Sasobit溫拌排水瀝青混合料水穩(wěn)定性研究＊

王 坤 陳景雅

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院 南京 210098）

0 引 言

溫拌瀝青混合料是一種新型的綠色道路材料，具有節(jié)能減排和改善施工環(huán)境的特點(diǎn)，目前在世界范圍內(nèi)得到廣泛的推廣和應(yīng)用［1］.隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增長和人民生活水平的不斷提高，公路運(yùn)營要求由快捷暢通向安全、美觀、舒適和環(huán)保轉(zhuǎn)變.如何提高路面的服務(wù)水平減少交通安全事故，逐漸成為我國交通部門追求的新目標(biāo)［2］.排水性路面因空隙率大、表面粗糙、構(gòu)造深度大、防滑、抗車轍降低噪聲等特點(diǎn)，在雨量比較大或噪聲要求高的地段，鋪筑該路面已受到業(yè)內(nèi)人士的普遍歡迎.排水性瀝青路面良好的透水降噪性都與瀝青混合料較大的空隙率有關(guān).反過來空隙率又影響其混合料強(qiáng)度和耐久性［3－4］.

添加劑的出現(xiàn)使得溫拌技術(shù)與排水路面的結(jié)合成為現(xiàn)實(shí)，但也有許多問題亟待解決，例如，剝落.研究發(fā)現(xiàn)剝落與車轍是導(dǎo)致溫拌瀝青混合料路用性能降低的主要因素［5］.雖然，溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性在不摻加任何抗剝落劑的前提下能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是與熱拌排水路面相比，還是有一定程度的下降［6］，所以研究溫拌排水路面的抗水損害性，顯得尤為重要.剝落是導(dǎo)致溫拌瀝青混合料路用性能降低的主要因素之一，隨著時(shí)間的推移，剝落將會(huì)帶來一系列的強(qiáng)度降低的病害，例如車轍、推移、裂縫、坑槽等［7］.因此，研究把重點(diǎn)放在了如何減輕甚至消除路面剝落的程度上來，除了瀝青和集料本身粘結(jié)作用外，恰當(dāng)?shù)募壟湓O(shè)計(jì)是預(yù)防剝落的首要條件，然而使用抗剝落劑也是非常有必要的［8］.含有消石灰的混合料因具有更好的強(qiáng)度，受車轍、水損害以及裂縫的影響較小，而得到廣泛認(rèn)可［9］.

考慮到溫拌技術(shù)與大孔隙排水瀝青路面兩者對強(qiáng)度不利影響的疊加，目前溫拌技術(shù)在排水瀝青路面上的應(yīng)用還罕有研究［10］，本文基于此，把研究的重點(diǎn)放在對Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性上.

1 原材料的選擇

1.1 瀝青

排水瀝青的大空隙結(jié)構(gòu)使其具有良好的排水功能和雨天行車安全特性，但其強(qiáng)度和耐久性必然的會(huì)受其影響而有所損失；而且孔隙率越大，排水功能越好，損失程度越大，孔隙率也會(huì)隨時(shí)間而下降，進(jìn)而影響其排水功能［11］.為了減少這種損失，本試驗(yàn)采用優(yōu)質(zhì)的瀝青膠結(jié)料——高粘瀝青，并對其各指標(biāo)進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表1.

表1 高粘瀝青檢測結(jié)果

對高粘瀝青檢測結(jié)果可得，各指標(biāo)均滿足要求［12］.

1.2 集料

溫拌排水瀝青混合料以粗集料為主，因此，粗集料質(zhì)量至關(guān)重要，它直接決定路面的抗滑性能.為保證混合料排水功能，石料外形應(yīng)具有近似立方體形狀，針片狀顆料比一般要求高，在日本要求5∶1針片狀顆粒不得超過10%，而按BS812方法則要求不超過25%［13］.對集料的磨光值有較高要求，因?yàn)榈挚鼓ス庑阅軓?qiáng)的石料作路面面層集料可提高路面防滑能力，從而可使公路交通雨天的事故減少，同時(shí)石料需有足夠的強(qiáng)度、抗壓碎性和抗沖擊性，保證路面的耐久性及其表面功能性.要求采用洛杉磯法測定的磨耗率小于25%～30%.

本試驗(yàn)所采用的粗細(xì)集料為玄武巖，礦粉為石灰?guī)r礦粉.集料的密度試驗(yàn)結(jié)果見表2.

表2 集料密度試驗(yàn)結(jié)果

粗集料、細(xì)集料、填料等的技術(shù)要求均應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40）的相關(guān)規(guī)定.

1.3 溫拌添加劑Sasobit

溫拌添加劑有顆粒狀及粉末狀2種形態(tài)，見圖1，其中粉末狀適用于在熔融狀態(tài)下?lián)饺霟岬臑r青中，顆粒狀小球可直接摻入混合料，為保證施工便利及質(zhì)量控制，推薦選用顆粒狀形態(tài)的Sasobit溫拌劑，其物理化學(xué)指標(biāo)見表3.

