温拌沥青混合料压实特性研究.pdf

第 卷第期 年月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)J o u r n a l o fWu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&E n g i n e e r i n g)V o l N o A u g 温拌沥青混合料压实特性研究王春)张喜艳)郝培文)(长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室)西安 )(西安西北民航项目管理有限公司)西安 )摘要:文中采用轮碾法试验及M u l t i c o o l软件对添加A s p h a m i n、S a s o b i t和D A T温拌剂的三种温拌沥青混合料的压实性能进行分析研究结果表明:温拌剂的添加可以有效改善沥青混合料的压实性能,使得沥青混合料在较小的压实功或较低的压实温度下即可获得与热拌沥青混合料相同的压实度沥青混合料温度越低,其降温速率越小,冷却越慢,有效压实时间就越长在不同季节、不同工艺下温拌沥青混合料的有效压实时间都大于同条件的热拌沥青混合料关键词:道路工程;温拌沥青混合料;压实性能;有效压实时间中图法分类号:U d o i:/j i s s n 收稿日期:第一作者:王春(),男,博士,主要研究领域为路面结构与材料基 金 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金()、陕 西 省 交 通 运 输 厅 科 研 项 目(K)、鄂 尔 多 斯 市 科 技 重 大 专 项(E E D S K J Z D Z X W )引言温拌沥青混合料(w a r m m i xa s p h a l t,WMA)是通过一定的物理或化学方法降低沥青在生产过程中的高温(以上)黏度,从而提高沥青混合料的和易性,使其能在较低的温度下进行摊铺压实,而又不影响混合料使用性能 美 国N C AT对 添 加S a s o b i t、A s p h a m i n、E v o t h e r m三种温拌剂沥青混合料的研究结果表明:不论采用旋转压实还是振动压实成型方法,添加温拌剂后沥青混合料的压实性能都有很大改善.采 用 振 动 成 型 时,S a s o b i t、A s p h a m i n和E v o t h e r m的空隙率平均下降幅度分别为 、说明温拌技术可以提高沥青混合料的可压实性能,即在相同的压实功作用下,温拌沥青混合料可以得到更小的空隙率韩海红等采用旋转压实仪对WMA与HMA的压实特性进行了对比分析,结果发现不论采用什么级配,在相同压实次数下,WMA都比HMA更容易压实.当要求达到相同空隙率时,WMA比HMA需要的压实次数要少.当采用相同的压实次数时,WMA达到相同空隙率的温度至少要比HMA低 以上邢向阳对旋转压实仪成型的不同拌和压实温度的WMA与HMA试件的体积参数进行研究发现,WMA密实曲线斜率值要大于HMA,密实能量指数小于HMA,说明WMA比HMA具有更好的压实性能刘建勋采用P a v e c o o l软件计算并分析了WMA与HMA的有效压实时间,发现采用温拌技术确实可以提高沥青混合料的压实性能,延长施工时间王志美采用马歇尔击实仪、旋转压实仪、轮碾仪对不同WMA在不同温度下的压实性能与HMA进行了对比研究,研究表明,不论采用什么试验方法,在添加温拌剂 后沥青混合 料的压实性 能都有一定 程度提高目前沥青混合料试件的成型方式主要有马歇尔击实成型、旋转压实成型、轮碾成型和振动成型四种方式 ,无论哪种成型方法,都是为了得到满足一定体积指标和力学性能的沥青混合料试件 袁迎捷 对不同压实方式成型试件的数字图像分析表明,轮碾压实和旋转压实效果与实际路面最为接近.美国S HR P通过对旋转压实、轮碾压实、马歇尔压实试件与现场钻芯试件的相关分析,表明钢轮碾压是第二位与现场芯样接近的成型方式鉴于此,本文拟采用轮碾成型方法以及有效压实时间分析研究不同WMA的压实特性试验 试验材料)粗、细集料采用角闪岩,矿粉采用石灰岩,沥青采用S B S改性沥青,温拌剂选择沸石类A s p h a m i n、有机蜡类S a s o b i t和表面活性类E v o t h e r mD AT,其掺量及用法见表表温拌剂技术指标温拌剂种类用量与用法A s p h a M i n掺量一般为混合料质量的,与沥青同时加入集料,不需要延长拌和时间S a s o b i t掺量一般为沥青结合料质量的,可采取干法或湿法添加,需要适当增加干拌时间选择 的掺量,采取干法添加E v o t h e r mD A T掺量在室内试验时为沥青结合料质量的/,在施工时为沥青结合料质量的/,添加时应与沥青同步,并直接喷射到沥青上,以保证发泡效果)矿料级配选择A C ,采用马歇尔试验方法确定的HMA最佳油石比为 为了便于比较,添加三种温拌剂的WMA与HMA采用相同的油石比 