温拌ARAC压实特性及胶粉溶胀程度对比分析研究

2016-02-24叶伟杨波周启伟吴雪柳��

筑路机械与施工机械化 2016年1期

叶伟++杨波++周启伟++吴雪柳 ��

摘要：通过对比分别掺入3种温拌剂后的橡胶沥青混凝土在不同成型方法和不同成型温度下所呈现的压实度、空隙率的差异，得出温拌橡胶沥青混凝土压实性能排序；采用荧光显微镜观察温拌橡胶沥青微观结构，对比分析得出Evotherm3G型温拌橡胶沥青中胶粉溶胀发育程度最高，且技术性能相对更为优越，可为温拌橡胶沥青混凝土施工提供技术参考。

关键词：橡胶沥青；温拌；压实特性；微观结构

中图分类号：U414.03 文献标志码：B

Comparative Analysis of Warm Mix ARAC's Compaction Characteristics and Degree of Rubber Swelling

YE Wei1， YANG Bo2， ZHOU Qi- wei2， WU Xue- liu1

（1. Sci- Tech Development Center of Chongqing Zhi Xiang Paving Technology Engineering Co. Ltd.，

Chongqing 401336， China； 2. College of Civil Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 401336， China）

Abstract： The compaction characteristics of rubberized asphalt concrete mixed with three types of warm mix agents were sorted by comparing the differences of compaction degree and porosity under different forming methods and temperatures. Fluorescence microscope was applied to observe the microstructure of warm mix rubberized asphalt， and Evotherm3G was found to be the highest in development degree of rubber powder swelling. The research provides technical reference for construction of warm mix asphalt concrete.

Key words： rubberized asphalt； warm mix； compaction characteristic； microstructure

0 引言

橡胶沥青粘度较大[1]，采用传统热拌工艺易出现橡胶沥青老化加剧、刺激性气味加大、施工质量控制困难等问题，温拌技术[2]的介入能有效缓解以上问题。对于温拌剂的掺入对普通沥青混凝土技术性能的影响，国内外已做过相关研究，但对于橡胶沥青混凝土的技术性能，特别是压实性能以及胶粉溶胀反应程度，还有待进一步分析研究。

选用当前实际工程中应用较为广泛、技术相对成熟的3种不同温拌剂，在不同温度下分别采用2种不同的方法[3]成型，对比分析温拌ARAC（橡胶沥青混凝土）的压实度和空隙率这两项重要指标[4]，优选出一种易于温拌ARAC压实的温拌剂。研究表明胶粉在沥青中的溶胀发育程度直接关系到橡胶沥青技术性能的优越程度。运用荧光显微镜从微观结构层面上对普通橡胶沥青及温拌橡胶沥青进行制片观察，对比胶粉在沥青中的溶胀发育情况；并结合技术性能试验对比分析不同温拌剂作用下橡胶沥青技术性能的差异，从而为温拌橡胶沥青混合料的施工提供一定的技术参考。

1 温拌ARAC压实特性对比分析

1.1 原材料及配合比

采用湿拌法[5]制备橡胶沥青混凝土ARAC（W）- 16，沥青胶结料采用普通成品橡胶改性沥青，试验技术指标如表1所示。粗细集料均选用玄武岩，填料选用石灰岩经磨细得到的矿粉，试验技术指标如表2所示。由于国内尚未颁布专门针对橡胶沥青混凝土的施工技术规范，原材料技术要求均参考《公路沥青路面施工技术规范》（JTF F40—2004）并结合《北京市废旧胶粉沥青及混合料设计施工指南》（以下简称指南），所有原材料技术性能均满足规范和指南要求。

温拌技术采用时下国内外最常用也是相对成熟的2种技术：一种是采用基于沥青降粘技术的温拌剂产品，以Sasobit（德国产品）[6]、陆路邦（国产）为代表；一种是采用基于表面活性技术的产品，以Evotherm3G（美国产品）[7]为代表。其中Sasobit的试验掺量以厂商推荐的3%（相对沥青质量）为准，陆路邦的试验掺量以厂商推荐的1%为准，Evotherm3G的试验掺量以厂商推荐的0.6%为准。

