溫拌瀝青混合料試驗(yàn)與性能評(píng)價(jià)

羅 馳，牟其海

（沈陽市市政工程設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽 110819）

0 引言

熱拌瀝青混合料在拌和與攤鋪過程中，除了因高溫拌和引起的瀝青老化、降低瀝青混合料的抗老化性能之外，還會(huì)排放出大量的CO、CO2、SO2及NOx等有害氣體，據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的統(tǒng)計(jì)，一個(gè)年產(chǎn)20萬t的瀝青混合料拌和廠平均一年排放13 t的CO和5 t的揮發(fā)性有機(jī)化合物，0.4 t的SO2，2.9 t的 NOx和 0.65 t的有害空氣污染物[1]。熱拌瀝青混合料生產(chǎn)過程中不僅排放的有害氣體會(huì)加劇環(huán)境污染，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步增大燃料油的消耗，對(duì)生產(chǎn)和施工人員的身體健康也產(chǎn)生影響。

在環(huán)境污染嚴(yán)重日益受到關(guān)注的背景下，溫拌技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以期解決瀝青混合料的高能耗、高污染現(xiàn)狀，同時(shí)減少瀝青熱老化，延長施工時(shí)間。所謂瀝青混合料的溫拌技術(shù)，即通過一定的技術(shù)措施，使瀝青能在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行拌和及施工，一般其拌和溫度介于熱拌瀝青混合料和冷拌瀝青混合料之間，性能達(dá)到或接近熱拌瀝青混合料[2]。與熱拌瀝青混合料相比，溫拌瀝青混合料具有可減少煙氣及二氧化碳等溫室氣體的排放，減輕大氣污染；可降低瀝青混合料的拌和溫度和施工溫度，從而節(jié)省能源，減少燃料費(fèi)用；可降低瀝青煙霧的揮發(fā)，改善施工環(huán)境；可降低瀝青的老化程度，延長瀝青路面的使用壽命等多重優(yōu)勢(shì)。此外，溫拌瀝青混合料還具有可在低溫環(huán)境下施工、延長施工時(shí)間的特點(diǎn)[3-4]。經(jīng)歷近十多年研究與發(fā)展，逐步形成了以發(fā)泡降粘、有機(jī)降粘及基于表面活性平臺(tái)的溫拌技術(shù)，不同溫拌技術(shù)的降溫幅度有所不同[5-7]。

目前，我國的實(shí)際工程多采用國外技術(shù)生產(chǎn)的溫拌劑，高成本限制了溫拌技術(shù)的推廣應(yīng)用。為此國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)對(duì)溫拌技術(shù)進(jìn)行了積極的探索，并取得了一定的研究成果。本文對(duì)國內(nèi)某自主研發(fā)的基于表面活性平臺(tái)的溫拌劑進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分別以基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青作為膠結(jié)料，以馬歇爾設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了AC-13型連續(xù)密級(jí)配瀝青混合料，測(cè)試并對(duì)比了熱拌與溫拌瀝青混合料的體積指標(biāo)，并開展了熱拌與溫拌瀝青混合料路用性能的對(duì)比試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，該溫拌劑可降低普通瀝青混合料成型溫度30℃、降低SBS改性瀝青混合料成型溫度35℃，若采用較低的降溫幅度時(shí)，獲得的溫拌瀝青混合料具有更好的路用性能。

1 試驗(yàn)用原材料

1.1 溫拌劑

該項(xiàng)研究所采用的基于表面活性平臺(tái)的溫拌劑主要成分為醇胺類化合物，有效物含量為26.7%，外觀為淡黃色乳液，密度為0.991 g/cm3，PH值為8.6。

1.2 瀝青膠結(jié)料

瀝青膠結(jié)料分別采用70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所列。

表1 瀝青膠結(jié)料的技術(shù)指標(biāo)一覽表

1.3 礦料

試驗(yàn)用粗集料、細(xì)集料采用優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r，選用規(guī)格分別為S9、S12、S14和S16，填料采用石灰?guī)r磨細(xì)礦粉，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)礦料技術(shù)指標(biāo)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）對(duì)瀝青混合料用材料的技術(shù)要求。