轮碾法在不同碾压次数下得到的试验结果见表表轮碾法不同碾压次数成型试件体积参数混合料碾压次数最大理论相对密度毛体积相对密度压实度/空隙率/矿料间隙率/沥青饱和度/HMA A s p h a m i nWMA S a s o b i tWMA D A TWMA 在相同的碾压次数(次)、不同的压实温度下,分别碾压成型温拌与热拌沥青混合料试件,并测试得到混合料体积参数,见表表轮碾法不同压实温度成型试件体积参数混合料压实温度/最大理论相对密度毛体积相对密度压实度/空隙率/矿料间隙率/沥青饱和度/HMA A s p h a m i nWMA S a s o b i tWMA D ATWMA 有效压实时间 常温季节有效压实时间以陕西西安地区为例,其地理纬度为北纬 ,气温以月份往年平均气象资料为参考,假设当日风速为 k m/h,气温 ,则对某路面上面层A C 的有效压实时间进行计算分析,西安地区所需沥青P G分级为P G ,根据前期研究结果,此处假设WMA拌和压实温度降低幅度为,压实条件见表表沥青混合料压实外部条件外部条件HMAWMA路面状况级配类型A C 沥青P G等级P G 压实层数层厚/mm 运输到现场温度/碾压终了温度/环境条件气温/风速/(k mh)天气状况晴朗,干燥纬度 下承层情况材料类型A C表面温度/铺筑时间 T:将表的外部条件依次输入M u l t i c o o l计算程序,分别计算得到HMA与WMA的有效压实时间见表 低温季节有效压实时间仍然以西安为例,假设铺筑时间为 月份,第期王春,等:温拌沥青混合料压实特性研究路面材料及状况等不变,此时压实条件见表表HMA有效压实时间时间/m i n温度/时间/m i n温度/总有效压实时间:m i n表WMA有效压实时间时间/m i n温度/时间/m i n温度/总有效压实时间:m i n表沥青混合料压实外部条件外部条件HMAWMA路面状况级配类型A C 沥青P G等级P G 压实层数层厚/mm 运输到现场温度/碾压终了温度/环境条件气温/风速/(k mh)天气状况晴朗,干燥纬度 下承层情况材料类型A C表面温度/铺筑时间 T:将表的外部条件依次输入M u l t i c o o l计算程序,分别计算得到HMA与WMA的有效压实时间见表表HMA有效压实时间时间/m i n温度/时间/m i n温度/总有效压实时间:m i n表WMA有效压实时间时间/m i n温度/时间/m i n温度/总有效压实时间:m i n试验结果分析 轮碾法 不同碾压次数由表可得各混合料的压实度曲线,见图图沥青混合料压实度曲线由图可知:)添加温拌剂后沥青混合料的压实性能有了明显改善,HMA压实度达到 需要碾压约 次,而添加A s p h a m i n后压实度达到 时的碾压次数降至了 次,添加S a s o b i t的更是降低至 次,添加D AT的也降低到了 次,由此可知各沥青混合料达到相同压实度()所需要的压实功排序为:HMAD AT WMAA s p h a m i nWMAS a s o b i tWMA,可见温拌剂的使用使得沥青混合料达到同样压实度所需要的压实武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷功都有了明显减少,这对提高沥青路面施工效率、保证沥青路面施工质量都具有积极作用)在相同的碾压次数下,三种温拌沥青混合料的空隙率始终都小于热拌沥青混合料,而压实度始终都大于热拌沥青混合料,这也更加直观的反映出温拌沥青混合料相比热拌沥青混合料具有更好的压实性能)在混合料压实度达到 后其呈现出来的发展趋势也同样能说明问题,即在添加三种温拌剂后混合料的压实度在达到 以后都继续呈现上升趋势,而HMA却逐渐趋于平缓)压实能量指数C E I压实能量指数C E I表征了施工过程中沥青混合料的可压实性能,它是指在铺筑过程中沥青混合料从初始状态被压实到某一个指定的压实度时,摊铺机和压路机所做的功在压实度曲线上任取两点N、N,对这两点之间围成的区域进行积分,则从能量的角度来看,这个区域面积的大小就表示沥青混合料从碾压次数N到N的施工过程中摊铺机和压路机所做的功面积越大,压实机具所做的功就越大,表示该沥青混合料越难以压实;面积越小,压实机具所做的功就越小,表示该混合料越容易压实因此,可以用混合料从初始状态至达到目标压实度时的压实度曲线所包围图形的面积大小来表示混合料的压实能量指数C E I,见图,可按式()计算得到图沥青混合料压实能量指数C E I示意图C E INN(a xb xc)dx()当沥青混合料的目标压实度为 时,各混合料目标压实度对应的压实次数N如上所述,而N均为,则将图中各混合料的压实度曲线回归公式分别代入式()进行积分计算,即可分别得到其压实能量指数C E I见表 表 不同沥青混合料压实能量指数C E I沥青混合料HMAA s p h a m i nWMAS a s o b i tWMAD A TWMAC E I 由表 可知:各沥青混合料的压实能量指数C E I排序为:HMAD AT WMA