抗凝冰型沥青混合料制备研究.pdf

江西建材试验与研究392023年6 月抗凝冰型沥青混合料制备研究姚广柱1，岳英龙21.山东昆嵛路桥工程有限公司，山东 烟台 264003；2.烟台职业学院，山东 烟台 264670摘 要：文中以 S公路的抗凝冰型沥青路面铺装工程为例，结合工程施工要求，详细介绍了拌和站、摊铺机、运输车辆与压实机的施工作业参数流程，并通过施工后常规性能检验与后期质量跟踪，验证了抗凝冰型沥青路面可在低温环境下有效抑制结冰，其具有良好的应用效果。关键词：抗凝冰型沥青；混合料；制备工艺；摊铺技术中图分类号：TU535文献标识码：B文章编号：1006-2890（2023）06-0039-03Study on the Preparation of Anti Freezing Ice Asphalt MixtureYao Guangzhu1,Yue Yinglong21.Shandong Kunyu Road and Bridge Engineering Co.Ltd.,Yantai,Shandong 264003;2.Yantai Vocational College,Yantai,Shandong 264670Abstract:Taking the anti freezing ice type asphalt pavement project of S Highway as an example,combined with the construction requirements,the construction process parameters of mixing stations,pavers,transportation vehicles,and compactors were introduced in detail.Through routine performance inspection and quality tracking after construction,it was verified that the anti freezing ice type asphalt pavement can effectively suppress icing in low temperature environments and has good application effects.Key words:Anti freezing ice type asphalt;Mixture;Preparation process;Paving technology作者简介：姚广柱（1972-），男，山东东阿人，高级工程师，主要研究方向为道路桥梁工程和施工管理。0 引言冰雪路面对行车安全造成了巨大威胁，我国每年因冰雪灾害造成的路面交通拥堵以及各类大小交通事故难以计数。为了保障冰雪路面的行车安全，近些年，学者提出了各类切实可行的抑制路面冰雪结冰技术，整体上可分为两类，一类为使用融雪剂、人工清扫法、机械清除法等被动融雪除冰技术，另一类为热力融雪除冰、抑制路面结冰等主动融雪除冰技术1。其中，以主动融雪除冰技术更为受到关注，通过在沥青路面添加抗凝冰材料，以降低路面冰雪层的结冰点，从而有效抑制路面的冰雪结冰，应用效果非常好，且整体成本相对较低2。鉴于此，本研究针对抗凝冰型沥青混合料的制备进行了探究，并通过实际工程应用验证效果。1 抗凝冰型沥青混合料制备工艺1.1 室内制备工艺本研究通过马歇尔试验对抗凝冰型沥青混合料进行配比设计，原材料采用 SBS成品改性沥青，面层粗集料采用表层粗糙干净、没有风化、棱角分明的石料，细集料采用具有一定棱角、含泥量低的机制砂与石屑，矿粉采用干净石灰岩磨削加工后得到的矿粉，纤维技术采用絮状木质素纤维，所有用料均满足技术指标要求3。抗凝冰材料采用外掺法替换掉沥青混合料中的部分细集料与矿粉，抗凝冰材料的掺量比为5%，纤维的掺量比为0.4%4。采用现有的拌热体系对沥青混合料进行拌热和料，并根据热拌沥青混合料设计流程进行级配设计与沥青用量的计算，具体数值见表1。表1 抗凝冰型沥青混合料级配设计与沥青用量油石比筛孔（mm）通过率/%1613.29.54.75 2.36 1.180.60.30.15 0.0756.110094.5 56.4 24.7 20.3 16.2 14.0 11.7 10.79.8拌热和料的温度控制在175180，共进行75 次双面击实处理，最终成型温度控制在168，在获取到最大理论密度的基础上，通过水中重法获取到体积密度，最终计算得到最佳油石比为6.1。考虑到抗凝冰材料通常密度较小，且具有较大黏性，在搅拌时容易出现结团现象，无法实现均匀分散，影响到抗凝冰型沥青混合料的抑制冰雪结冰效果5。