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HON7686改性SMA拌和工藝優(yōu)化研究(交通)
余 穎1 苑瑞星2 劉黎萍1
(1.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院上海201804; 2.霍尼韋爾綜合科技(中國(guó))有限公司 上海201203)
摘要常規(guī)瀝青瑪蹄脂碎石混凝土(SMA)的拌和工藝為將集料與纖維拌和后與瀝青進(jìn)行拌和,再與礦粉拌和。采用HON7686添加劑改善SMA混合料性能時(shí),涉及到其添加時(shí)機(jī)問(wèn)題。文中采用幾種不同的添加工藝,如集料十纖維十添加劑十瀝青、集料十添加劑+纖維十瀝青、集料十纖維+HON7686改性瀝青等進(jìn)行拌和,采用馬歇爾試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)不同拌和工藝的效果進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明,拌和工藝對(duì)混合料性能影響顯著,集料十添加劑十纖維十瀝青,最后再與礦粉進(jìn)行拌和是其最佳拌和工藝。
關(guān)鍵詞 SMA混合料 添加劑 拌和工藝 路用性能
瀝青瑪蹄脂碎石混合料( SMA)是由集料、瀝青、纖維、礦粉組成的間斷級(jí)配瀝青混合料。目前,SMA作為一種較好的瀝青混合料形式在我國(guó)高等級(jí)路面中得到廣泛應(yīng)用,并取得較好的效果。但交通量的增大和交通荷載的增加,使得常規(guī)瀝青混合料不能滿(mǎn)足道路使用要求,各種改性劑和改性瀝青混合料得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,如SBS瀝青混合料擁有良好的路用性能被廣泛應(yīng)用在瀝青鋪面的上面層,環(huán)氧瀝青擁有高粘性能被運(yùn)用在橋面鋪裝等。HON7686是霍尼韋爾公司生產(chǎn)的一種多功能改性劑,旨在不降低混合料低溫性能的同時(shí),提高混合料的高溫性能和水穩(wěn)定性,另外,該多功能改性劑還能夠一定程度降低混合料生產(chǎn)溫度。
隨著改性劑的廣泛使用,改性劑的拌和工藝也得到一定關(guān)注,現(xiàn)有的拌和工藝主要有:干拌法和濕拌法,有研究表明拌和工藝對(duì)混合料性能有一定影響。侯睿等研究了再生劑拌和工藝對(duì)再生瀝青混合料性能的影響,發(fā)現(xiàn)再生劑摻加工藝對(duì)混合料低溫性能有一定影響;季節(jié)等用了干拌法和濕拌法制備了溫拌再生瀝青混合料,發(fā)現(xiàn)制備工藝對(duì)混合料性能有一定影響;黃彭發(fā)現(xiàn)橡膠粉拌和工藝對(duì)改性瀝青混合料性能有顯著影響。
從現(xiàn)有研究可以發(fā)現(xiàn),外摻劑的拌和工藝對(duì)混合料性能存在一定程度上的影響,但現(xiàn)有的改性瀝青混合料的制備過(guò)程大部分是將改性劑加入瀝青中制備成改性瀝青,使用改性瀝青制備混合料,忽略了改性劑本身的特性。本文針對(duì)改性劑HON7686的不同拌和工藝進(jìn)行了研究,分析了該改性劑不同拌和工藝對(duì)改性瀝青混合料性能的影響,并對(duì)該改性劑的拌和工藝進(jìn)行優(yōu)化。
1 原材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.1集料
本次試驗(yàn)采用SMA-13級(jí)配,粗集料(粒徑大于2. 36 mm)采用玄武巖,細(xì)集料(粒徑不大于2. 36)采用石灰?guī)r,礦粉為石灰?guī)r礦粉。試驗(yàn)所用集料均符合規(guī)范要求,集料相對(duì)密度見(jiàn)表1。
1.2瀝青
本次試驗(yàn)采用的瀝青為70號(hào)基質(zhì)瀝青,基本指標(biāo)見(jiàn)表2,滿(mǎn)足規(guī)范要求。
1.3纖維與改性劑
本次試驗(yàn)使用的纖維為木質(zhì)素纖維,相對(duì)密度為0. 992,摻量為礦料質(zhì)量的0.3%。
本次試驗(yàn)采用的改性劑為HON7686,外觀為白色細(xì)結(jié)晶體,遇熱融化,融化后無(wú)色,相對(duì)密度為0. 99,摻量為礦料質(zhì)量的0.3%。
1.4配合比