温拌沥青混合料的配合比设计与热拌沥青混合料没有太大的区别，采用的温拌橡胶沥青混凝土ARAC（W）- 16参考指南中推荐的矿料级配[8]组成，合成级配与参考值如表3所示，合成级配结果与参考值接近，以合成级配作为本项研究的试验级配。

参考指南中关于ARAC的配合比设计方法，ARAC（W）- 16分别选用5.5%、5.8%、6.1%、6. 4%四个不同油石比，测试ARAC（W）- 16马歇尔体积参数及力学参数，得出最佳油石比为5.8%。

1.2 试验结果及分析

空隙率与压实度是反映沥青混合料压实特性的2项重要指标。设定马歇尔击实法双面击实各75次，旋转压实次数设定为标准压实次数（100次）。在不同温拌剂、不同击实（压实）温度下[9]，按照前述设计好的级配和最佳油石比通过马歇尔击实与旋转压实成型ARAC（W）- 16马歇尔试件，分析研究温拌ARAC毛体积相对密度（γf）、压实度（K）、ARAC空隙率（VV）在不同温拌剂、不同成型方法以及不同击实成型温度下所呈现的变化规律，试验结果如表4、5所示，其中压实度根据室内所测ARAC- 16最大理论相对密度进行计算

结合表4中的数据可以看出，在同一成型温度下，旋转压实法的温拌ARAC压实度均大于马歇尔击实法的压实度（大0. 43%左右）。表5数据反映出旋转压实法下所测得的温拌ARAC空隙率与马

歇尔击实法所测得的空隙率相比有不同程度的降低（降幅在9. 11%～10. 26%内）。经分析可知，旋转压实通过对混合料的揉搓碾压作用使集料的嵌挤更加紧密[10]，所产生的压实功要明显大于马歇尔击实功，旋转压实法更能模拟施工中沥青混合料的实际碾压过程，有利于降低沥青混合料的空隙率，提高压实度和密实性，因此，在实验室进行温拌ARAC配合比设计时建议采用旋转压实法成型试件。

根据表4、5所反映出的温拌ARAC压实度和空隙率随压实温度的变化规律可以看出，压实温度越高，温拌ARAC压实度越大，空隙率越小。结合沥青路面施工技术规范和指南中的相关规定，ARAC压实度应不小于最大理论相对密度的94%，空隙率应满足3%～5%的技术要求，Sasobit和Evotherm3G温拌ARAC的碾压温度控制范围较宽，而陆路邦温拌ARAC的范围较窄，建议可以将Sasobit和Evotherm3G温拌ABAC的碾压温度控制在110 ℃～150 ℃内，而陆路邦温拌ABAC的碾压温度控制在130 ℃～150 ℃内。在温拌ARAC的实际工程中，可根据设计空隙率的大小并结合以上总结的碾压温度控制范围来确定实际碾压温度。

图1为不同温拌剂、不同旋转压实温度下温拌ARAC压实度的对比，图2为不同温拌剂、不同旋转压实温度下温拌ARAC空隙率的对比。

图1 温拌ARAC在不同旋转压实温度下的压实度对比

图2 温拌ARAC在不同旋转压实温度下的空隙率对比

从图1和图2中呈现出的不同温拌剂作用下温拌ARAC压实特性梯度变化可以看出：在任一压实温度下，采用温拌剂Evotherm3G的温拌ARAC压实度均大于其余2种，且空隙率均小于其余2种；Sasobit温拌ARAC压实度大于陆路邦温拌ARAC，空隙率小于陆路邦温拌ARAC空隙率；陆路邦温拌ARAC所呈现的压实度最小，且空隙率最大；可以推断Evotherm3G温拌ARAC压实性能最好，Sasobit温拌ARAC次之，陆路邦温拌ARAC最差。其中当压实温度达到150 ℃时，Evotherm3G温拌ARAC呈现出最大压实度96.70%（相比最大理论相对密度），空隙率达到最小值3.30%，表现出优越的压实性能。

