第 6 期张宜洛等 : 改性沥青混合料施工温度的确定 741 同样采用黏温曲线确定拌和与压实温度, 则拌和温度有时会高于 190, 在此温度条件下, 沥青迅速老化, 严重影响沥青混合料路用性能 [2]. 目前, 改性沥青混合料配合比设计仍沿用马歇尔配合比设计方法, 施工温度是根据经验在普通沥青混合料

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尹送俞
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2016 年 11 月 Nov.2016 第 37 卷第 6 期 Vol.37 No.6 doi:10.3969/j.isn.1671-7775.2016.06.

1 2016 年 11 月 Nov.2016 第 37 卷第 6 期 Vol.37 No.6 doi: /j.isn 改性沥青混合料施工温度的确定张宜洛, 郭科, 赵少宗, 李晨, 杨自广 ( 长安大学公路学院, 陕西西安 ) 摘要 : 为了研究改性沥青温度与黏度的关系, 由扭矩代替黏度, 根据改性沥青混合料与基质沥青混合料达到相同的扭矩, 确定改性沥青的拌和与压实温度. 将确定好的改性沥青施工温度代入黏温曲线中, 即可得到适合于改性沥青的拌和与压实黏度. 推荐的改性沥青合理的拌和与压实黏度分别为 (0.32±0.03)Pa s 和 (0.45±0.05)Pa s. 对结果进行验证, 改性沥青混合料试件毛体积密度最大值对应的拌和温度与和易性试验确定的改性沥青拌和温度相近. 在和易性试验确定的改性沥青施工温度下成型试件, 对成型好的试件进行高温低温和水稳定性能检测, 检测结果均满足 JTG F 公路沥青路面施工技术规范要求. 关键词 : 改性沥青 ; 黏温曲线 ; 施工温度 ; 和易性试验 ; 扭矩中图分类号 :TU502.4 文献标志码 :A 文章编号 : (2016) 引文格式 : 张宜洛, 郭 744. 科, 赵少宗, 等. 改性沥青混合料施工温度的确定 [J]. 江苏大学学报 ( 自然科学版 ),2016,37(6):740- Determinationofconstructiontemperatureformodifiedasphaltmixture ZHANGYiluo,GUOKe,ZHAOShaozong,LIChen,YANGZiguang (SchoolofHighway,Chang anuniversity,xi an,shaanxi710064,china) Abstract:Toinvestigatetherelationshipbetweentemperatureandviscosityofmodifiedasphalt,using torquetosubstituteviscosity,themodifiedasphaltmixingandcompactiontemperaturesweredetermined withtorqueofmodifiedasphaltmixtureequaltothatofmatrixasphaltmixture.thetemperatureof modifiedasphaltwassubstituted intoviscosity temperaturecurvetoobtain mixingand compacting viscosities.thereasonablemodifiedasphaltmixingandcompactingviscositieswere(0.32±0.03)pa sand(0.45±0.05)pa s,respectively.theresultsshowthatthemixingtemperaturecorespondingto themaximum bulkdensityofmodifiedasphaltmixtureissimilartothatfrom workabilitytest.the specimenswerepreparedundertheconstructiontemperaturefromworkabilitytest.hightemperature,low temperatureandwaterstabilitytestsshowthattheresultsmeettherequirementofthetechnicalcodefor constructionandacceptanceofhighwayasphaltpavement(jtgf ). Keywords:modifiedasphalt;viscosity temperaturecurve;constructiontemperature;workabilitytest; torque 随着改性沥青路面的广泛应用, 改性沥青施工温度的合理确定也越来越引起人们的注意. 按我国现行 JTGF 公路沥青路面施工技术规范规定, 普通沥青可采用其黏温曲线上 (0.17±0.02) Pa s 和 (0.28±0.03)Pa s 的黏度对应的温度作为混合料拌和与压实的温度 [1]. 改性沥青混合料若收稿日期 : 作者简介 : 张宜洛 (1966 ), 男, 河南洛阳人, 副教授 (zhangyiluo@163.com), 主要从事道路与机场工程的研究. 郭科 (1992 ), 男, 山西朔州人, 硕士研究生 ( @qq.com), 主要从事道路材料的研究.

