溫拌ARAC壓實特性及膠粉溶脹程度對比分析研究

葉偉++楊波++周啟偉++吳雪柳 ??

摘 要：通過對比分別摻入3種溫拌劑后的橡膠瀝青混凝土在不同成型方法和不同成型溫度下所呈現的壓實度、空隙率的差異，得出溫拌橡膠瀝青混凝土壓實性能排序；采用熒光顯微鏡觀察溫拌橡膠瀝青微觀結構，對比分析得出Evotherm3G型溫拌橡膠瀝青中膠粉溶脹發育程度最高，且技術性能相對更為優越，可為溫拌橡膠瀝青混凝土施工提供技術參考。

關鍵詞：橡膠瀝青；溫拌；壓實特性；微觀結構

中圖分類號：U414.03 文獻標志碼：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

橡膠瀝青粘度較大[1]，采用傳統熱拌工藝易出現橡膠瀝青老化加劇、刺激性氣味加大、施工質量控制困難等問題，溫拌技術[2]的介入能有效緩解以上問題。對于溫拌劑的摻入對普通瀝青混凝土技術性能的影響，國內外已做過相關研究，但對于橡膠瀝青混凝土的技術性能，特別是壓實性能以及膠粉溶脹反應程度，還有待進一步分析研究。

選用當前實際工程中應用較為廣泛、技術相對成熟的3種不同溫拌劑，在不同溫度下分別采用2種不同的方法[3]成型，對比分析溫拌ARAC（橡膠瀝青混凝土）的壓實度和空隙率這兩項重要指標[4]，優選出一種易于溫拌ARAC壓實的溫拌劑。研究表明膠粉在瀝青中的溶脹發育程度直接關系到橡膠瀝青技術性能的優越程度。運用熒光顯微鏡從微觀結構層面上對普通橡膠瀝青及溫拌橡膠瀝青進行制片觀察，對比膠粉在瀝青中的溶脹發育情況；并結合技術性能試驗對比分析不同溫拌劑作用下橡膠瀝青技術性能的差異，從而為溫拌橡膠瀝青混合料的施工提供一定的技術參考。

1 溫拌ARAC壓實特性對比分析

1.1 原材料及配合比

采用濕拌法[5]制備橡膠瀝青混凝土ARAC（W）- 16， 瀝青膠結料采用普通成品橡膠改性瀝青，試驗技術指標如表1所示。粗細集料均選用玄武巖，填料選用石灰巖經磨細得到的礦粉，試驗技術指標如表2所示。由于國內尚未頒布專門針對橡膠瀝青混凝土的施工技術規范，原材料技術要求均參考《公路瀝青路面施工技術規范》（JTF F40—2004）并結合《北京市廢舊膠粉瀝青及混合料設計施工指南》（以下簡稱指南），所有原材料技術性能均滿足規范和指南要求。

溫拌技術采用時下國內外最常用也是相對成熟的2種技術：一種是采用基于瀝青降粘技術的溫拌劑產品，以Sasobit（德國產品）[6]、陸路邦（國產）為代表；一種是采用基于表面活性技術的產品，以Evotherm3G（美國產品）[7]為代表。其中Sasobit的試驗摻量以廠商推薦的3%（相對瀝青質量）為準，陸路邦的試驗摻量以廠商推薦的1%為準，Evotherm3G的試驗摻量以廠商推薦的0.6%為準。

溫拌瀝青混合料的配合比設計與熱拌瀝青混合料沒有太大的區別，采用的溫拌橡膠瀝青混凝土ARAC（W）- 16參考指南中推薦的礦料級配[8]組成，合成級配與參考值如表3所示，合成級配結果與參考值接近，以合成級配作為本項研究的試驗級配。

參考指南中關于ARAC的配合比設計方法，ARAC（W）- 16分別選用5.5%、5.8%、6.1%、6. 4%四個不同油石比，測試ARAC（W）- 16馬歇爾體積參數及力學參數，得出最佳油石比為5.8%。

