溫拌瀝青混合料的路用性能研究

田 靜

(山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

溫拌瀝青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是一種新型的瀝青混合料，其實(shí)質(zhì)是通過添加劑和工藝作用，能夠在明顯較低溫度條件下實(shí)現(xiàn)瀝青路面施工的瀝青混合料。WMA通?？梢员韧愋蜔岚铻r青混合料的施工操作溫度下降30℃～60℃，因此減少了混合料生產(chǎn)過程中的燃油消耗，起到了降低成本、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的作用。本文從路用性能方面探討WMA在降低施工溫度的前提下，對(duì)瀝青混合料的影響［1］。

1 材料

1)瀝青。采用韓國SK-70號(hào)道路石油瀝青，其技術(shù)性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 瀝青的基本性質(zhì)

2)集料。粗集料采用產(chǎn)自涇陽的堿性集料石灰?guī)r，表面比較粗糙，無風(fēng)化、無雜質(zhì)。石料壓碎值為8%，表觀相對(duì)密度為2.82，洛杉磯磨耗損失為21%，吸水率為0.7%，針片狀顆粒含量為10%，泥土含量0.4%。細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配。試驗(yàn)中采用石灰?guī)r堿性集料，與瀝青有良好的粘結(jié)能力。表觀相對(duì)密度為2.78，砂當(dāng)量為72.1%。

3)填料。石灰?guī)r磨細(xì)礦粉的表觀密度為2.83 g/cm3，含水量為 0.5%，親水系數(shù)為 0.68。

4)添加劑。試驗(yàn)中采用的瀝青降粘劑是SasoWMA蠟，SasoWMA是一種新型的溫拌瀝青混合料改性劑［2］，屬于長(zhǎng)鏈脂肪族烴類物質(zhì)，用于溫拌瀝青混合料中，不僅可以降低施工溫度、改善施工和易性，而且可以提高溫拌瀝青混合料的路用性能。SasoWMA外觀呈白色顆粒狀，不溶于水，常溫下為固態(tài)，對(duì)人體無害，其基本特性如表2所示。

5)溫拌瀝青的制備方法。SasoWMA熔點(diǎn)在100℃左右，是低熔點(diǎn)的有機(jī)材料，在溫度高于120℃時(shí)就以液體的形式存在，可以和瀝青均勻完美的融合在一起且不離析。因此可以直接添加，室內(nèi)試驗(yàn)一般采取濕拌的方式來制備溫拌瀝青。a.加熱瀝青至135℃，確保瀝青的良好流動(dòng)性。b.按比例稱取SasoWMA添加劑，緩緩加入基質(zhì)瀝青中，邊加入邊攪拌，一般應(yīng)攪拌30 min左右，在攪拌的過程中也要保持瀝青的溫度穩(wěn)定。SasoWMA按比例分次投入。

表2 SasoWMA基本性質(zhì)

2 混合料設(shè)計(jì)

2.1 礦料級(jí)配

試驗(yàn)采用AC-16瀝青混合料，其合成級(jí)配如圖1所示(集料級(jí)配以方孔篩作為控制標(biāo)準(zhǔn))。

圖1 級(jí)配曲線圖

2.2 最佳瀝青用量

在確定了瀝青混合料的礦料級(jí)配以后，采用馬歇爾試驗(yàn)確定最佳瀝青用量為4.8%。

2.3 溫拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

溫拌瀝青混合料采用同熱拌瀝青混合料相同的級(jí)配和最佳瀝青用量。本文溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的驗(yàn)證思路為:采用同熱拌瀝青混合料相同的配合比和材料，在不同溫度下成型試件，進(jìn)行路用性能測(cè)試，并與熱拌瀝青混合料的試件做比較。這樣可以給熱拌瀝青混合料和溫拌瀝青混合料提供一個(gè)很好的比較平臺(tái)，在同一壓實(shí)水平下，能更準(zhǔn)確地通過溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能上的差異找出問題的所在。同時(shí)驗(yàn)證幾種溫拌瀝青混合料技術(shù)時(shí)，可節(jié)省很大的工作量。

拌和與壓實(shí)溫度是瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制的重要影響因素［3］。目前SasoWMA溫拌瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度較熱拌瀝青混合料低20℃～30℃。本文成型SasoWMA溫拌瀝青混合料試件采用的拌和與壓實(shí)溫度較熱拌瀝青混合料低30℃，WMA及HMA兩種不同瀝青混合料在拌制過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度對(duì)比見表3。