2 第 6 期张宜洛等 : 改性沥青混合料施工温度的确定 741 同样采用黏温曲线确定拌和与压实温度, 则拌和温度有时会高于 190, 在此温度条件下, 沥青迅速老化, 严重影响沥青混合料路用性能 [2]. 目前, 改性沥青混合料配合比设计仍沿用马歇尔配合比设计方法, 施工温度是根据经验在普通沥青混合料施工温度的基础上提高 10~20 来确定. 然而, 改性沥青与基质沥青在黏度特性和流变特性上存在着较大差异, 但改性沥青混合料设计与施工方法却没有根据改性沥青黏度特性来确定. 由于改性沥青混合料施工温度的经验值确定不当会影响混合料最佳沥青用量的确定, 造成沥青老化等问题, 所以对改性沥青拌和与压实温度进行研究有着重要的现实意义 [3]. 本研究将针对改性沥青黏度与温度的关系, 通过和易性试验来确定改性沥青混合料的施工温度. 能发生了改变 ; 随着温度的升高, 改性沥青的黏度也呈下降趋势, 在温度为 130~150 时下降最快, 改性沥青在该温度范围内的温度敏感性最大. 1.2 施工温度的确定 JTGF 中规定普通沥青是采用黏度为 (0.17±0.02)Pa s 和 (0.28±0.03)Pa s 所对应的温度作为沥青混合料的拌和与压实温度. 本研究对基质和改性沥青黏度测试结果进行数学回归分析, 绘制黏温曲线, 以对 SBS 改性沥青确定其施工温度, 结果如图 1,2 和表 3,4 所示. 1 黏温曲线确定施工温度 1.1 黏度测试采用某基质石油沥青 70 #,90 #,110 #,130 # 和对 90 # 基质沥青进行改性后的 SBS-Ⅰ,SBS-Ⅱ,SBS-Ⅲ 和 SBS-Ⅳ 等 4 种改性沥青作为研究对象. 由于沥青混合料拌和与压实通常在 100~180, 本试验测试沥青黏度的温度设定为 110,130,150 和 170, 试验采用旋转黏度仪测试沥青黏度. 黏度测试结果见表 1,2. 表 1 不同温度下基质沥青黏度测试结果 Pa s 沥青标号 # # # # 表 2 不同温度下改性沥青黏度测试结果 Pa s 改性沥青标号 SBS-Ⅰ SBS-Ⅱ SBS-Ⅲ SBS-Ⅳ 由表 1 可知 : 在相同温度下, 基质沥青黏度随沥青标号的增大而减小, 在 110 时表现较为明显 ; 沥青黏度随温度升高而逐渐降低, 且在温度为 110~ 130 时下降较快, 说明基质沥青在该温度范围内的温度敏感性较大, 随温度升高温度敏感性降低. 由表 2 可知 : 改性沥青黏度在相同温度下明显高于基质沥青, 说明改性剂的加入使沥青的流变性图 1 基质沥青黏温曲线图 2 改性沥青黏温曲线表 3 沥青混合料黏温曲线回归关系沥青标号回归方程相关系数 R 2 70 # (1)y=19.834e x # (2)y=18.778e x # (3)y=16.148e x # (4)y=14.837e x SBS-Ⅰ (5)y= e x SBS-Ⅱ (6)y= e x SBS-Ⅲ (7)y=82.976e x SBS-Ⅳ (8)y=68.821e x 沥青标号拌和温度表 4 沥青混合料施工温度压实温度沥青标号拌和温度压实温度 70 # 163±2 148±3 SBS-Ⅰ 197±2 182±3 90 # 158±2 144±3 SBS-Ⅱ 195±2 179±3 110 # 155±2 139±3 SBS-Ⅲ 192±2 177±3 130 # 152±2 136±3 SBS-Ⅳ 188±2 174±3 表 4 显示基质沥青的拌和温度为 150~160