1.2 試驗結果及分析

空隙率與壓實度是反映瀝青混合料壓實特性的2項重要指標。設定馬歇爾擊實法雙面擊實各75次，旋轉壓實次數設定為標準壓實次數（100次）。在不同溫拌劑、不同擊實（壓實）溫度下[9]，按照前述設計好的級配和最佳油石比通過馬歇爾擊實與旋轉壓實成型ARAC（W）- 16馬歇爾試件，分析研究溫拌ARAC毛體積相對密度（γf）、壓實度（K）、ARAC空隙率（VV）在不同溫拌劑、不同成型方法以及不同擊實成型溫度下所呈現的變化規律，試驗結果如表4、5所示，其中壓實度根據室內所測ARAC- 16最大理論相對密度進行計算

結合表4中的數據可以看出，在同一成型溫度下，旋轉壓實法的溫拌ARAC壓實度均大于馬歇爾擊實法的壓實度（大0. 43%左右）。表5數據反映出旋轉壓實法下所測得的溫拌ARAC空隙率與馬

歇爾擊實法所測得的空隙率相比有不同程度的降低（降幅在9. 11%～10. 26%內）。經分析可知，旋轉壓實通過對混合料的揉搓碾壓作用使集料的嵌擠更加緊密[10]，所產生的壓實功要明顯大于馬歇爾擊實功，旋轉壓實法更能模擬施工中瀝青混合料的實際碾壓過程，有利于降低瀝青混合料的空隙率，提高壓實度和密實性，因此，在實驗室進行溫拌ARAC配合比設計時建議采用旋轉壓實法成型試件。

根據表4、5所反映出的溫拌ARAC壓實度和空隙率隨壓實溫度的變化規律可以看出，壓實溫度越高，溫拌ARAC壓實度越大，空隙率越小。結合瀝青路面施工技術規范和指南中的相關規定，ARAC壓實度應不小于最大理論相對密度的94%，空隙率應滿足3%～5%的技術要求，Sasobit和Evotherm3G溫拌ARAC的碾壓溫度控制范圍較寬，而陸路邦溫拌ARAC的范圍較窄，建議可以將Sasobit和Evotherm3G溫拌ABAC的碾壓溫度控制在110 ℃～150 ℃內，而陸路邦溫拌ABAC的碾壓溫度控制在130 ℃～150 ℃內。在溫拌ARAC的實際工程中，可根據設計空隙率的大小并結合以上總結的碾壓溫度控制范圍來確定實際碾壓溫度。

圖1為不同溫拌劑、不同旋轉壓實溫度下溫拌ARAC壓實度的對比，圖2為不同溫拌劑、不同旋轉壓實溫度下溫拌ARAC空隙率的對比。

圖1 溫拌ARAC在不同旋轉壓實溫度下的壓實度對比

圖2 溫拌ARAC在不同旋轉壓實溫度下的空隙率對比

從圖1和圖2中呈現出的不同溫拌劑作用下溫拌ARAC壓實特性梯度變化可以看出：在任一壓實溫度下，采用溫拌劑Evotherm3G的溫拌ARAC壓實度均大于其余2種，且空隙率均小于其余2種；Sasobit溫拌ARAC壓實度大于陸路邦溫拌ARAC，空隙率小于陸路邦溫拌ARAC空隙率；陸路邦溫拌ARAC所呈現的壓實度最小，且空隙率最大；可以推斷Evotherm3G溫拌ARAC壓實性能最好，Sasobit溫拌ARAC次之，陸路邦溫拌ARAC最差。其中當壓實溫度達到150 ℃時，Evotherm3G溫拌ARAC呈現出最大壓實度96.70%（相比最大理論相對密度），空隙率達到最小值3.30%，表現出優越的壓實性能。

