溫拌劑對排水性瀝青混合料性能的影響

鄭曉光，張 瑜

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海200092)

目前，城市道路路面多采用密實、不透水材料鋪筑，雨天路表大量積水，嚴重影響車輛和行人的安全性與舒適性，而排水性瀝青路面可以迅速排除路表積水，防止雨天駕駛易產(chǎn)生的飛濺、眩光、水漂等現(xiàn)象，提高雨天行車的安全性［1-2］。同時，排水性瀝青路面還可以有效降低交通噪音，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，提高人們出行的舒適性。為了保證排水性瀝青路面優(yōu)良的功能和良好的路用性能，需采用高黏度改性瀝青，這樣提高材料的施工黏度，增加了施工難度，較普通瀝青路面，排水性瀝青路面施工溫度高，而且排水性瀝青路面具有20%的空隙率，這導(dǎo)致混合料施工過程中溫度下降過快，對施工環(huán)境溫度要求苛刻，低溫難以施工;同時排水性瀝青路面施工溫度高，能耗大，不符合我國當(dāng)前倡導(dǎo)的綠色生態(tài)的建設(shè)理念。這些問題在一定程度上阻礙了排水性瀝青路面的推廣與發(fā)展［1］。

針對排水性瀝青路面，在保證路面工程質(zhì)量的前提下，需要降低瀝青黏度，減小施工難度，保證低溫施工，降低排放。瀝青混合料溫拌劑是實現(xiàn)瀝青混合料在相對較低的溫度下進行拌和施工的特殊添加劑。

溫拌劑在AC瀝青路面與SMA瀝青路面都有應(yīng)用［3-4］，但是在排水性瀝青路面中應(yīng)用較少，溫拌劑降溫效果、最佳施工溫度及對混合料性能的影響缺乏全面研究，而且排水性瀝青路面采用高黏度改性瀝青［5］，集料級配與其他混合料不同，所以難以借鑒其他類型材料的研究成果。筆者通過一系列的試驗研究不同類型溫拌劑對排水性瀝青混合料施工壓實特性和路用性能的影響。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料的選擇

粗集料選用堅硬的輝綠巖，細集料選用潔凈機制砂，集料級配采用 OGFC-13級配，設(shè)計級配見表1;瀝青結(jié)合料采用高黏度改性瀝青，瀝青用量為4.9%(油石比);溫拌劑選用目前應(yīng)用較多的兩類代表產(chǎn)品:表面活性類溫拌劑A，用量為瀝青質(zhì)量的10%;石蠟降黏劑類溫拌劑B，用量為瀝青質(zhì)量的3%。

表1 排水性瀝青混合料的設(shè)計級配Table 1 Design grade of porous asphalt mixture

1.2 試驗方法

1.2.1 擊實試驗方法

在不同的溫度下拌制排水性瀝青混合料［6］，其中熱拌排水性瀝青混合料的拌制溫度分別為175，165，155，145℃;溫拌排水瀝青混合料A(摻溫拌劑A)及溫拌排水瀝青混合料B(摻溫拌劑B)的拌制溫度分別為165，155，145，135，125 ℃。通過馬歇爾標準擊實試驗，測定排水性瀝青混合料的體積指標，評價不同溫拌劑對排水性瀝青混合料壓實特性的影響，確定溫拌排水性瀝青混合料的最佳施工溫度，馬歇爾擊實成型試驗按照JTG E 20—2011，T 0702—2011進行。

1.2.2 高溫穩(wěn)定性試驗方法

在最佳施工溫度下成型排水性瀝青混合料車轍試件。通過高溫車轍試驗來分析不同類型溫拌劑對排水性瀝青混合料抗車轍能力的影響，車轍試驗按照JTG E 20—2011，T 0719—2011進行。

1.2.3 水穩(wěn)定性試驗方法

在最佳施工溫度下成型排水性瀝青混合料馬歇爾試件。通過凍融劈裂試驗來評價不同類型溫拌劑對瀝青混合料抗水損害能力的影響，凍融劈裂試驗按照JTG E 20—2011，T 0729—2000進行。

