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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。