2 温拌橡胶沥青胶粉溶胀发育程度对比分析

高温下胶粉在沥青中会吸收沥青轻质组分而出现体积膨胀现象（即溶胀）[11]，溶胀程度越高，表明胶粉与沥青混溶得越好，其改性效果越佳。为了直观地反映出温拌橡胶沥青中胶粉颗粒的溶胀状态，对普通橡胶沥青以及掺配3%Sasobit、0.6%Evotherm3G、1%陆路邦的橡胶沥青分别进行配制取样，利用XSZ- H型荧光显微镜[12]对以上4种橡胶沥青在同一放大倍数下进行观察。图3分别为普通橡胶沥青、掺1%陆路邦的橡胶沥青、掺3%Sasobit的橡胶沥青、掺0.6%Evotherm3G的橡胶沥青在

图3 4种橡胶沥青在荧光显微镜下的影像

荧光显微镜下的影像。

由图3对比分析得出：相比其余3种温拌橡胶沥青，普通橡胶沥青胶粉溶胀程度相对较低；掺1%陆路邦的橡胶沥青溶胀后的胶粉开始在沥青中形成类似网状结构，这种的网状结构有利于橡胶沥青改性效果的发挥；掺3%Sasobit的橡胶沥青胶粉比掺1%陆路邦的溶胀发育得到进一步优化，网状结构逐步向连续相体系过渡，故胶粉在沥青中溶胀发育而成的连续相体系相比网状结构的胶粉分散形态更有利于橡胶沥青技术性能的提升；相比其他2种温拌橡胶沥青，掺0. 6%Evotherm3G的橡胶沥青胶粉溶胀发育达到最佳状态，溶胀后的胶粉在沥青中形成了一个高度致密的连续相体系，这种连续相体系有利于橡胶沥青技术性能的大幅度提升。

为进一步验证温拌橡胶沥青在技术性能上的提升，对普通橡胶沥青以及掺3%Sasobit、掺0.6%Evotherm3G、掺1%陆路邦的橡胶沥青进行技术性能测试[13]，结果如表6所示。

通过对比发现：与普通橡胶沥青相比，Evotherm3G温拌橡胶沥青在高温、低温、弹性恢复以及抗老化性能方面均有不同程度的提高；Sasobit温拌橡胶沥青低温延度方面略有降低；陆路邦温拌橡胶沥青在高温性能方面略有降低，但基本不会对沥青的路用性能带来负面影响。综合温拌ARAC的压实特性、胶粉溶胀发育的微观结构分析以及技术性能测试得出，Evotherm3G温拌剂对温拌橡胶沥青的综合改性效果最佳。

3 结语

（1）旋转压实法相比马歇尔击实法更能提高温拌ARAC的压实性能，有条件的情况下建议采用旋转压实法成型试件来完成温拌ARAC的配合比设计。

（2）实际施工中，建议将Evotherm3G和Sasobit温拌ARAC的碾压温度控制在110 ℃～150 ℃内，陆路邦温拌ARAC的碾压温度控制在130 ℃～150 ℃内，并根据设计空隙率的大小结合碾压温度的控制范围来确定实际碾压温度。

（3）压实性能从大到小的排序为：Evotherm3G温拌ARAC、Sasobit温拌ARAC、陆路邦温拌ARAC。当压实温度达到150 ℃时，Evotherm3G型温拌ARAC表现出最大压实度96.70%（相比最大理论相对密度），空隙率达到最小值3.30%，表现出优越的压实性能。

（4）相比普通橡胶沥青以及降粘型温拌橡胶沥青，基于表面活性作用的Evotherm3G型温拌橡胶沥青中胶粉溶胀发育程度最高，试验研究表明其技术性能最优，表现出优越的高温、低温、弹性恢复以及抗老化性能，Evotherm3G温拌剂对温拌橡胶沥青综合改性效果最佳。

参考文献：

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