3 742 第 37 卷时, 沥青的老化不明显, 因而对路用性能的影响不大.SBS 改性沥青按黏度为 (0.17±0.02)Pa s 时确定的拌和温度全部在 185 以上,SBS-Ⅰ 甚至达到 197, 沥青在此拌和温度下会迅速老化, 拌锅内出现大量的黑烟, 将严重影响沥青混合料的路用性能.SBS 改性沥青按黏度为 (0.28±0.03)Pa s 时确定压实温度在 170 以上,SBS-Ⅰ 的压实温度达到 182, 沥青混合料在摊铺时温度下降较快, 往往难以在该压实温度下完成碾压. 综上, 基质沥青根据黏温曲线所确定的施工温度较为合理, 而改性沥青由黏温曲线确定的拌和与压实温度较高, 混合料性能受到影响, 且难以在施工中实现. 因而, 对于改性沥青施工温度的确定, 需要重新考虑其温度与黏度之间关联. 其他因素的影响, 基质沥青仅 90 # 进行试验, 且试验条件混合料级配类型油石比都与改性沥青设定相同. 试验采用矿料统一为石灰岩, 测试扭矩所用仪器为沥青混合料工作性试验仪, 将其搅拌频率设定为 35Hz. AC-13 集料公称粒径偏小, 搅拌过程中混合料分布均匀, 离析现象不明显, 可提高结果的可靠度. 故本试验选定混合料类型为 AC-13 沥青混合料, 通过 90 # 基质沥青马歇尔配合比设计方法确定油石比, 最终确定的最佳油石比为 5.0%, 换算成沥青用量为 4.76%.AC-13 级配曲线见图 3, 最佳沥青用量下对 AC-13 混合料进行性能检测, 结果见表 5. 对沥青混合料路用性能验证的结果满足要求, 故确定的配合比合理, 可适用于后面的试验. 2 和易性试验确定施工温度 2.1 和易性试验沥青混合料和易性试验是用来评价混合料的工作性, 以拌和时产生的扭矩来表征 [4]. 本研究通过比较改性沥青与基质沥青和易性试验结果, 将改性沥青混合料与基质沥青混合料达到相同扭矩, 认为其黏度接近, 进而确定改性沥青的施工温度. 为避免图 3 AC-13 级配曲线表 5 沥青混合料性能验证性能指标动稳定度 /( 次 mm -1 ) 弯曲应变 /10-6 残留稳定度 /% 冻融劈裂残留强度比 /% 渗水系数 /(ml min -1 ) 试验结果规范要求沥青混合料和易性试验所用沥青混合料用量 15kg, 测试基质沥青混合料在温度分别为 110,120, 130,140,150,160 和 170 时的扭矩, 测试改性沥青混合料在温度分别为 130,140,150,160,170,180 和 190 时的扭矩. 沥青混合料和易性试验扭矩测试结果见表 6. 表 6 沥青混合料和易性试验扭矩 N m 沥青标号 # SBS-Ⅰ SBS-Ⅱ SBS-Ⅲ SBS-Ⅳ 利用数学方法分析改性沥青 SBS-Ⅰ,SBS-Ⅱ, SBS-Ⅲ,SBS-Ⅳ 与基质 90 # 沥青混合料扭矩与温度关系, 结果见图 4 表 7. 由表 6 和图 4 可知 : 相同温度下, 改性沥青混合料的扭矩大于基质沥青混合料, 这是由于 SBS 改性剂的加入使沥青流变性质发生了变化, 黏度变大, 因而准确判断改性沥青的黏度是确定混合料施工温度的关键 [5-6]. 基质 90 # 沥青与改性沥青的扭矩均随温度的升高而降低, 其下降速率先快后慢, 改性沥青随温度的变化速率大于基质沥青, 说明改性剂使沥青黏度变得对温度变化更为敏感. 当温度大于 180 时, 各种改性沥青的扭矩接近, 且几乎不再增加, 说明继续提高混合料的拌和温度并不会有效地改善施工效果, 还会严重影响沥青

第 6 期张宜洛等 : 改性沥青混合料施工温度的确定 743 混合料路用性能. 图 4 沥青混合料扭矩与温度关系表 7 扭矩与温度的回归关系沥青标号回归方程相关系数 R 2 90 # (9)y=0.0002x 2-0.0701x+8.751 0.9960 SBS-Ⅰ (10)y=0.0003x 2-0.1051x+13.145 0.9931 SBS-Ⅱ (11)y=0.0003x 2-0.1003x+12.

