C T 4 0溫拌改性瀝青S MA試驗(yàn)研究

周 進(jìn)

（江蘇省交通運(yùn)輸廳公路局，江蘇 南京 210004）

在工程建設(shè)中，環(huán)境因素越來(lái)越受到重視，許多研究機(jī)構(gòu)都將重點(diǎn)放在研究低碳環(huán)保型產(chǎn)品和技術(shù)方面。因此，溫拌瀝青混合料技術(shù)以其節(jié)能減排的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)一直被關(guān)注，到目前為止，已形成了泡沫瀝青溫拌技術(shù)、有機(jī)添加劑溫拌技術(shù)和表面活性溫拌技術(shù)[1]。盡管溫拌瀝青混合料技術(shù)的發(fā)展多樣化，但有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)始終不變，即溫拌改性功能。研究結(jié)果表明，不論是已經(jīng)成熟的還是正在研究的溫拌技術(shù)，都是在尋找某種更加合適的溫拌劑或者實(shí)現(xiàn)溫拌的方法來(lái)改善瀝青混合料的性能，使道路工程的建設(shè)更經(jīng)濟(jì)、更方便[2]。

新型的德國(guó)產(chǎn)溫拌改性劑CT40在我國(guó)的應(yīng)用還處于初始階段，目前僅應(yīng)用在改性瀝青SMA混合料中。本文針對(duì)SMA中添加CT40的技術(shù)進(jìn)行初步的研究，旨在為其在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用提供可供借鑒的數(shù)據(jù)和結(jié)論。

1 材料選取及溫拌瀝青混合料溫度控制

1.1 原材料的選取

室內(nèi)試驗(yàn)采用的礦料均來(lái)自拌合站，瀝青為SBS改性瀝青，溫拌劑為CT40，呈灰色顆粒狀，由60%的木質(zhì)素纖維和40%的功能化合物組成。礦料、瀝青的基本性質(zhì)和礦料級(jí)配見(jiàn)表1和表2。原材料的各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

表1 集料及瀝青密度試驗(yàn)結(jié)果

表2 各種礦料篩分結(jié)果

1.2 溫拌劑作用及溫度控制

CT40能降低瀝青膠結(jié)料的粘度，改善瀝青混合料施工和易性，從而使混合料能在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行拌和、攤鋪和碾壓。

在SMA—13中，用CT40代替其中的木質(zhì)素纖維，添加CT40的劑量根據(jù)熱拌SMA中木質(zhì)素纖維的用量以及CT40中木質(zhì)素纖維所占百分比反算得出。由于熱拌SMA中木質(zhì)素纖維占0.3%，所以CT40劑量為0.5%。在固定級(jí)配和CT40用量的情況下，分別采用不同的拌和擊實(shí)溫度制備馬歇爾試件，觀察其孔隙率的變化規(guī)律，進(jìn)而確定最合適的拌和施工溫度[3]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的最佳拌和溫度為150～165℃，試件開(kāi)始擊實(shí)溫度為140～145℃，比熱拌改性瀝青混合料SMA—13降低了20～25℃。

2 配合比設(shè)計(jì)

采用馬歇爾方法確定CT40溫拌瀝青混合料SMA—13（下文各表中A）和熱拌瀝青混合料SMA—13（下文各表中B）的配合比，先通過(guò)初試級(jí)配體積分析和馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)確定礦料配合比及油石比（如表3所示），再分別成型溫拌及熱拌混合料馬歇爾試件，其體積指標(biāo)如表4所示。

表3 礦料配合比及油石比

表4 溫拌與熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表4中添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料的各項(xiàng)體積指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料與熱拌改性瀝青SMA—13相比，馬歇爾穩(wěn)定度有明顯提高，即試件抵抗破壞的能力有所提高，混合料其他體積指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

3 路用性能試驗(yàn)

瀝青混合料作為瀝青路面的面層材料，在使用過(guò)程中將承受車(chē)輛荷載反復(fù)作用以及環(huán)境因素的影響。為保證其良好的路用性能，瀝青混合料應(yīng)具有足夠的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗老化性能和抗滑性等技術(shù)性能，以保證瀝青路面優(yōu)良的服務(wù)性能，經(jīng)久耐用[4]。

針對(duì)添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料，對(duì)比熱拌改性瀝青SMA—13混合料，進(jìn)行高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)和水穩(wěn)定性試驗(yàn)。

3.1 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

在車(chē)轍試驗(yàn)過(guò)程中，瀝青混合料試件上輪跡的產(chǎn)生和發(fā)展都與實(shí)際瀝青路面車(chē)轍的產(chǎn)生和發(fā)展十分類(lèi)似。同時(shí)，大量試驗(yàn)也表明，車(chē)轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度與瀝青路面的高溫穩(wěn)定性有著良好的相關(guān)性，故采用車(chē)轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度作為高溫性能控制指標(biāo)[5]。

