20号沥青高模量沥青混合料碾压工艺研究_杨景丽.pdf

总第3 1 6期交 通 科 技S e r i a lN o.3 1 6 2 0 2 3第1期T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&T e c h n o l o g yN o.1F e b.2 0 2 3D O I 1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 1-7 5 7 0.2 0 2 3.0 1.0 0 2收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 1第一作者:杨景丽(1 9 8 8-),女,工程师,硕士。通信作者:孟会林(1 9 8 3-),男,高级工程师,硕士。*河北省交通运输厅科技项目(TH-2 0 1 9 2 3)2 0号沥青高模量沥青混合料碾压工艺研究*杨景丽1 孟会林2,3 刘翠红1 孙 超2(1.中电建冀交高速公路投资发展有限公司 石家庄 0 5 0 0 9 0;2.河北省交通规划设计研究院有限公司 石家庄 0 5 0 0 9 1;3.公路建设与养护技术、材料及装备行业研发中心 石家庄 0 5 0 0 1 1)摘 要 采用低标号沥青实现高模量沥青混合料是国内外普遍认可的一种方式,但国内低标号沥青及其混合料的研究与工程应用经验仍不足。为进一步推动低标号沥青高模量沥青混合料的推广应用,文中基于旋转压实试验,通过与常用S B S改性沥青及其悬浮与骨架密实级配混合料压实特性的对比,提出2 0号沥青高模量沥青混合料的碾压工艺。结果表明,相同压实温度条件下,2 0号沥青高模量沥青混合料较S B S改性沥青混合料压实困难;出料温度不低于1 8 0 时,采用钢轮压路机初压12遍,胶轮压路机复压34遍,钢轮压路机复压23遍,钢轮压路机终压12遍的碾压工艺可有效保证2 0号沥青高模量沥青混合料的压实效果。关键词 道路工程 低标号沥青 高模量沥青混合料 碾压工艺中图分类号 U 4 1 6.2 3 高模量沥青混合料的应用可以减小车辆荷载作用下路面沥青混凝土层的应变,达到提高路面抗车辙能力、减薄路面厚度和提高路面耐久性的目的1。高模量沥青混合料的实现主要有2种技术途径,一是采用低标号沥青,二是在混合料中加入外掺改性剂2-3。采用低标号沥青铺筑高模量沥青路面最早始于法国2 0世纪6 0年代,并在8 0年代后得到快速发展4,其优势在于混合料成本低,不需要对拌和设备进行改动。国内目前应用较多的是添加外掺剂的方式,其优势在于结合常用7 0号沥青使用可满足小规模施工场景的需求,不足之处在于成本昂贵且拌和工艺相对复杂。由于公路工程用低标号石油沥青推广应用规模小,当前阶段国内对低标号沥青的研究与应用较少,施工工艺主要基于规范要求并参照工程实践经验确定5-6。沥青胶结料的黏温特性是影响混合料压实特性的重要因素,考虑到2 0号沥青与S B S改性沥青在1 3 5条件下布氏旋转黏度值较为接近,本文采用类比法,以S B S改性沥青及其混合料作为参照对象,系统对比了2 0号沥青与S B S改性沥青分别采用悬浮密实与骨架密实级配时混合料的压实特性,通过不同压实温度与不同压实次数条件下混合料的空隙率对比,了解2 0号沥青混合料与常用S B S改性沥青混合料在压实难度上的差异,并基于成熟的S B S改性沥青混合料现场碾压工艺及室内确定的2种混合料压实效果之间的差异确定2 0号沥青混合料的碾压工艺。以为低标号沥青及其混合料的推广应用提供支撑和借鉴。1 原材料与试验方法1.1 原材料试验所用粗集料为石灰岩材质,细集料为石灰岩材质机制砂,填料为石灰岩材质的矿粉,各矿料的技术指标均满足规范要求。试验用2 0号沥青与S B S改性沥青的主要检测技术指标及结果见表1。