表3 試驗(yàn)溫度 ℃

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)與實(shí)際瀝青路面的車轍相關(guān)性較好，是最常用的瀝青混合料高溫性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)。通過測(cè)定試件的變形與時(shí)間或車輪通過次數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度DS(次/mm)。動(dòng)穩(wěn)定度是試驗(yàn)溫度60℃、輪壓0.7 MPa條件下得到的指標(biāo)，反映每變形1 mm輪壓所碾壓的次數(shù)。車轍試驗(yàn)測(cè)得的動(dòng)穩(wěn)定度和車轍深度結(jié)果見圖2。

圖2 WMA與HMA的車轍試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可見，溫拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度比熱拌瀝青混合料有一定程度的提高，而車轍深度減小，說明溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能較好，沒有因?yàn)榛旌狭仙a(chǎn)過程中拌和與壓實(shí)溫度的降低而出現(xiàn)壓實(shí)不足或因?yàn)r青老化減輕而引起車轍破壞。其原因是路面正常使用溫度下，SasoWMA在結(jié)合料中形成晶格結(jié)構(gòu)，提高了路面的高溫穩(wěn)定性，增強(qiáng)了路面的抗車轍能力［4］。

3.2 彎曲試驗(yàn)

彎曲試驗(yàn)是在－10℃的低溫條件下，測(cè)定瀝青混合料在加載速率50 mm/min的條件下的抗彎拉強(qiáng)度RB、彎拉應(yīng)變?chǔ)臖和彎曲破壞勁度模量SB，檢驗(yàn)瀝青混合料的低溫抗裂性能。兩種混合料的彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，溫拌瀝青混合料的低溫抗彎拉強(qiáng)度較大，說明其能承受更大的荷載，這是因?yàn)镾asoWMA能與部分被它吸附又溶解它的飽和組分一起逐漸結(jié)晶析出，從而鎖定這些飽和的油類、蠟類組分，提高了瀝青的軟化點(diǎn)和強(qiáng)度。溫拌瀝青混合料的抗彎拉應(yīng)變較小，而抗彎拉應(yīng)變?cè)酱蟮幕旌狭系蜏乜沽研栽胶?。溫拌瀝青混合料之所以低溫抗裂性較差，是因?yàn)榛旌狭系陌韬秃统尚蜏囟容^低，影響了混合料的均勻性，使得混合料在低溫條件下更容易開裂。溫拌瀝青混合料的低溫性能主要由其基質(zhì)瀝青決定。摻入適量的SasoWMA不能改變其對(duì)瀝青低溫柔性的貢獻(xiàn)。所以摻減粘劑的溫拌瀝青混合料的低溫性能，主要取決于基質(zhì)瀝青。

表4 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

3.3 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

對(duì)于溫拌瀝青混合料，拌和溫度的降低可能導(dǎo)致集料中的水分沒有蒸發(fā)完全，而是被瀝青封閉在集料表面上，從而導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生水損害現(xiàn)象，因此，瀝青混合料的水穩(wěn)定性檢驗(yàn)是非常必要的。1)浸水馬歇爾試驗(yàn)。浸水馬歇爾試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青路面水穩(wěn)定性的常用方法，根據(jù)浸水前后瀝青混合料物理、力學(xué)性能的降低程度來表征其水穩(wěn)定性。2)凍融劈裂試驗(yàn)。凍融劈裂試驗(yàn)也是評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法。它比一般的浸水試驗(yàn)條件更苛刻，得到的試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況較為吻合，是目前使用較為廣泛的試驗(yàn)。如圖3所示為兩種混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果。從圖3可見，溫拌瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與基質(zhì)瀝青混合料相比有所降低，而凍融劈裂強(qiáng)度與基質(zhì)瀝青混合料相差不大，說明降低混合料拌和與成型溫度對(duì)混合料的水穩(wěn)定性有一定的影響，但影響不大，滿足了規(guī)范的要求。

圖3 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

1)溫拌瀝青混合料可以相對(duì)提高路面的高溫穩(wěn)定性和增強(qiáng)路面的抗車轍能力，而且在低溫性能和水穩(wěn)定性方面也能滿足規(guī)范的要求。2)溫拌瀝青混合料可以降低混合料的生產(chǎn)溫度，減少混合料生產(chǎn)過程中的能源消耗和環(huán)境污染。

［1］田 靜.低能耗瀝青路面混合料選型與施工工藝研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

［2］重慶中交科技股份有限公司.SasoWMA溫拌瀝青改性劑技術(shù)手冊(cè)［Z］.2011

［3］陳春艷.Sasowam及Sasobit改性瀝青及溫拌混合料溫度性能對(duì)比試驗(yàn)研究［J］.山西交通科技，2012(4):29-30.

［4］張 銳，黃曉明.添加Sasobit的瀝青與瀝青混合料性能分析［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2007，7(4):15-16.