不同溫拌外加劑對瀝青混合料的降溫效果研究

車常偉，高曉月，陳景雅，陳 俊

（河海大學土木與交通學院，江蘇南京210098）

隨著高等級道路的不斷發(fā)展，瀝青路面已成為主要的路面形式。我國的瀝青路面大多采用熱拌瀝青混合料，這種混合料在拌和、攤鋪及碾壓時需要較高的溫度，因而不僅需要消耗大量的能源，而且排出大量的廢氣和粉塵，影響周圍的環(huán)境質量和施工人員的身體健康，同時較高的溫度還會使瀝青產(chǎn)生熱老化而影響路用性能。溫拌瀝青混合料較熱拌瀝青混合料其燃料消耗量降低20%～30%，攤鋪、碾壓過程中煙氣排放減少50%以上[1-3]。

溫拌瀝青混合料的關鍵技術是溫拌外加劑，溫拌外加劑主要是通過降低瀝青膠結料的黏度，從而降低其溫度[4-5]，然而，國內外對溫拌瀝青混合料的研究還處于探索階段，本文主要是研究溫拌外加劑對瀝青混合料的降溫效果，通過實驗比較出降溫效果比較好的溫拌外加劑，從而對溫拌瀝青路面中溫拌外加劑的選用提供參考，也為推動溫拌技術的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

本研究所使用的粗、細集料均為玄武巖，其中：1#料規(guī)格為10～15 mm，2#料規(guī)格為5～10 mm，3#料規(guī)格為3～5 mm，4#料規(guī)格為0～3 mm；瀝青為SBS改性瀝青。各集料的配合比例分別為30%，32%，5%，28%，其中礦粉的含量為5%，油石比為5.1%。

1.2 試驗方法

本研究所用試驗的具體添加流程如下：①用拌鏟將干拌后的石料拉成一斜面，露出拌鍋底部，同時將熱瀝青倒入露出的拌鍋底部；②將拌合槳下降到正好可以將燒杯或紙杯探入的位置，將添加劑倒在瀝青液面上，盡量避免倒在石料上；③繼續(xù)下降攪拌槳，開始拌合，其余同熱拌瀝青混合料。拌合示意圖如圖1所示。

試驗中，由于需要準確地控制混合料的成型溫度，因此，在混合料拌和之后均放入恒溫烘箱中，在目標溫度下養(yǎng)護2 h，并在成型時控制溫度以確?；旌狭系某尚蜏囟仍谀繕藴囟鹊摹?℃范圍內。采取烘箱養(yǎng)護2 h的方法，此方法是借鑒了Superpave規(guī)范中有關旋轉壓實試件成型前的養(yǎng)護方法[6]，兼有模擬混合料在生產(chǎn)及運輸過程中短期老化的目的。

圖1 添加劑添加方式示意圖Fig.1 Schematic diagram of additive methods

2 結果及討論

2.1 DAT溫拌外加劑

DAT溫拌外加劑是美國新開發(fā)的一項技術，采用了化學外加劑和瀝青分散技術。此種外加劑能夠提高瀝青與集料的裹覆能力及混合料和易性、提高粘附力等作用，并分散在含有70%的瀝青的乳狀液中。與傳統(tǒng)瀝青不同的是，DAT外加劑在80℃的情況下儲存。當它與熱集料拌和的時候，乳液中的水以蒸汽的形式釋放出來，使其形成與熱拌瀝青相似的對集料的裹覆情況[7]。

本研究是根據(jù)經(jīng)驗選取5.1%的油石比進行不同溫度下的馬歇爾擊實試驗，其中，溫拌外加劑與瀝青的摻加比例為添加劑 ∶瀝青=10 ∶90[8]，集料的加熱及拌合溫度如表1所示。

拌合完成后，在拌合的瀝青混合料放入烘箱中保溫至所需溫度，然后進行馬歇爾擊實試驗，試驗結果如表2所示。

表1 瀝青、集料加熱及拌合溫度Tab.1 The temperature of asphalt，aggregate heating and mixing

表2 不同溫度下的DAT溫拌瀝青馬歇爾擊實試驗結果Tab.2 The result of DAT warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

根據(jù)以上結果，對比溫拌瀝青試驗結果，發(fā)現(xiàn)相同溫度條件下，DAT溫拌瀝青混合料密度得到了提高，相應的空隙率降低，且150℃的馬氏空隙率接近規(guī)范要求，說明DAT降溫效果相對較好。

2.2 殼牌溫拌瀝青

殼牌溫拌瀝青屬于第三代溫拌技術，是一種新型溫拌技術。其性能符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）的相關規(guī)定。其檢測/檢驗方法可參照普通熱瀝青結合料相應檢測/檢驗方法，殼牌公司總結現(xiàn)有的應用成果，參考Shell Bitumen（殼牌瀝青）在歐洲的研究資料、NCAT的研究報告和調查數(shù)據(jù)以及我國的國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范，完成了一份規(guī)范和指導溫拌瀝青混合料的設計、施工和竣工驗收，保證采用溫拌技術施工路面質量的技術指南。

本研究是根據(jù)經(jīng)驗選取5.1%的油石比進行不同溫度下的馬歇爾擊實試驗，拌合完成后，在烘箱中保溫至所需溫度，然后進行馬歇爾擊實試驗，試驗結果如表3所示。

表3 不同溫度下殼牌溫拌瀝青馬歇爾擊實試驗結果Tab.3 The result of Shell warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