本次試驗(yàn)采用的級(jí)配為SMA-13,級(jí)配曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。
由圖1可見(jiàn),所用集料級(jí)配符合規(guī)范要求。
采用馬歇爾試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)級(jí)配最佳油石比為5. 85%。進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)時(shí),采用已確定的級(jí)配,只添加纖維,不添加外摻劑。試驗(yàn)條件為集料加熱溫度175℃,拌和溫度165℃,養(yǎng)生溫度160℃,養(yǎng)生2h,擊實(shí)溫度155℃,雙面擊實(shí)75次。
油石比為5. 85%時(shí),馬歇爾試件空隙率為3. 5%左右,符合熱拌瀝青混合料密級(jí)配空隙率要求,礦料間隙率、粗集料骨架間隙率等指標(biāo)滿(mǎn)足規(guī)范要求。
1.5拌和工藝
本次試驗(yàn)探討外摻劑H()N7686的不同拌和工藝對(duì)混合料性能的影響,以期優(yōu)化該外摻劑的拌和工藝。本文考慮的拌和工藝有:
工藝一。集料倒入拌和鍋,加入纖維,干拌90s;加入基質(zhì)瀝青,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s。
工藝二。集料倒入拌和鍋,加入纖維,干拌60 s;加入HON7686,干拌30 s;加入基質(zhì)瀝青,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s。
工藝三。集料倒入拌和鍋,加入HON7686,干拌30 s;加入纖維,干拌60 s;加入基質(zhì)瀝青,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s。
工藝四。集料倒人拌和鍋,同時(shí)加入纖維和HON7686,干拌90 s;加入基質(zhì)瀝青,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s。
工藝五。集料倒入拌和鍋,加入纖維,干拌90 s;加入7686改性瀝青,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s(其中,HON7686改性瀝青指的是將外摻劑HON7686加入基質(zhì)瀝青后攪拌均勻形成的改性瀝青)。
工藝六。集料倒入拌和鍋,加入纖維,干拌90 s;加入基質(zhì)瀝青,將HON7686灑在瀝青上,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s。
其中,工藝五為現(xiàn)在常見(jiàn)的外摻劑添加工藝。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
為研究HON7686的不同拌和工藝對(duì)混合料性能的影響,本次試驗(yàn)采用馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同拌和工藝對(duì)成型試件空隙率的影響,并分別采用車(chē)轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同拌和工藝對(duì)混合料高溫性能、水穩(wěn)定性、低溫性能的影響。
為便于比較,全部采用同一級(jí)配、瀝青用量進(jìn)行試驗(yàn)。試件成型條件統(tǒng)一為:集料加熱溫度175℃,拌和溫度165℃,養(yǎng)生溫度160℃,養(yǎng)生2h,成型溫度155℃。
2.1拌和工藝對(duì)試件體積參數(shù)的影響
通過(guò)對(duì)6種不同工藝制備的混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn),比較不同工藝對(duì)混合料體積參數(shù)的影響,測(cè)得不同工藝制備的試件的體積參數(shù)見(jiàn)表3。
試驗(yàn)結(jié)果表明,拌和工藝對(duì)混合料體積參數(shù)有一定影響,其中工藝四空隙率較小,礦料間隙率和粗集料骨架間隙率較小,瀝青飽和度較大;工藝一空隙率較大,礦料間隙率和粗集料骨架間隙率較大,瀝青飽和度較小。拌和工藝對(duì)混合料力學(xué)性能也有一定影響,其中工藝一穩(wěn)定度較小,工藝五穩(wěn)定度較大。