A s p h a m i nWMAS a s o b i tWMA,由此可见,在目标压实度相同时,温拌沥青混合料所需要的压实功的确比热拌沥青混合料更小 不同碾压温度由表对WMA在不同温度时的压实度按式()进行线性回归得到图,回归系数见表 ya xb()式中:y为压实度,;x为温度,;a、b为回归系数图WMA压实度与温度回归曲线表 WMA压实度与温度回归方程系数回归系数abRA s p h a m i nWMA S a s o b i tWMA D A T WMA 由图可知:)在相同碾压次数(次)时,HMA在 时的压实度为 ,而添加温拌剂后达到相同压实度,A s p h a m i n WMA、S a s o b i t WMA和D AT WMA的碾压温度分别为 、,相比热拌沥青混合料分别降低了、使用温拌剂后沥青混合料压实性能得到了明显改善,在相同的压实功下,在较低温度下即可碾压达到HMA的密实度)三种WMA之间的压实性能可以通过表 得到的回归方程斜率a间接反映,即斜率越大,混合料获得相同的压实度增量所需要的温度涨幅就越小,说明混合料的可压实性能越好三种温拌沥青混合料的压实性能排序为:A s p h a m i nWMAS a s o b i tWMAD AT WMA 有效压实时间 常温季节有效压实时间分析由表可知:)沥青混合料温度越高,其降温速度越快,见图因此,WMA在降低施工温度后,当其可第期王春,等:温拌沥青混合料压实特性研究工作温度范围大小与HMA相同时(),仍然具有比HMA更长的有效压实时间)在常温季节,当WMA的压实温度降低 时,其 有 效 压 实 时 间 比HMA可 延 长 ,而且即使在较低的施工温度下WMA依然具有与HMA相同甚至更好的压实性能,这就使得现场施工作业人员有充分的时间合理安排压实工艺,有效保证沥青路面压实质量)沥青混合料有效压实时间延长,不仅有利于合理安排压实工艺,还可以允许混合料有更长的运输距离,当在城市道路施工时,就可将沥青混合料拌和站设在偏远郊区,从而减少沥青烟等有害气体对空气的污染,这对于环境要求极为严格的城市道路沥青路面施工具有更重要的意义图常温季节沥青混合料有效压实时间曲线 低温季节有效压实时间分析由表可知:)即使在低温季节,沥青混合料降温速率更快,但在压实温度范围大小相同时,WMA也可比HMA有效压实时间延长约 )WMA的有效压实时间为 m i n,虽然只比同条件下的HMA延长了短短m i n,但是这已经使其超过了常温季节时HMA的有效压实时间(m i n),见图图不同季节沥青混合料施工有效压实时间对比在低温季节施工时,如果环境温度过低,施工技术人员认为WMA采用正常施工工艺的有效压实时间仍无法满足施工工艺要求时,还可以采用“热拌温压”工艺来进一步延长混合料可工作的压实时间由表可知:采用“热拌温压”时WMA的运输到场温度应该为热拌沥青混合料的 ,碾压终了温度则为WMA的 ,由此计算得到其有效压实时间见表 和图表 温拌沥青混合料“热拌温压”有效压实时间时间/m i n温度/时间/m i n温度/总有效压实时间:m i n图低温季节沥青混合料有效压实时间曲线由表 和图可知:采用“热拌温压”施工工艺以后,WMA的可工作温度范围由原来的 增加到了,而其有效压实时间相对于正常低温季节温拌施工工艺又延长了 ,相对于低温季节HMA更是延长了 ,达到了常温季节WMA正常施工时有效压实时间水平(见图),从而可以有效保证沥青路面在低温季节继续施工的工程质量图 不同季节、不同工艺沥青混合料施工有效压实时间对比武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷由图可知:沥青混合料温度越低,降温速度越慢,当采取温拌技术降低混合料施工温度后,只要其可工作温度范围与HMA相同,则不论是在常温季节还是低温季节,都可以显著延长其有效压实时间,而且由于WMA良好的压实特性,完全可以保证沥青路面施工质量因此,WMA可以有效延长气候寒冷地区沥青路面的施工季节,缩短沥青路面施工周期结论)通过不同碾压次数或不同碾压温度下成型的沥青混合料试件的体积参数分析,发现温拌剂的添加使得沥青混合料的压实性能得到了显著提高,使得WMA在较小的压实功下即可获得与HMA相同的压实度,而且即使降低压实温度,WMA仍然能够获得足够的密实度,从而达到施工质量要求)沥青混合料有效压实时间计算结果表明,混合料的温度越低,其降温速率越小,冷却越慢因此采用WMA施工可以有效延长沥青路面压实时间,而且由于WMA具有良好的压实特性,完全可以保证沥青路面施工质量)WMA具有更好的压实性能以及更长的压实时间,因此可以有效延长气候寒冷地区沥青路面的施工季节,缩短沥青路面施工周期参 考 文 献王春,郝培文,阮妨温拌沥青混合料拌和压实温度确定方法J武汉理工大学学报(交通科学与工程版),():左锋,叶奋国外温拌沥青混合料技 术与 性能 评价J中外公路,():曾梦澜,胡圣魁,谭邦耀,等压实温度对温拌N o v a C h i