圖1 Sasobit溫拌劑形態(tài)

表3 Sasobit的物理和化學(xué)性質(zhì)

2 試驗(yàn)結(jié)果及其討論

2.1 級配設(shè)計(jì)

在進(jìn)行溫拌排水瀝青混合料級配設(shè)計(jì)前需要對混合料的原材料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40－2004）在OGFC－13的級配范圍內(nèi)選擇排水瀝青混合料的3個(gè)級配，分別對3條級配的熱拌瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)、謝倫堡析漏試驗(yàn)、車轍試，驗(yàn)并行進(jìn)性能對比分析.3條級配的熱拌瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果見表4.

表4 熱拌排水瀝青混合料各級配試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表4中3組級配初試瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果，級配C的空隙率大于要求的上限25%，級配A的空隙率小于要求的下限18%，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)選擇級配B為設(shè)計(jì)級配.其級配曲線圖見圖2.

圖2 設(shè)計(jì)級配曲線圖

按設(shè)計(jì)的礦料比例配料，按照5種油石比，聚酯纖維摻加量分別為混合料質(zhì)量的0.25%，雙面各擊實(shí)50次制作馬歇爾試件，并進(jìn)行空隙率、肯塔堡飛散損失、馬歇爾穩(wěn)定度等相關(guān)指標(biāo)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)級配合成毛體積相對密度為2.825，合成表觀相對密度為2.911，確定最佳油石比為5.4%.據(jù)此，進(jìn)行最佳油石比下的馬歇爾試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)，試件采用5種不同的溫度擊實(shí)成型，根據(jù)測得的馬歇爾指標(biāo)以及飛散損失指標(biāo)，最終確定本次試驗(yàn)的最佳擊實(shí)溫度.

2.2 最佳擊實(shí)溫度的確定

按設(shè)計(jì)的礦料比例配料，油石比為5.4%，聚酯纖維摻加量為混合料質(zhì)量的0.25%，Sasobit溫拌劑的摻量為瀝青用量的2.5%，雙面各擊實(shí)50次制作馬歇爾試件，其中，擊實(shí)溫度分別為140，145，150，155，160 ℃，測得的馬歇爾各指標(biāo)和飛散損失見表5和圖3.

表5 馬歇爾試驗(yàn)與飛散試驗(yàn)結(jié)果

圖3 馬歇爾與飛散指標(biāo)與擊實(shí)溫度關(guān)系

由圖3可知，馬歇爾穩(wěn)定度、毛體積相對密度隨擊實(shí)溫度的增加而增加，空隙率、飛散損失隨擊實(shí)成型溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢.權(quán)衡四者關(guān)系，最終確定本次級配下的Sasobit溫拌排水瀝青混合料的最佳擊實(shí)成型溫度為150℃.

2.3 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

首先，為了對比分析Sasobit瀝青混合料和普通瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，分別進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)選取消石灰作為抗剝落劑來改善和提高Sasobit溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性，采用4種試驗(yàn)方法，一種是普通的熱拌排水瀝青混合料（OGFC－1），一種是未摻加抗剝落劑的Sasobit溫拌排水瀝青混合料（OGFC－2），一種是摻加1.5%消石灰的Sasobit溫拌排水瀝青混合料（OGFC－3），一種是摻加1.5%消石灰（含有雜質(zhì)生石灰）的Sasobit溫拌排水瀝青混合料（OGFC－4），應(yīng)用上述4種試驗(yàn)方法分別進(jìn)行試驗(yàn)，評價(jià)水穩(wěn)定性，優(yōu)選出最佳的改善措施.試驗(yàn)結(jié)果如圖4.

圖4 不同混合料試驗(yàn)的MSO和TSR值

其次，為了對比分析熱拌排水與Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性隨消石灰摻量的變化關(guān)系，按消石灰的摻量分別是混合料質(zhì)量的0%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%進(jìn)行5組試驗(yàn)，其中浸水殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖5，一次與兩次凍融循環(huán)下的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如圖6，應(yīng)用上述試驗(yàn)方法，最終確定此級配下的最佳消石灰摻量.

圖5 浸水殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

圖6 TSR隨消石灰摻量的關(guān)系圖

由圖4可見，無論是熱拌還是溫拌浸水殘留穩(wěn)定度都是隨消石灰摻量的增加呈現(xiàn)先增后降的趨勢，而且，Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性比相同條件下的熱拌排水混合料的水穩(wěn)定性低，消石灰的摻量超過1.5%后溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性增幅緩慢，超過2.0%呈現(xiàn)下降趨勢.

