀝青用量再進(jìn)行混合料的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用既能夠保證規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo),又具有一定經(jīng)濟(jì)性的瀝青混合料配合比。最終選定瀝青用量為5.5%,PR FLEX20改性瀝青添加劑用量為0.4%。
2.3 常溫抗水損害試驗(yàn)
在18℃條件下,采用浸水圓柱體試件和空氣中圓柱體試件分別進(jìn)行壓碎試驗(yàn)。混合料的抗水損害性能為浸水后強(qiáng)度r和無浸水強(qiáng)度R的比值。試驗(yàn)結(jié)果為0.92,滿足表2中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),然后進(jìn)行下一階段的試驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)測試的是試件的常溫抗水損害能力,而路面的實(shí)際水損害情況多數(shù)是低溫凍脹損害和高溫水損害,因此應(yīng)對該試驗(yàn)方法做改進(jìn)。
2.4 車轍試驗(yàn)
BBME1 0/10混合料的車轍成型厚度為10cm,試驗(yàn)條件為60℃,有側(cè)限。混合料的高溫抗變形性能必須滿足表2中的要求。車轍試驗(yàn)指標(biāo)是能直觀反映瀝青路面力學(xué)性能的指標(biāo),非常重要。
2.5 模量試驗(yàn)
在歐洲規(guī)范中,復(fù)合模量試驗(yàn)方法有兩種:一種是兩點(diǎn)彎曲法;另一種是直接拉伸法。本項(xiàng)目采用兩點(diǎn)彎曲法進(jìn)行復(fù)合模量試驗(yàn),試驗(yàn)條件為15℃、10Hz。測得的模量為10033MPa,大于9000MPa,滿足規(guī)范要求。
2.6 最終試驗(yàn)結(jié)果
以其中一組配合比為例(如表5所示),最終的性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表6。其中,Naftal35/50瀝青油石比為5.5%,PR FLEX20改性瀝青添加劑用量為 0.4%。
3 直投改性添加劑瀝青混凝土路面施工工藝及應(yīng)用效果
3.1 直投改性添加劑瀝青混合料的拌制
拌和過程中,必須嚴(yán)格控制各種原材料的添加比例,以及瀝青和集料的加熱溫度。直投改性添加劑是在加入瀝青的同時(shí),將改性瀝青添加劑直接投入拌和缸,添加劑的投入方式可以是人工投送,也可以是機(jī)械自動(dòng)投送。如果工程量較大,則采用機(jī)械自動(dòng)投送的方式更合適。由于PR FLEX20添加劑的融化溫度低于集料和瀝青的加熱溫度,因此無需因改性瀝青添加劑的原因而提高拌和溫度,也無需增加干拌時(shí)間。
3.2 瀝青混合料的運(yùn)輸、攤鋪、碾壓
運(yùn)輸、攤鋪、碾壓施工工藝與其他瀝青混凝土路面相同。
3.3 直投改性添加劑瀝青混合料的應(yīng)用效果
采用直投改性瀝青添加劑生產(chǎn)改性瀝青混合料,省略了將普通瀝青加工生產(chǎn)成改性瀝青的工藝步驟,節(jié)省了生產(chǎn)成本和時(shí)間,并且規(guī)避了一次瀝青老化的風(fēng)險(xiǎn)。下面通過試驗(yàn)驗(yàn)證其應(yīng)用效果。
根據(jù)規(guī)范要求,從攤鋪現(xiàn)場選取瀝青混合料樣品,在試驗(yàn)室進(jìn)行分離試驗(yàn),提取回收瀝青樣品,再進(jìn)行瀝青各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn),其與原基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)對比如表7所示。
從表7可以看出,從瀝青混合料中回收的瀝青其技術(shù)指標(biāo)相對于普通瀝青有一些提升,尤其是具有一定的彈性恢復(fù)能力,這表明直投改性添加劑的方法能達(dá)到對瀝青改性的效果。
4 結(jié)語
從已建成通車兩年的情況來看,該路面平整度保持良好,沒有出現(xiàn)任何早期損害,各項(xiàng)驗(yàn)收指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及歐洲規(guī)范要求。我國西部和西北部的一些省份在進(jìn)行瀝青混凝土路面施工時(shí),如采用改性瀝青技術(shù),很難直接采購到合適運(yùn)距的改性瀝青,往往采用在瀝青拌和樓現(xiàn)場改性的方式生產(chǎn)改性瀝青,增加了瀝青老化的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)場條件有限,生產(chǎn)過程還具有不可控的風(fēng)險(xiǎn)。采用直投改性添加劑的方式,可以較好地解決這一難題。
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