1.2.4 低溫彎曲試驗方法

在最佳施工溫度下成型排水性瀝青混合料車轍試件，然后將其切割成瀝青混合料梁(尺寸為250 mm×30 mm×35 mm，跨徑為200 mm)，采用應(yīng)變控制，在－10℃條件下進行低溫彎曲試驗，測定溫拌排水性瀝青混合料破壞應(yīng)變，評價不同溫拌劑對瀝青混合料低溫抗裂性能的影響。低溫彎曲試驗按照JTG E20－2011，T 0715－2011進行。

2 試驗結(jié)果與試驗分析

2.1 擊實試驗

瀝青混合料的壓實性能好壞主要由在試驗溫度下通過壓實作用能否達到設(shè)計空隙率來判斷。排水性瀝青混合料設(shè)計空隙率按照20%控制。由于排水性瀝青混合料材料設(shè)計采用馬歇爾方法，所以擊實試驗采用馬歇爾擊實試驗，不同溫度下排水性瀝青混合料的空隙率見圖1。

圖1 不同溫度下排水性瀝青混合料的空隙率Fig.1 Air void of porous asphalt mixture at different temperatures

由圖1可以看出，在滿足設(shè)計空隙率前提下，熱拌排水性瀝青混合料最佳拌和溫度為170℃左右。而不同的溫拌排水性瀝青混合料最佳拌和溫度不同，溫拌排水性瀝青混合料A，最佳拌和溫度為140℃左右;溫拌排水性瀝青混合料B，最佳拌和溫度為155℃左右。即，相對于熱拌排水性瀝青混合料，溫拌劑A可以降低拌和溫度30℃左右，溫拌劑B可以降低拌和溫度15℃左右?？梢?，溫拌劑A對排水性瀝青混合料降溫作用大于溫拌劑B。

按照最佳拌和溫度拌制排水性瀝青混合料，成型馬歇爾試件，進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗、謝倫堡瀝青析漏試驗與肯塔堡飛散試驗，試驗結(jié)果見表2。可見，都滿足規(guī)范［7］要求。

表2 排水性瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果Table 2 Results for Marshall test of porous asphalt mixture

2.2 高溫穩(wěn)定性試驗

車轍試驗結(jié)果見表3。

表3 高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果Table 3 Results for high temperature stability test

對試驗結(jié)果進行一維方差分析和均值比較。一維方差分析中，預(yù)設(shè)顯著性水平α=0.05，以“動穩(wěn)定度”作為響應(yīng)變量;以“溫拌劑類型”作為影響因素。車轍試驗方差分析結(jié)果見表4。

表4 方差分析結(jié)果Table 4 Results for analysis of variance

表4表明，“溫拌劑類型”因素檢驗的顯著性概率P值為5.14E－7，小于預(yù)設(shè)的顯著性水平0.05。由此判定:“溫拌劑類型”對“動穩(wěn)定度”具有顯著性影響［6］。

對因素“溫拌劑類型”的3個水平進行相應(yīng)均值比較，分析3水平間均值差異的顯著性。預(yù)設(shè)顯著性水平α=0.05，對比結(jié)果見表5。

表5 3水平間動穩(wěn)定度均值比較Table 5 Results of three comparisons of means

均值比較結(jié)果表明，熱拌排水性瀝青混合料的動穩(wěn)定度與溫拌排水性瀝青混合料A的動穩(wěn)定度沒有顯著差異，而與溫拌排水性瀝青混合料B的動穩(wěn)定度差異顯著;同時，溫拌排水性瀝青混合料A的動穩(wěn)定度與溫拌排水性瀝青混合料B有顯著差異。由此可以判定:相對于熱拌排水性瀝青混合料，溫拌排水性瀝青混合料A抗車轍能力沒有顯著變化，而溫拌排水性瀝青混合料B抗車轍能力明顯增強［6］。

2.3 水穩(wěn)定性試驗

凍融劈裂強度比TSR=R2/R1，凍融劈裂試驗結(jié)果見表6。

表6 水穩(wěn)性和－10℃時低溫彎曲試驗結(jié)果Table 6 Results of split test and bending test at －10℃