p沥青混合料路用性能的影响J北京工业大学学报,():韩海红,徐世法,刘盈,等热拌与温拌沥青混合料的压实特性对比分析J公路交通科技,():邢向阳温拌沥青混合料若干关键技术研究D西安:长安大学,刘建勋温拌沥青混合料施工关键技术研究D西安:长安大学,王志美温拌沥青路面混合料压实特性研究D重庆:重庆交通大学,潘爱华改性沥青混合料配合比设计方法研究J黑龙江交通科技,():李智,徐伟,王绍怀,等不同压实成型沥青混合料的数字图像分析J土木工程学报,():任立锋沥 青 混 合 料 设 计G TM成 型 方 法 的 研 究D长春:吉林大学,袁迎捷 S u p e r p a v e沥青混合料设计方法与压实原理研究D西安:长安大学,S t u d yo nC o m p a c t i o nC h a r a c t e r i s t i c so fW a r m M i xA s p h a l tM i x t u r eWA N GC h u n)Z H A N GX i y a n)H A OP e i w e n)(K e yL a b o r a t o r yf o rR o a dS t r u c t u r ea n dM a t e r i a l s o fM i n i s t r yo fT r a n s p o r t,C h a n ga nU n i v e r s i t y,X ia n ,C h i n a)(X ia nN o r t h w e s tC i v i lA v i a t i o nP r o j e c tM a n a g e m e n tC oL t d,X ia n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ec o m p a c t i o np e r f o r m a n c eo ft h r e ek i n d so fw a r m m i x e da s p h a l tm i x t u r e sw i t hA s p h a m i n,S a s o b i t a n dD ATw a s a n a l y z e db yw h e e l r o l l i n g t e s t a n dM u l t i c o o l s o f t w a r e T h e r e s u l t s s h o w e dt h a t t h ea d d i t i o no fw a r m m i x e da g e n t sc o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h ec o m p a c t i o np e r f o r m a n c eo fa s p h a l tm i x t u r e,s ot h a tt h ea s p h a l tm i x t u r ec o u l do b t a i nt h es a m ed e g r e eo fc o m p a c t i o na st h eh o t m i x e da s p h a l tm i x t u r ea t a l o w e rc o m p a c t i o nw o r ko r t e m p e r a t u r e T h e l o w e r t h et e m p e r a t u r eo fa s p h a l tm i x t u r e,t h es m a l l e r t h ec o o l i n gr a t e,t h es l o w e rt h ec o o l i n ga n dt h el o n g e rt h ee f f e c t i v ec o m p a c t i o nt i m e T h ee f f e c t i v ec o m p a c t i o nt i m eo fw a r m m i xa s p h a l tm i x t u r e i sl o n g e rt h a nt h a to fh o tm i xa s p h a l tm i x t u r eu n d e r t h es a m ec o n d i t i o n s i nd i f f e r e n t s e a s o n sa n dd i f f e r e n t t e c h n o l o g i e s K e yw o r d s:r o a de n g i n e e r i n g;w a r m m i xa s p h a l t;c o m p a c t i o np r o p e r t i e s;e f f e c t i v ec o m p a c t i o nt i m e第期王春,等:温拌沥青混合料压实特性研究