2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法分別對(duì)兩種瀝青膠結(jié)料的瀝青混合料進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)級(jí)配曲線如圖1所示，最佳瀝青用量均為4.9%，兩種熱拌瀝青混合料的體積指標(biāo)見表2所列。

圖1 設(shè)計(jì)級(jí)配曲線圖

表2 熱拌和溫拌瀝青混合料的體積指標(biāo)一覽表

3 溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料體積指標(biāo)對(duì)比

以設(shè)計(jì)的級(jí)配曲線和瀝青用量，以馬歇爾擊實(shí)法分別成型熱拌瀝青混合料和溫拌瀝青混合料，擊實(shí)次數(shù)為雙面75次。熱拌普通瀝青混合料成型溫度為145℃，熱拌SBS改性瀝青混合料成型溫度為170℃；對(duì)于溫拌瀝青混合料，溫拌劑摻量取為瀝青質(zhì)量的7%（外摻），溫拌普通瀝青混合料成型溫度分別取為130℃和115℃，溫拌SBS改性瀝青混合料成型溫度分別取為150℃和135℃。獲得了熱拌和溫拌瀝青混合料馬歇爾試件的體積指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，見表2所列。

由表2可以看出，對(duì)于普通瀝青混合料，摻加7%（@瀝青質(zhì)量）的溫拌劑后，當(dāng)拌和溫度為130℃時(shí)，溫拌瀝青混合料具有比熱拌瀝青混合料更低的空隙率和更高的瀝青飽和度，表明溫度降幅為15℃的條件下，溫拌瀝青混合料具有更大的密實(shí)度；當(dāng)拌和溫度為115℃時(shí)，溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的體積指標(biāo)相當(dāng)。溫拌SBS改性瀝青混合料與熱拌SBS改性瀝青混合料的體積指標(biāo)也有類似的變化趨勢(shì)，且降溫幅度更大。這表明溫拌劑在瀝青混合料成型過程中發(fā)揮了應(yīng)有的潤滑作用，更有利于瀝青混合料的壓實(shí)。

4 溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料路用性能對(duì)比

不同成型溫度下體積指標(biāo)的對(duì)比結(jié)果僅能表明溫拌劑在降低瀝青混合料的成型溫度（或小幅降溫條件下提高瀝青混合料的密實(shí)度）方面發(fā)揮了作用，但加入溫拌劑后，若瀝青混合料的路用性能受到影響也是不可接受的。因此尚需對(duì)溫拌瀝青混合料的路用性能加以測(cè)試。本文依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求，分別以車轍試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)獲得的動(dòng)穩(wěn)定度、彎拉應(yīng)變和凍融劈裂比評(píng)價(jià)溫拌瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性，其測(cè)試結(jié)果如表3所列。

表3 熱拌和溫拌瀝青混合料的路用性能一覽表

由表3可知，與熱拌瀝青混合料相比，摻加溫拌劑后，當(dāng)降溫幅度較?。▽?duì)于普通瀝青混合料為15℃，對(duì)于SBS改性瀝青混合料為20℃）時(shí)，瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性均有提高，有利于提高瀝青混合料的路用性能；當(dāng)降溫幅度較大（對(duì)于普通瀝青混合料為30℃，對(duì)于SBS改性瀝青混合料為35℃）時(shí)，瀝青混合料的路用性能與熱拌瀝青混合料相當(dāng)。由此可知，本文采用的溫拌劑可有效地降低瀝青混合料的施工溫度，對(duì)于普通瀝青混合料可降低成型溫度30℃，對(duì)于SBS改性瀝青混合料，可降低成型溫度35℃。

5 結(jié)論

通過對(duì)國內(nèi)某自主研發(fā)的基于表面活性平臺(tái)的溫拌劑所進(jìn)行的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：當(dāng)采用較小的降溫幅度（15℃～20℃）時(shí)，溫拌瀝青混合料具有比熱拌瀝青混合料更優(yōu)的體積指標(biāo)和更好的路用性能，有利于瀝青混合料的壓實(shí)成型，從而延長路面使用壽命；當(dāng)采用較大的降溫幅度（30℃～35℃）時(shí)，溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的體積指標(biāo)和路用性能相當(dāng)。

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