因此，需要确定合理的材料投放顺序，以及最佳搅拌时间，经过试验验证，最终获取到的最佳制备工艺。（1）加入石料与纤维，采用干拌的方式，搅拌时间控制在30 s。（2）加入沥青，拌和时间控制在20 s；最后，加入抗凝冰材料、矿粉，拌和时间控制在60 s，并出料。将该工艺制作而成的抗凝冰型混合料，分别进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及高温稳定性试验，以验证其路用性能，试验结果见表2。江西建材试验与研究402023年6 月由表2 可知，所有试验结果均满足设计指标要求，且路用性能最佳，具有良好的防病耐久性。1.2 现场制备工艺本研究采用现场搅拌器制备抗凝冰型沥青混合料，使混合料中的骨料与沥青充分拌和均匀。在室内制备工艺的材料添加顺序基础上，需要进一步确定现场拌和时间，假设搅拌轴转速为 N0（r/min），则拌和时间 t（s）的计算表达式如下：（1）式中：ix为抗凝冰型沥青混合料拌和均匀时抗凝冰型材料的浓度（%）；N为同一横断面桨叶数；kB为搅拌轴转动一圈时对应的材料交换系数，本研究为0.03；为拌和材料的充盈率（%），本研究为53%。由式（1）可知，ix取决于现场搅拌器的结构参数以及使用参数，而混合料质量取决于 t与。本研究采用的现场搅拌器为西筑沥青搅拌站，其额定生产能力为240 t/h，容量为3 000 kg，N0为45 r/min。抗凝冰型沥青混合料的沥青含量为6.1%，技术指标要求误差在0.3%以内，代入相关参数，可计算得到搅拌时间 t为33.5 s，此时抗凝冰型沥青混合料可以达到均匀状态6。2 工程应用2.1 工程概况S公路全线总长为57.6 km，其中桥梁工程30余座，为典型的山区公路。公路所在地区从11 月至次年3 月进入降雪期，气温较低，对路面交通造成了较大的安全隐患。由于公路桥面处于风口位置，路面降雪基本呈冰雪冰冻状态。为有效解决路面降雪冰冻造成的交通安全问题，选择使用抗凝冰型沥青混合料进行路面铺装作业。2.2 设备配套本工程设备配套中，应保证各类施工机械相互配合，现场施工中，应根据施工具体流程与条件选择应用相应的主导机械和主要机械，通过配套组合方式将机械功能最大化。抗凝冰型沥青设备配套机械包含：（1）主导机械。在施工作业中主导机械设备主要负责主要施工工序，抗凝冰型沥青混合料施工中，摊铺机是成套设备组合应用中的主导设备机械。（2）主要机械。该设备为施工作业中次要设备，其应用必须完全服从主导机械设备要求，并根据抗凝冰型沥青施工工序进行作业，常用的主要设备包含抗凝冰型沥青混合料拌和站、运料车、压路机和装载车等。多种类型的主要设备需要根据摊铺机施工作业需求进行合理调配，从而保证混合料拌和供给、混合料运输保存与路面压实等作业的有序进行，保证抗凝冰型沥青路面施工满足设计要求。（3）辅助机械。该类型设备在抗凝冰型沥青路面施工中主要承担工程保证性工作，其全程参与施工作业，辅助机械设备包含沥青洒布机和切缝机等。2.3 施工流程（1）设备配套施工中，主要机械摊铺机需要根据摊铺区表2 抗凝冰型沥青混合料试验结果浸水马歇尔试验（稳定度/kN）冻融劈裂强度/MPa高温稳定性/（次 mm-1）未浸水浸水残留稳定度设计指标未冻融冻融冻融劈裂强度比%设计指标车辙试验动稳定度设计指标16.1015.898851.181.169680131683000域的宽度选择相应的作业方式，目前常用的摊铺方式有单机摊铺、双机摊铺、三机摊铺和四机摊铺等。本工程施工路面宽度为11 m，因此可选择双机摊铺方式进行作业，摊铺作业中，应尽量选择相同型号的机器进行作业，从而保证机器的施工振动与振捣频率一致。在 S公路摊铺作业中，使用两台 VOLVO ABG8820B型摊铺机进行梯队摊铺作业，摊铺速度为3 m/min。摊铺机的非接触平衡梁安装了超声波声纳传感器和控制系统，当底层路面发生高度变化时，系统会根据传感器信号进行调整，保证底层路面的均化，同时，摊铺机会通过液压油缸进行路面调平，满足施工设计的平整度要求。S公路抗凝冰型沥青路面施工中，设定摊铺机振动器频率为1533 Hz，为保证路面具有良好的压实度，设定振捣梁频率为15 Hz。（2）抗凝冰型沥青施工中，混合料拌合机应根据摊铺速度、路面工程量和施工周期进行综合分析，以确定准确的拌合料生产量。S公路抗凝冰型沥青混合料拌和中，使用西筑集装箱式 J3000 搅拌设备，搅拌设备工作中，确定了相应的振动筛选用参考标准，详见表3。