由實驗結果可以看出，相同溫度條件下，殼牌溫拌瀝青空隙率比DAT溫拌瀝青試件空隙率大，降溫效果有較大差別。為保證試驗結果的準確性，對此類溫拌瀝青降溫效果進行進一步驗證。由于油石比采用5.1%時空隙率偏大，因此，結合經(jīng)驗將油石比提高，以使空隙率接近規(guī)范值。選取5.3%的油石比進行不同溫度下的馬歇爾擊實試驗，拌合完成后，在烘箱中保溫至所需溫度，然后進行馬歇爾擊實試驗，試驗結果如表4所示。

表4 不同溫度下的殼牌溫拌瀝青馬歇爾擊實試驗結果Tab.4 The result of Shell warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

由于馬歇爾試件的空隙率試驗結果不滿足規(guī)范要求，而且結果差別比較大。同時，在試驗室發(fā)現(xiàn)當擊實溫度為145℃時，混合料的插搗還比較困難，熱搗棒上還粘有很多集料，155℃時，僅達到與要求的接近位置，與達到相似空隙率的Sasobit添加劑的溫度（145℃）相差10℃。根據(jù)以上結果可見殼牌溫拌瀝青的降溫效果相對比較差。

2.3 Sasobit溫拌外加劑

Sasobit技術在國內外應用較多，自1997年以來已有超過142個工程使用溫拌添加劑Sasobit，鋪筑面積達2 271 499 m2，工程涉及到澳大利亞、比利時、中國、捷克、丹麥、法國、德國、匈牙利、意大利、馬來西亞、荷蘭、新西蘭、俄羅斯、南非、瑞典、瑞士、英國、美國等國家。

Sasobit的優(yōu)點是在經(jīng)濟性和使用方便上。Sasobit可以增加瀝青的高溫穩(wěn)定性，代替改性劑，較乳化瀝青具有經(jīng)濟上的優(yōu)勢。同時，Sasobit可以直接添加，使用方便。且在使用溫度下，Sasobit改性瀝青的抗車轍能力增強。此外，據(jù)Sasol-Wax公司報道，在同樣的滾輪荷載下，其壓實性與非改性瀝青相比有所增加。Sasol-Wax公司建議加入混合料質量的3%的Sasobit，以使粘度降到所需的標準，并且不應超過4%，以免對膠結料的低溫性能產(chǎn)生不良影響[9]。

結合國內外大量研究以及對Sasobit溫拌瀝青試驗研究，本研究首先對3%摻量Sasobit溫拌瀝青進行馬歇爾擊實試驗，油石比采用5.3%，研究其降溫效果。試驗結果如表5所示。

由實驗結果可以看出，在相同溫度條件下，Sasobit溫拌瀝青混合料試件的空隙率明顯小于殼牌溫拌瀝青，降溫效果明顯。根據(jù)以上結果，對比溫拌瀝青試驗結果，發(fā)現(xiàn)不同溫度的馬氏密度都得到了提高，相應的空隙率降低了，可以滿足施工技術規(guī)范[10]的要求，而且145℃的馬氏空隙率接近規(guī)范要求。

表5 不同溫度下Sasobit溫拌瀝青馬歇爾擊實試驗結果Tab.5 The result of Sasobit warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

2.4 RH溫拌外加劑

RH溫拌瀝青技術是基于交通運輸部公路科學研究院開發(fā)的RH瀝青溫拌改性劑研發(fā)的成套技術，通過使用RH溫拌改性劑材料制備溫拌瀝青，達到節(jié)能減排（ES型）和低溫季節(jié)施工（CW型）促進壓實的目的。RH溫拌瀝青技術具有國際前沿溫拌技術的絕大多數(shù)優(yōu)點與特性，在確保節(jié)能環(huán)保效果的前提下，不降低熱拌瀝青混合料各種路用性能；同時，與國內外常用的同類產(chǎn)品相比，公路院RH溫拌技術還有以下優(yōu)勢：與瀝青相容性和溶解分散特性更好，加工時只需簡單攪拌即可與瀝青混融均勻；與國外同類添加劑產(chǎn)品相比，溫拌效果相當[11]。

由于Sasobit溫拌外加劑效果較好，對RH溫拌外加劑進行馬歇爾擊實試驗，與Sasobit溫拌外加劑進行對比研究，研究其效果。為保證試驗具有對比性，本研究采用5.3%的油石比，進行不同溫度下的馬歇爾擊實試驗，所得試驗結果如表6所示。

表6 不同溫度下RH溫拌瀝青馬歇爾擊實試驗結果Tab.6 The result of RH warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

由實驗結果可以看出，在相同溫度和相同條件下，Sasobit溫拌瀝青試件空隙率最小，達相同空隙率時，Sasobit的溫度最低，降溫效果最為明顯，與DAT溫拌瀝青效果相近。

3 結論

1）由馬歇爾的實驗結果可以看出，同一種相同質量添加劑的馬歇爾試件的空隙率會隨著溫度的提高而逐漸的減小。

2）在相同溫度條件下殼牌溫拌瀝青的馬歇爾試件的空隙率比較大，降溫效果不是很理想。

3）在相同溫度和相同條件下Sasobit溫拌瀝青試件空隙率最小，當達到相同空隙率時，Sasobit的溫度最低，降溫效果最為明顯，降溫幅度可以達到30℃左右。

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