2.2拌和工藝對(duì)混合料水穩(wěn)定性的影響
混合料水穩(wěn)定性是瀝青路面早期損害的重要原因,本次試驗(yàn)采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料水穩(wěn)定性,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
試驗(yàn)結(jié)果表明,拌和工藝對(duì)混合料凍融前后強(qiáng)度比( TSR)有一定影響,其中工藝六TSR較大,工藝二TSR較小,6種工藝生產(chǎn)的混合料TSR均能滿(mǎn)足規(guī)范要求;拌和工藝對(duì)混合料劈裂強(qiáng)度的影響十分顯著,其中工藝三較大,工藝五較小。
2.3拌和工藝對(duì)混合料高溫性能的影響
高溫穩(wěn)定性是瀝青混合料的重要性能,高溫性能不良引起的車(chē)轍等問(wèn)題會(huì)影響行車(chē)舒適性甚至交通安全,本文將通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)混合料高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià),通過(guò)動(dòng)穩(wěn)定度和最終變形量分析外摻劑拌和工藝對(duì)混合料高溫性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。其中,每種工藝成型3塊車(chē)轍板,其中動(dòng)穩(wěn)定度和最終變形量為3塊車(chē)轍板試驗(yàn)平均值。
試驗(yàn)結(jié)果表明,除了工藝一外,其他工藝生產(chǎn)的混合料高溫性能都能滿(mǎn)足規(guī)范要求,其中工藝三動(dòng)穩(wěn)定最大,最終變形量最;工藝五動(dòng)穩(wěn)定度較小,最終變形量較大。
對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行方差分析,由表6可見(jiàn),工藝對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度影響顯著。結(jié)果表明,拌和工藝對(duì)混合料高溫穩(wěn)定性影響顯著,不同工藝生產(chǎn)的混合料高溫性能有明顯差異,其中工藝三最佳。
2.4拌和工藝對(duì)混合料低溫性能的影響
本文采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)外摻劑拌和工藝對(duì)混合料低溫性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。
試驗(yàn)結(jié)果表明,6種工藝生產(chǎn)的混合料低溫性能均滿(mǎn)足規(guī)范要求,外摻劑拌和方式對(duì)混合料低溫性能影響有限,除工藝五外,其他工藝制備的混合料最大彎拉應(yīng)變均在3 000×10-6以上,且相差不大。
2.5試驗(yàn)結(jié)果分析
由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出,不同工藝制備的混合料性能差異顯著,尤其是混合料高溫性能。其中,工藝三(集料倒入拌和鍋;加入HON7686,干拌30 s;加入纖維,干拌60 s;加入基質(zhì)瀝青,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s)生產(chǎn)的混合料穩(wěn)定度最大,動(dòng)穩(wěn)定度最大,劈裂強(qiáng)度最大,其他性能也較為突出,相比常規(guī)拌和工藝(工藝五),混合料性能有較大改善。因此,可以判斷工藝三是該外摻劑的最佳工藝。
3結(jié)論
(1)拌和工藝是混合料性能的顯著影響因素之一,建議在外摻劑的使用過(guò)程中找出該外摻劑的最佳拌和工藝以發(fā)揮其最佳功效。
(2) HON7686外摻劑能提高混合料壓實(shí)性能,減小試件空隙率;而且該外摻劑能較大幅度地提高混合料的高溫性能。
(3)外摻劑HON7686的拌和工藝對(duì)}昆合料性能有明顯影響,尤其是混合料的高溫性能。
(4)外摻劑HON7686的最佳室內(nèi)拌和工藝為:集料倒入拌和鍋,加入HON7686,干拌30 s;加入纖維,干拌6 Qs;加入基質(zhì)瀝青,干拌90 s;加入礦粉,干拌90 s。