表3 振动筛选用参考表mm标准筛筛孔2.364.759.516振动筛筛孔461119（3）混合料搅拌中所需细集料量占比较大，但由于细集料粒径较小，因此，长时间进行筛选作业会导致小孔径出现堵塞情况，为提高筛选效率，搅拌设备的筛网尺寸需要控制在0.075、2.36、4.75 mm，选择超过级配最大粒径尺寸的筛网，最终保证各档热料及时入仓。在抗凝冰型沥青混合料拌和前应进行系统调试，通过系统标定相应的物料重量与相应的流量，确定相应的冷料仓流量与频率关系，并根据关系变化对拌和站的沥青混合物计量冷料计量系统进行及时调节，防止在拌和中出现窜仓和混仓的情况。（4）压实机械作业中，应根据抗凝冰型沥青路面摊铺厚度、路面压实度要求选择相应的压实机型号。抗凝冰型沥青路面压实作业中应严格根据作业温度标准进行施工，具体要求见表4。表4 抗凝冰型沥青路面压实作业温度要求施工工序技术要求运输到现场温度165摊铺温度160初压开始温度150压实结束路表温度110本次压实作业中使用两台 VOLVO DD138 双钢轮压路机静碾压2遍，初压阶段行进速度为2 km/h，复压阶段行进速度为6 km/h，压实6 遍，终压阶段行进速度为5 km/h，压实2 遍。（5）运料车运输中应根据拌和站搅拌设备生产能力满足相应的运输能力。本次抗凝冰型沥青混合料运输中选择使用一汽重卡，考虑到抗凝冰型沥青路面摊铺中对温度要求较高，因（下转第43 页）江西建材试验与研究432023年6 月料用量变化的波动较小，均与基准样接近。锂渣的火山灰活性比粉煤灰要高，所以掺入混合料的混凝土强度没有单掺锂渣时高。由于锂渣的存在，弥补了粉煤灰活性不足的缺点，掺入混合料的混凝土强度没有单掺粉煤灰时下降明显。粉煤灰的填充作用不仅可以作用于再生骨料，还可以作用于锂渣。部分粒径较小的粉煤灰可以填充于锂渣的孔隙中，减少锂渣对于拌和水和减水剂的吸附15。所以，掺入锂渣-粉煤灰混合料后混凝土的坍落度变化不大。3 结论（1）随着火山岩粉掺量的增加，混凝土的28 d抗压强度和坍落度均呈下降趋势。（2）粉煤灰掺量为5%时，混凝土的28 d抗压强度和基准样基本持平，但随着粉煤灰掺量的继续增加，混凝土的28 d抗压强度下降速度加快，混凝土的坍落度随粉煤灰掺量的增加而增大。（3）当锂渣掺量小于15%时，混凝土的28 d抗压强度仍高于基准样，混凝土的坍落度随着锂渣掺量的增加而显著下降。（4）锂渣-粉煤灰混合料能显著改善单一混合料的不足，掺入混合料后，混凝土的28 d抗压强度和坍落度均在小范围波动，性能稳定。参考文献 1 陆宁，陆路，李萍，等.中国城市建筑垃圾产量计算及预测方法J.长安大学学报（社会科学版），2008（3）：79-82.2 杜磊，郭启龙，高敏，等.再生微粉复合胶凝体系 C40 混凝土的制备及性能研究J.新型建筑材料，2022，49（10）：59-64.3 马昆林，孟维琦，申景涛，等.再生微粉性能激活研究及应用进展J/OL.材料导报：1-29.4 时成林，李文杰，关城，等.二灰稳定建筑固废碎石基层试验研究J.吉林建筑大学学报，2023，40（1）：19-24，72.5 来小勇，毛雪松，吴谦，等.建筑垃圾再生填料在绿道路基中的应用J.路基工程，2022（5）：76-80.6 凌刚，徐智勇，胡亮，等.再生砂和再生粉对干粉砂浆工作性和力学性能的影响J.混凝土与水泥制品，2023（5）：95-98，102.7 马加存，杨永富，段淑芸，等.混合再生细骨料水泥砂浆性能试验研究J.混凝土与水泥制品，2022（9）：92-94，105.8 宋宇峰，张恩强，贺阳，等.预湿与附加用水组合处理方式下高红砖含量再生粗骨料替代率对 C20 混凝土性能影响研究J.混凝土，2023（2）：7-9，14.9 杨帆，张喆，姜维，等.建筑垃圾再生泡沫混凝土性能及其成孔机理研究J.新型建筑材料，2022，49（8）：112-115，171.10 元成方，李好飞，郭稼祥.纳米硅溶胶改性混合再生骨料混凝土的力学性能J.材料科学与工程学报，2022，40（4）：580-584.11 邓文武.几种火山岩火山灰活性及反应程度的研究D.南昌：华东交通大学，2014.12 柯晓军，叶春颖，陈世杰，等.石粉含量及机制砂取代率对再生粗骨料混凝土流动性和抗压强度的影响J.混凝土，2020（6）：106-108，112.13 刘数华，方坤河，申海莲，等.粉煤灰对混凝土的需水量、坍落度和泌水性的影响J.粉煤灰综合利用，2005（3）：47-48.14 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蔡广楠，赵佩，王铁水，等.沥青路面用抗凝冰疏水涂层的性能评价J.广东建材，2022，38（8）：12-14.6 盛明乾.抗凝冰沥青路面在泰山景区天外村旅游公路的应用 J.云南化工，2019，46（7）：117-118.（上接第40 页）