由表1可见,2 0号沥青的针入度、软化点及5 延度均明显低于S B S改性沥青;1 3 5 条件下,2 0号沥青的布氏旋转黏度虽然低于S B S改性沥青,但明显高于常用7 0号沥青(布氏黏度0.6P as左右);抗老化性能方面,两者明显不同,2 0号沥青经薄膜老化后针入度进一步下降、软化点增长,表现出明显的老化后变硬的特性,而S B S改性沥青经薄膜老化后针入度下降幅度较低,软化点亦出现下降,表现出S B S与基质沥青双重老化耦合的特征。表1 沥青技术指标沥青种类针入度/(0.1mm)软化点/5延度/c m1 3 5黏度/(P as)T F O T后残留针入度比/%软化点增长/2 0号沥青1 9.06 3.001.7 87 5.2 3.0S B S沥青4 5.78 7.42 5.32.2 18 7.5-4.11.2 矿料级配试验采用悬浮密实与骨架密实2种矿料级配类型,不同类型矿料级配及其合成级配曲线分别见表2及图1。表2 试验用矿料级配级配类型通过下列筛孔(mm)集料的质量分数%1 6.01 3.29.54.7 52.3 61.1 80.60.30.1 50.0 7 5悬浮密实1 0 09 6.07 4.24 7.53 6.12 6.71 6.99.57.76.0骨架密实1 0 09 5.67 1.33 5.92 4.41 9.41 4.41 0.59.38.0图1 试验采用的矿料级配曲线1.3 试验方法压实特性对比采用P C G旋转压实仪,该设备旋转压实试件的直径为1 5 0mm,旋转压实角度为内角0.8 2、外 角1,竖 向 压 强0.6 6 2 MP a。P C G旋转压实仪的压实原理见图2,沥青混合料在模具中同时受竖向静压和因旋转而产生的剪切作用,试件在旋转过程中轴线的运动轨迹为倒立圆锥形。图2 P C G旋转压实示意图压实过程中设备实时记录试件的高度变化,以此计算每次旋转压实后试件的体积空隙率,并以不同旋转次数时(如1 0,1 2 0,2 0 0转)试件的体积空隙率作为评价沥青混合料压实特性的指标。旋转压实试验的终压次数与混合料最大公称粒径相关,公称粒径越大,终压次数越多,本文中混合料最大公称粒径为1 3.2mm,终压旋转压实次数为1 0 0次。2 结果与讨论2.1 级配类型对压实特性的影响根据工程经验,常用A C-1 3型S B S改性沥青混合 料 的 油 石 比 一 般 在4.5%左 右,因 此,按4.5%油石比控制,对比悬浮密实与骨架密实矿料级配类型对S B S改性沥青及2 0号沥青混合料压实特性的影响,室内混合料拌和出料温度均控制在1 7 0左右。2种级配类型2 0号沥青及S B S改性沥青混合料旋转压实试件的体积空隙率随压实次数的变化曲线见图3。图3 空隙率与旋转压实次数关系曲线由图3可见,相同出料温度与油石比条件下,与沥青性质无关,骨架密实级配较悬浮密实级配明显难以压实;采用2 0号沥青旋转压实1 0 0次后,骨架密实级配混合料的体积空隙率绝对值较悬浮密实级配高约5%,采用S B S改性沥青时,骨架密实级配混合料的体积空隙率绝对值较悬浮密实级配高约5.2%。级配类型相同时,尽管布氏旋转黏度略低,但2 0号沥青混合料较S B S改性沥青混合料仍然更难以压实,旋转压实1 0 0次后的体积空隙率均更大,且相比之下,采用悬浮密实级配时,两者之间的空隙率差异更大。拟合旋转压实1 0次之后P C G空隙率与旋转压实次数之间的关系式,表征不同级配与沥青组合混合料的压实特性,结果见式(1)(4)。6杨景丽等:2 0号沥青高模量沥青混合料碾压工艺研究2 0 2 3年第1期悬浮级配-2 0号沥青:VP C G=-3.5 9 l n(Gn)+2 5.9 7(1)悬浮级配-S B S沥青:VP C G=-3.4 9 l n(Gn)+2 4.4 2(2)骨架级配-2 0号沥青:VP C G=-3.6 2 l n(Gn)+3 0.9 9(3)骨架级配-S B S沥青:VP C G=-3.6 2 l n(Gn)+3 0.2 5(4)根据关系式计算,出料温度均按1 7 0控制,采用悬浮密实级配时,2 0号沥青混合料要达到与S B S改性沥青混合料相同的空隙率,需要的旋转压实次数需提高3 3.5%;采用骨架密实级配时,2 0号沥青混合料要达到与S B S改性沥青混合料相同的 空 隙 率,需 要 的 旋 转 压 实 次 数 需 提 高2 2.0%。