4 第 6 期张宜洛等 : 改性沥青混合料施工温度的确定 743 混合料路用性能. 图 4 沥青混合料扭矩与温度关系表 7 扭矩与温度的回归关系沥青标号回归方程相关系数 R 2 90 # (9)y=0.0002x x SBS-Ⅰ (10)y=0.0003x x SBS-Ⅱ (11)y=0.0003x x SBS-Ⅲ (12)y=0.0002x x SBS-Ⅳ (13)y=0.0002x x 施工温度的确定表 4 中, 通过黏温曲线确定的 90 # 基质沥青混合料拌和与压实温度分别为 (157±2),(144± 3), 将其代入 90 # 基质沥青的回归方程式 (9), 可得到在本试验适合于沥青混合料拌和的扭矩为 (2.887±0.009)N m, 适合于沥青混合料压实的扭矩为 (3.013±0.031)N m. 将此扭矩结果再分别代入改性沥青的回归方程 (10) (13) 中, 反算即可得到相应改性沥青混合料的拌和温度与压实温度. 改性沥青混合料在此温度下与基质沥青混合料具有相同扭矩, 由于级配等其他条件均相同, 即可认为改性沥青与基质沥青在此温度下有相同黏度效果. 最终确定的改性沥青施工温度见表 8. 表 8 改性沥青施工温度沥青标号拌和温度压实温度 SBS-Ⅰ 180±2 169±3 SBS-Ⅱ 177±2 164±3 SBS-Ⅲ 174±2 160±3 SBS-Ⅳ 172±2 157±3 比较表 8 与表 3, 沥青混合料和易性试验所确定改性沥青拌和温度比由黏温曲线得到的拌和温度低约 16, 压实温度降低约 12. 改性沥青确定的拌和温度比基质沥青高约 18, 比压实温度高约 17, 和规范中推荐的改性沥青施工温度较基质沥青高 10~20 相适应, 说明本方法确定的施工温度和目前对改性沥青混合料现场确定的施工温度相符. 将表 8 中确定好的改性沥青拌和温度与压实温度代入改性沥青黏温曲线回归方程式 (5)-(8) 中, 得到改性沥青在合理施工温度下的黏度. 由于本试验计算量较大, 考虑误差, 将 4 种改性沥青合理施工温度下的黏度进行平均, 得到适合于改性沥青混合料拌和时黏度为 (0.32±0.03)Pa s, 适合于压实时改性沥青黏度为 (0.45±0.05)Pa s. 施工黏度确定结果见表 9. 表 9 改性沥青施工黏度 Pa s 沥青标号拌和黏度压实黏度 SBS-Ⅰ 0.325± ±0.05 SBS-Ⅱ 0.317± ±0.05 SBS-Ⅲ 0.317± ±0.05 SBS-Ⅳ 0.332± ±0.05 平均 0.320± ±0.05 综上, 应用黏度与温度之间关系确定改性沥青混合料施工温度时, 改性沥青合理的拌和黏度与压实黏度分别为 (0.32±0.03)Pa s 和 (0.45±0.05) Pa s. 通常情况下, 改性沥青混合料现场施工的拌和温度为 170~180, 初始压实温度控制在 165 左右即可 [7-8]. 3 施工温度的验证 3.1 体积指标验证按照表 8 确定的改性沥青拌和温度, 采用上述 AC-13 配合比, 对沥青混合料进行拌和, 并在不同的温度下用击实法制作马歇尔试件. 测量指标, 并计算得到试件毛体积密度后, 比较不同温度下击实成型的马歇尔试件毛体积密度, 对表 8 确定的改性沥青混合料压实温度进行验证. 结果见表 10. 表 10 沥青混合料试件的毛体积密度 g cm -3 沥青标号 SBS-Ⅰ SBS-Ⅱ SBS-Ⅲ SBS-Ⅳ 分析表 10, 改性沥青混合料马歇尔试件的毛体积密度随温度的变化趋势都为先升后降, 混合料密度并不会随击实温度的升高而增大, 可能是由于击实温度太高, 导致沥青与集料黏附性下降 [9-10]. 毛体积密度达到最大值时, 对应的温度为混合料最佳击实温度, 其中 SBS-Ⅰ 最佳击实温度为 168, 较表 8 中推荐的温度低 2 ;SBS-Ⅱ 最佳击实温度为 166, 和推荐相比差 1 ;SBS-Ⅲ 最佳击实温度

5 744 第 37 卷 160, 较推荐温度低 3 ;SBS-Ⅳ 最佳击实温度为 161, 比推荐温度高 2. 由于混合料在拌和好后放入指定温度的烘箱中, 达到规定温度后击实成型, 这就会使沥青混合料性能发生微量的变化, 因而由试验得到的最佳击实温度与表 8 推荐的压实温度有 5 以内的差值属于正常. 综上,SBS 改性沥青混合料试件毛体积密度最大值对应的压实温度范围, 与表 8 中由和易性试验确定的改性沥青混合料压实温度相近. 考虑到试验误差, 认为本研究推荐的混合料压实温度合理. 3.2 改性沥青混合料路用性能验证将 4 种改性沥青按上述 AC-13 配合比和表 8 中确定的施工温度, 和矿料进行拌和与压实成型. 对成型好的试件进行高温低温和水稳定性能检测, 结果见表 11. 表 11 改性沥青混合料路用性能性能动稳定度 / 弯曲应变 / 残留稳定度 / 冻融劈裂残指标 ( 次 mm -1 ) 10-6 % 留强度比 /% SBS-Ⅰ SBS-Ⅱ SBS-Ⅲ SBS-Ⅳ 规范要求根据表 11 可知, 在和易性试验确定的施工温度下, 成型的混合料试件路用性能均满足规范要求, 可以说明上述由扭矩代替黏度确定施工温度的方法可行. 