試驗結(jié)果表明，相對于熱拌排水性瀝青混合料，溫拌排水性瀝青混合料A的TSR略有提高，變化不大;而溫拌排水性瀝青混合料B的TSR有所降低。由此判斷，溫拌劑A可以一定程度地提高排水性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，而溫拌劑B卻降低排水性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，增大水損害的風(fēng)險。

2.4 低溫彎曲試驗

低溫彎曲試驗結(jié)果見表6。對低溫彎曲試驗結(jié)果進行一維方差分析。一維方差分析中，預(yù)設(shè)顯著性水平α=0.05，以“低溫破壞應(yīng)變”作為響應(yīng)變量;以“溫拌劑類型”作為影響因素，方差分析結(jié)果見表7。

表7 一維方差分析計算結(jié)果Table 7 Results for one-way analysis of variance

表7表明，“溫拌劑類型”因素檢驗的顯著性概率P值為6.49E－4，小于預(yù)設(shè)的顯著性水平0.05。由此確定［6］:“溫拌劑類型”對“低溫破壞應(yīng)變”具有顯著性影響。

對因素“溫拌劑類型”的3個水平進行相應(yīng)均值比較，分析3個水平間均值差異的顯著性。預(yù)設(shè)顯著性水平α=0.05，結(jié)果見表8。

表8 多水平間均值比較Table 8 Results of multiple comparisons of means

表8表明:

1)熱拌排水性瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變與溫拌排水性瀝青混合料A的低溫破壞應(yīng)變沒有顯著差異，而與溫拌排水性瀝青混合料B的低溫破壞應(yīng)變有顯著差異。

2)溫拌排水性瀝青混合料A的低溫破壞應(yīng)變與溫拌排水性瀝青混合料B有顯著差異。由此可以判定［6］:溫拌劑A對溫拌排水性瀝青混合料低溫抗裂性沒有顯著影響，而溫拌劑B可顯著降低溫拌排水性瀝青混合料的低溫抗裂性。

3 結(jié)語

1)通過馬歇爾標準擊實試驗，溫拌劑可以顯著降低排水性瀝青混合料施工拌和溫度，不同的溫拌劑降溫幅度不同，使用溫拌劑A，混合料施工拌和溫度可以降低30℃左右，而使用溫拌劑B，混合料施工拌和溫度可以降低15℃左右。從降溫效果而言，溫拌劑A優(yōu)于溫拌劑B。

2)不同類型溫拌劑對排水性瀝青混合料性能影響不同，不同類型溫拌劑適用條件也不相同。溫拌劑A對排水性瀝青混合料路用性能沒有顯著影響，可以直接應(yīng)用到排水性瀝青路面中;而溫拌劑B雖然提高了排水性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，但卻降低了水穩(wěn)定性與低溫抗裂性，需要通過其他手段提高混合料的水穩(wěn)定性與低溫抗裂性，或者用于高溫少雨地區(qū)。

［1］ 孫立軍.瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2000:205-230.

［2］ 呂偉民.瀝青混合料設(shè)計手冊［M］.北京:人民交通出版社，2007:158-174.

［3］ Graham C H，Brian D P.Evaluation of EVOTHERM for Use in Warm Mix Asphalt［R］.Alabama:NCAT，2006:5-16.

［4］ Graham C H，Brian D P.Evaluation of SASOBIT for Use in Warm Mix Asphalt［R］.Alabama:NCAT，2005:10-26.

［5］ 樊統(tǒng)江，田文玉，徐棟良.排水瀝青混合料配合比對磨耗和飛散特性的影響［J］.建筑材料學(xué)報，2007，10(4):435-439.

Fan Tongjiang，Tian Wenyu，Xu Dongliang.Influence of mix proportion on abrasion and stripping characteristics of drainage asphalt pavement［J］.Journal of Building Materials，2007，10(4):435-439.

［6］ 任露泉.試驗優(yōu)化設(shè)計與分析［M］.北京:高等教育出版社，2003:45-76.

［7］ DG/TJ 08-2074—2010道路排水性瀝青路面技術(shù)規(guī)范［S］.上海:上海市建筑建材業(yè)市場管理總站，2010.

［8］ 季節(jié)，徐世發(fā)，羅曉輝.重復(fù)再生瀝青混合料及溫拌瀝青混合料性能評價［M］.北京:人民交通出版社，2010:136-194.