也就是说,1 7 0 出料温度条件下,2 0号沥青混合料需要的压实功较S B S改性沥青混合料均需提高2 0%以上,矿料级配越细,压实功的提高幅度越大。2.2 出料温度对压实特性的影响对于采用2 0号沥青的悬浮密实与骨架密实级配沥青混合料,进一步将出料温度提高1 5,达到1 8 5左右,与出料温度为1 7 0时的2 0号沥青及S B S改性沥青混合料进行压实特性对比,不同试验条件下不同混合料在旋转压实不同次数后的体积空隙率见表3。表3 不同出料温度条件下的旋转压实空隙率 沥青种类 2 0号沥青 S B S改性沥青级配类型 悬浮 密实 骨架 密实 悬浮 密实 骨架 密实 实际出料温度/1 7 11 8 61 7 31 8 31 7 01 7 3旋转压实次数02 8.8 2 8.2 3 4.1 3 3.6 2 8.0 3 3.251 9.8 1 8.7 2 5.0 2 4.5 1 8.6 2 4.21 01 7.7 1 6.5 2 2.7 2 2.2 1 6.4 2 1.91 51 6.3 1 5.1 2 1.2 2 0.7 1 5.0 2 0.52 01 5.2 1 4.1 2 0.1 1 9.6 1 4.0 1 9.43 01 3.7 1 2.6 1 8.7 1 8.0 1 2.5 1 7.94 01 2.7 1 1.6 1 7.6 1 6.9 1 1.5 1 6.96 01 1.2 1 0.1 1 6.1 1 5.4 1 0.1 1 5.48 01 0.39.1 1 5.1 1 4.39.1 1 4.41 0 09.48.3 1 4.4 1 3.68.4 1 3.6 由表3可见,出料温度相对提高1 5 后,不论是悬浮密实级配还是骨架密实型级配,相同旋转压实次数下2 0号沥青混合料的空隙率均明显下降,且与按1 7 0出料温度控制的S B S改性沥青混合料的空隙率处于同一水平。这说明压实温度对2 0号沥青混合料的压实特性同样存在显著影响,出料温度提高1 5后,2 0号沥青混合料的压实特性与常用S B S改性沥青一致。2.3 油石比对压实特性的影响2 0号沥青混合料及S B S改性沥青混合料分别按照1 8 5,1 7 0出料控制,对2种不同级配的混合料,在4.5%油石比的基础上分别上下各调整0.3%,进一步分析油石比对压实特性的影响,不同旋转压实次数后的空隙率结果见表4。表4 悬浮级配不同旋转次数的空隙率对比 沥青种类 2 0号沥青 S B S改性沥青 级配类型 悬浮密实 骨架密实 悬浮密实 骨架密实 油石比/%4.2 4.8 4.2 4.8 4.2 4.8 4.2 4.8 出料温度/1 8 51 8 61 8 31 8 41 7 01 7 01 7 21 7 1旋转压实次数02 9.02 8.13 6.93 2.32 8.22 7.83 3.73 3.051 9.31 8.62 5.12 3.41 8.81 8.52 4.52 4.11 01 7.01 6.42 2.82 1.21 6.61 6.22 2.22 1.71 51 5.61 4.82 1.41 9.71 5.21 4.72 0.82 0.22 01 4.51 3.82 0.31 8.61 4.31 3.71 9.71 9.13 01 2.91 2.41 8.81 7.11 2.81 2.31 8.21 7.64 01 1.91 1.31 7.71 6.01 1.81 1.21 7.11 6.56 01 0.49.91 6.21 4.71 0.49.81 5.71 5.18 09.48.91 5.11 3.69.48.81 4.71 4.11 0 08.68.11 4.31 2.98.88.11 3.91 3.4 由表4可见,油石比对4种混合料的压实特性均有一定影响,油石比越大,混合料的压实性能越好,相同旋转压实次数后的空隙率越小。比较而言,对于悬浮密实