其中,SBS 改性沥青评价高温性能的指标动稳定度在 5000 次 mm -1 左右, 远高于 JTG F 规范对改性沥青混合料动稳定度不小于 2800 次 mm -1 的要求, 说明该拌和与压实温度下的沥青混合料具有较高的抗车辙能力, 也间接地说明了混合料具有较高的密实度和良好的稳定性. 4 结论 1) 改性沥青与基质沥青的流变性能存在差异, 由黏温曲线确定的改性沥青拌和温度较高, 使沥青在施工过程中严重老化, 压实温度在施工中难以控制. 因而, 黏温曲线可用于确定基质沥青的施工温度, 不适合用于确定改性沥青施工温度. 2) 沥青混合料和易性试验参数扭矩可用来表征沥青黏度, 通过改性沥青与基质沥青混合料达到相同的扭矩来确定改性沥青的施工温度, 其中, 适合改性沥青拌和的温度在 170~180, 压实温度在 165 左右. 3) 鉴于沥青混合料扭矩的测试随意性较大, 且没有统一标准, 而沥青黏度测试操作简单结果精确, 因此实际施工中用黏度来确定施工温度更合理. 本研究推荐适合于改性沥青施工时拌和的沥青黏度为 (0.32±0.03)Pa s, 适合于施工时压实的沥青黏度为 (0.45±0.05)Pa s. 参考文献 (References) [1] 交通部公路科学研究所. 沥青路面施工技术规范 : JTGF [M]. 北京 : 人民交通出版社,2004. [2] 陈华鑫. 改性沥青的粘度特性和施工温度控制 [J]. 石油沥青,2003,17(4): CHENH X.Viscoelasticperformanceandconstruction temperatureofmodifiedasphalt[j].petroleum Bitu men,2003,17(4):43-46.(inchinese) [3] 肖晶晶, 蒋玮, 何壮彬. 拌合温度对沥青混合料的影响 [J]. 山西建筑,2007,33(10): XIAOJJ,JIANGW,HEZB.Theinfluencesofmixing temperatureonbituminousmixture[j].shanxiarchi tecture,2007,33(10): (inchinese) [4] 侯曙光. 沥青混合料的和易性指数测定仪 : [P] [5] OLIVERJW H,TREDREAPF.Relationshipbetween asphaltrutresistanceandbinderrheologicalproperties [J].JournaloftheAsociationofAsphaltPavingTech nologists,1998,67:623. [6] 张立强, 周进川.SBS 改性沥青拌和与压实温度的确定 [J]. 公路交通技术,2005(5): ZHANGLQ,ZHOUJC.Determinationofmixingand compactiontemperaturesofsbsmodifiedasphalt[j]. TechnologyofHighwayandTransport,2005(5):68-72.(inChinese) [7] 张宜洛. 沥青路面施工工艺及质量控制 [M]. 北京 : 人民交通出版社,2011. [8] 沈金安. 沥青及沥青混合料路用性能 [M]. 北京 : 人民交通出版社,2001. [9] 孙杨勇, 张起森. 沥青粘度测定及其影响因素分析 [J]. 长沙交通学院学报,2002,18(2): SUNYY,ZHANGQS.Measurementandanalysisof bitumenviscosity[j].journalofchangshacommunica tionsuniversity,2002,18(2):67-70.(inchinese) [10] WENH F.Fatigueperformanceevaluationofwestrack asphaltmixturebasedonviscoelasticanalysisofindirect tensiletest[d].carolina,usa:northcarolinastate University,2001. ( 责任编辑赵鸥 )

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Ⅰ Ⅱ1 2 Ⅲ Ⅳ 1 1 2 3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ~ 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 ~ 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 ~ 46 47 ~ ~ 48 49 50 51 52 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63