2 溫拌橡膠瀝青膠粉溶脹發育程度對比分析

高溫下膠粉在瀝青中會吸收瀝青輕質組分而出現體積膨脹現象（即溶脹）[11]，溶脹程度越高，表明膠粉與瀝青混溶得越好，其改性效果越佳。為了直觀地反映出溫拌橡膠瀝青中膠粉顆粒的溶脹狀態，對普通橡膠瀝青以及摻配3%Sasobit、0.6%Evotherm3G、1%陸路邦的橡膠瀝青分別進行配制取樣，利用XSZ- H型熒光顯微鏡[12]對以上4種橡膠瀝青在同一放大倍數下進行觀察。圖3分別為普通橡膠瀝青、摻1%陸路邦的橡膠瀝青、摻3%Sasobit的橡膠瀝青、摻0.6%Evotherm3G的橡膠瀝青在

圖3 4種橡膠瀝青在熒光顯微鏡下的影像

熒光顯微鏡下的影像。

由圖3對比分析得出：相比其余3種溫拌橡膠瀝青，普通橡膠瀝青膠粉溶脹程度相對較低；摻1%陸路邦的橡膠瀝青溶脹后的膠粉開始在瀝青中形成類似網狀結構，這種的網狀結構有利于橡膠瀝青改性效果的發揮；摻3%Sasobit的橡膠瀝青膠粉比摻1%陸路邦的溶脹發育得到進一步優化，網狀結構逐步向連續相體系過渡，故膠粉在瀝青中溶脹發育而成的連續相體系相比網狀結構的膠粉分散形態更有利于橡膠瀝青技術性能的提升；相比其他2種溫拌橡膠瀝青，摻0. 6%Evotherm3G的橡膠瀝青膠粉溶脹發育達到最佳狀態，溶脹后的膠粉在瀝青中形成了一個高度致密的連續相體系，這種連續相體系有利于橡膠瀝青技術性能的大幅度提升。

為進一步驗證溫拌橡膠瀝青在技術性能上的提升，對普通橡膠瀝青以及摻3%Sasobit、摻0.6%Evotherm3G、摻1%陸路邦的橡膠瀝青進行技術性能測試[13]，結果如表6所示。

通過對比發現：與普通橡膠瀝青相比，Evotherm3G溫拌橡膠瀝青在高溫、低溫、彈性恢復以及抗老化性能方面均有不同程度的提高；Sasobit溫拌橡膠瀝青低溫延度方面略有降低；陸路邦溫拌橡膠瀝青在高溫性能方面略有降低，但基本不會對瀝青的路用性能帶來負面影響。綜合溫拌ARAC的壓實特性、膠粉溶脹發育的微觀結構分析以及技術性能測試得出，Evotherm3G溫拌劑對溫拌橡膠瀝青的綜合改性效果最佳。

3 結 語

（1） 旋轉壓實法相比馬歇爾擊實法更能提高溫拌ARAC的壓實性能，有條件的情況下建議采用旋轉壓實法成型試件來完成溫拌ARAC的配合比設計。

（2） 實際施工中，建議將Evotherm3G和Sasobit溫拌ARAC的碾壓溫度控制在110 ℃～150 ℃內，陸路邦溫拌ARAC的碾壓溫度控制在130 ℃～150 ℃內，并根據設計空隙率的大小結合碾壓溫度的控制范圍來確定實際碾壓溫度。

（3） 壓實性能從大到小的排序為：Evotherm3G溫拌ARAC、Sasobit溫拌ARAC、陸路邦溫拌ARAC。當壓實溫度達到150 ℃時，Evotherm3G型溫拌ARAC表現出最大壓實度96.70%（相比最大理論相對密度），空隙率達到最小值3.30%，表現出優越的壓實性能。

（4） 相比普通橡膠瀝青以及降粘型溫拌橡膠瀝青，基于表面活性作用的Evotherm3G型溫拌橡膠瀝青中膠粉溶脹發育程度最高，試驗研究表明其技術性能最優，表現出優越的高溫、低溫、彈性恢復以及抗老化性能，Evotherm3G溫拌劑對溫拌橡膠瀝青綜合改性效果最佳。

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[責任編輯：譚忠華]