車(chē)轍試驗(yàn)方法首先是由英國(guó)運(yùn)輸與道路研究實(shí)驗(yàn)所開(kāi)發(fā)的，并經(jīng)過(guò)了法國(guó)、日本等國(guó)道路工作者的改進(jìn)和完善。車(chē)轍試驗(yàn)是一種模擬車(chē)輛輪胎在路面上滾動(dòng)形成車(chē)轍的工程試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果比較直觀。目前我國(guó)都是采用標(biāo)準(zhǔn)方法成型瀝青混合料板塊狀試件，在試驗(yàn)溫度為60℃，輪壓為0.7MPa的條件下，試驗(yàn)輪以42次/min的頻率沿試件表面反復(fù)作用形成車(chē)轍[6]。

本試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)方法分別對(duì)添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料和熱拌改性瀝青SMA—13混合料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 溫拌與熱拌改性瀝青SMA—13混合料動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)比

從表5可以看出，添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到4 687次/mm，滿足規(guī)范要求的不小于3 000次/mm，試驗(yàn)證明其高溫穩(wěn)定性能滿足使用要求。另外，從表中可以看出其動(dòng)穩(wěn)定度略大于普通熱拌改性瀝青SMA—13混合料，表明添加CT40后，溫拌改性瀝青SMA—13混合料在成型溫度降低20～25℃條件下其抗車(chē)轍效果不亞于改性瀝青SMA—13混合料在160℃條件下的效果，甚至更好。

3.2 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

瀝青混合料的水穩(wěn)定性不足，即水損害是瀝青混凝土路面早期破壞的主要形式，其主要原因是周邊的水或水汽滲透進(jìn)瀝青路面，使得瀝青從集料表面剝離，瀝青逐漸喪失粘結(jié)力，進(jìn)而降低了瀝青混合料的粘結(jié)強(qiáng)度，造成集料松散，導(dǎo)致路表出現(xiàn)坑槽。另外，行車(chē)引起的動(dòng)水壓力對(duì)瀝青產(chǎn)生的剝離作用也加劇了瀝青路面的水損害[7]。本文采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料進(jìn)行評(píng)價(jià)比較。

3.2.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)（試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6）

表6 溫拌與熱拌改性瀝青SMA—13混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料殘留穩(wěn)定度與熱拌改性瀝青SMA—13基本一致，滿足規(guī)范要求，因此可以推斷，該種溫拌瀝青混合料的抗水損害性能較好，所以在改性瀝青SMA—13混合料中添加CT40完全能夠滿足水穩(wěn)定性要求。

3.2.2 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)較一般的浸水試驗(yàn)條件更苛刻，故試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況比較吻合，是被廣泛使用的試驗(yàn)方法。在凍融劈裂試驗(yàn)中，將該種瀝青混合料試件分為兩組，一組試件用于常規(guī)狀態(tài)下的劈裂試驗(yàn)，另一組試件首先真空飽水，然后置于-18℃環(huán)境中冷凍16h，再在60℃水中浸泡24h，最后進(jìn)行劈裂強(qiáng)度測(cè)試。在整個(gè)凍融過(guò)程中，集料顆粒表面的瀝青膜經(jīng)歷了水的凍脹作用，導(dǎo)致瀝青從集料表面剝落，進(jìn)而混合料松散，劈裂強(qiáng)度下降。凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 溫拌與熱拌改性瀝青SMA—13混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，溫拌SMA—13混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比滿足規(guī)范要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加CT40后改性瀝青SMA—13混合料具有良好的水穩(wěn)定性。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料具有良好的路用性能。

4 結(jié)論

4.1 在改性瀝青SMA—13混合料中添加溫拌劑CT40可以降低改性瀝青SMA—13混合料拌和、攤鋪溫度20～25℃，能夠減少瀝青在高溫下的老化，降低瀝青結(jié)合料在生產(chǎn)過(guò)程中的氧化速率，有利于延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，同時(shí)能完全代替SMA混合料中添加的木質(zhì)素纖維，故其拌和、攤鋪和碾壓的施工流程和工藝可以借鑒SMA，并不增加施工難度。

4.2 添加溫拌劑CT40，具有顯著的環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，擴(kuò)大了瀝青面層的施工適宜溫度區(qū)間，減少了溫度損失，可以在氣溫低于10℃的環(huán)境下施工。

4.3 以上試驗(yàn)證明，添加CT40的改性瀝青SMA—13混合料具有良好的力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，總的來(lái)說(shuō)，其具有良好的路用性能。

[1]黃文元，秦永春.瀝青溫拌技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].上海公路，2008， （3）：1-4.

[2]徐世法.高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].公路，2005，（7）：196-198.

[3]陳靜云，馬強(qiáng).溫拌—再生改性瀝青SMA混合料性能研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：日然科學(xué)版，2012， 28（2）： 286-290.

[4]李立寒，張南鷺.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2003.

[5]沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2000.

[6]JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[7]楊樹(shù)人.溫拌添加劑對(duì)瀝青和瀝青混合料性能的影響[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2007.