由圖5可見，浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR）的大小關(guān)系都是 OGFC－3＞OGFC－1＞OGFC－2＞OGFC－4，說明Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性較傳統(tǒng)的熱拌方式有一定程度的下降，而加入消石灰對水穩(wěn)定性有一定程度的有利影響，且加入消石灰后水穩(wěn)定性基本上能達(dá)到甚至略微超過熱拌的水穩(wěn)定性，OGFC－4的兩種強(qiáng)度比都大幅下降，說明生石灰的存在對水穩(wěn)定性有負(fù)面作用，這是因?yàn)樯矣鏊l(fā)生反應(yīng)（CaO＋H2O＝Ca（OH）2），體積膨脹，導(dǎo)致強(qiáng)度大幅降低，因此，Sasobit溫拌排水瀝青混合料應(yīng)加入抗剝落劑消石灰來提高其抵抗水損害的能力，但是應(yīng)避免消石灰中混入生石灰.

由圖6可見，熱拌和溫拌的劈裂強(qiáng)度比都是隨消石灰摻量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，而且，Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性比相同條件下的熱拌排水混合料的水穩(wěn)定性低，消石灰的摻量超過1.5%后溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性增幅緩慢，超過2.0%呈現(xiàn)下降趨勢.從圖中還可以得到一個(gè)重要的信息就是兩次凍融循環(huán)后，未摻加與摻加消石灰的Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性相比，增幅明顯，說明消石灰用在Sasobit溫拌排水瀝青混合料中是非常有必要的.

由圖4～6中可以得出，適合于本次試驗(yàn)級配條件下的最佳消石灰摻量為混合料總質(zhì)量的1.5%，且消石灰中應(yīng)避免生石灰的存在.

3 結(jié) 論

1）在相同的消石灰摻量下，馬歇爾穩(wěn)定度、毛體積相對密度隨擊實(shí)溫度的增加而增加，空隙率、飛散損失隨擊實(shí)成型溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢，本次級配下的Sasobit溫拌排水瀝青混合料的最佳擊實(shí)成型溫度為150℃.

2）Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性比相同條件下的熱拌排水混合料的水穩(wěn)定性低，加入消石灰可以增加其穩(wěn)定性.適合于本次試驗(yàn)級配條件下的最佳消石灰摻量為混合料總質(zhì)量的1.5%，消石灰摻量超過1.5%對水穩(wěn)定性的影響增幅緩慢，摻量過多（大于2.0%）水穩(wěn)定性反而降低.

3）生石灰對混合料的水穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，因此，應(yīng)避免在消石灰中混入生石灰.

4）本次試驗(yàn)只是模擬了短期水穩(wěn)定性試驗(yàn)，至于長期性能指標(biāo)，還有待進(jìn)一步完善；另外，消石灰的加入是否會(huì)影響到混合料的其他路用性能，還有待下一步研究.

［1］ZAUMANIS M，JANSEN J，HARITONOVS V，et al.Development of calculation tool for assessing the energy demand of warm mix asphalt［J］.Procedia－Social and Behavioral Sciences，2012，48（10）：163－172.

［2］胡安宇，張永平，王 飛.基于軟硬瀝青復(fù)配的瀝青混合料溫拌技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2011，35（6）：1170－1173.

［3］鄒艷琴，陳 博，陶家樸.多孔排水瀝青路面［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2010（11）：43－46.

［4］矯芳芳.排水瀝青混合料性能影響因素研究［D］.西安：長安大學(xué)，2010.

［5］MO L，LI X，F(xiàn)ANG X，et al.Laboratory investigation of compaction characteristics and performance of warm mix asphalt containing chemical additives［J］.Construction and Building Materials，2012，37（10）：239－247.

［6］KHODAII A，KAZEMI T H，HAGHENAS H F.Hydrated lime effect on moisture susceptibility of warm mix asphalt［J］.Construction and Building Materials，2012，36（10）：165－170.

［7］XIAO F，AMIRKHANIAN S N.Effects of liquid antistrip additives on rheology and moisture susceptibility of water bearing warm mixtures［J］.Construction and Building Materials，2010，24（9）：1649－1655.

［8］KIM Y，PINTO I，PARK S.Experimental evaluation of anti－stripping additives in bituminous mixtures through multiple scale laboratory test results［J］.Construction and Building Materials，2012，29（10）：386－393.

［9］RUBIO M C，MARTINEZ G，BAENA L，et al.Warm mix asphalt：an overview［J］.Journal of Cleaner Production，2012，24（10）：76－84.

［10］TATARI O，NAZZAL M，KUCUKVAR M.Comparative sustainability assessment of warm－mix asphalts：a thermodynamic based hybrid life cycle analysis［J］.Resources，Conservation and Recycling，2012，58（10）：18－24.

［11］賈理杰.排水瀝青路面長期性能觀測［J］.公路與汽運(yùn)，2012（1）：90－92.

［12］中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTGD50－2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［13］黃勇生，項(xiàng)新里.排水瀝青路面混合料試驗(yàn)研究［J］.國外公路，2001（1）：55－58.