Sasobit溫拌瀝青混合料路用性能研究

陶正文 黃會鋒 劉錫健

(1.江西省交通咨詢公司，江西 南昌 330008；2.贛州高速公路有限責(zé)任公司，江西 贛州 341000； 3.江西省尋全高速公路有限責(zé)任公司，江西 贛州 341000)

Sasobit溫拌瀝青混合料路用性能研究

陶正文1黃會鋒2劉錫健3

(1.江西省交通咨詢公司，江西 南昌 330008；2.贛州高速公路有限責(zé)任公司，江西 贛州 341000； 3.江西省尋全高速公路有限責(zé)任公司，江西 贛州 341000)

采用Sasobit溫拌劑制備溫拌瀝青混合料，利用車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗、低溫彎曲試驗及小梁疲勞試驗分別對熱拌瀝青混合料和Sasobit溫拌瀝青混合料高溫性能、水穩(wěn)定性能、低溫性能和疲勞性能進(jìn)行評價，研究表明：Sasobit溫拌劑的加入會使得瀝青混合料高溫性能提高，水穩(wěn)定性基本保持不變，低溫性能和疲勞性能有一定降低。

Sasobit溫拌劑，路用性能，溫拌瀝青混合料

0 引言

根據(jù)加工溫度不同，瀝青混合料技術(shù)可以分為熱拌瀝青混合料技術(shù)、冷拌瀝青混合料技術(shù)和溫拌瀝青混合料技術(shù)。在我國，瀝青混凝土道路大多采用熱拌技術(shù)。該項技術(shù)最大的優(yōu)點就是可以使得瀝青道路具有良好的路用性能，但其存在的缺陷也不容小視，由于加熱溫度過高，需要消耗大量的能源，瀝青會發(fā)生嚴(yán)重的老化，同時排放有害氣體，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對工作人員健康造成危害。而對于冷拌瀝青混合料，其正好與熱拌瀝青混合料技術(shù)相對應(yīng)，在施工過程中，不需要對材料加熱，可以節(jié)約能源，并且施工方便。但其在路用性能方面與熱拌瀝青混合料具有較大差距，應(yīng)用方面局限性較大，一般用于道路維修養(yǎng)護(hù)，或者低等級道路中。如何使得瀝青混凝土在具有良好的路用性能的基礎(chǔ)上，加工過程中溫度降低，對環(huán)境污染減少，兼具熱拌技術(shù)和冷拌技術(shù)兩者眾多優(yōu)點[1]。在此背景下，經(jīng)過多年研究，溫拌技術(shù)應(yīng)運而生。溫拌瀝青混合料技術(shù)最早出現(xiàn)在歐洲。其主要是采用特定的添加劑或加工工藝，降低瀝青在給定溫度下的粘度，從而使得瀝青混合料可以在低于熱拌技術(shù)加工溫度情況下進(jìn)行施工。目前，溫拌瀝青混合料的拌和溫度一般在120 ℃～140 ℃，攤鋪和碾壓的溫度為110 ℃～120 ℃，與熱拌瀝青混合料相比，降低了30 ℃ 左右，較大程度上減少了能源消耗，同時，其具有熱拌瀝青混合料相當(dāng)?shù)穆酚眯阅芎褪┕ず鸵仔訹2]。本文采用Sasobit溫拌技術(shù)制備相應(yīng)的溫拌瀝青混合料，并進(jìn)行高溫、水穩(wěn)定、低溫及疲勞試驗，將試驗結(jié)果與熱拌瀝青混合料技術(shù)相對比，以期對Sasobit溫拌技術(shù)路用性能方面進(jìn)行全面評價。

1 試驗材料

本文試驗采用的新材料包括：新集料和新瀝青。新集料分為礦粉、機(jī)制砂、5 mm～10 mm和10 mm～16 mm四檔，礦粉和機(jī)制砂為石灰?guī)r，5 mm～10 mm和10 mm～16 mm為玄武巖。新瀝青采用的是70號基質(zhì)瀝青。

1.1 新瀝青性能

研究中采用的瀝青是70號基質(zhì)瀝青，根據(jù)JTG E20-2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程要求，對瀝青的性能進(jìn)行檢測，其結(jié)果如表1所示。

1.2 新集料技術(shù)指標(biāo)

研究中采用的礦粉和0 mm～5 mm為石灰?guī)r，5 mm～10 mm和10 mm～16 mm為玄武巖。按照J(rèn)TG F42-2005 公路工程集料試驗規(guī)程要求，本文測定了每檔材料的級配和密度。其中測定級配使用的是水洗法，測定0 mm～5 mm密度使用的是比重瓶法，測定5 mm～10 mm和10 mm～16 mm密度使用網(wǎng)籃法，試驗結(jié)果如表2和表3所示。

表1 瀝青性能

表2 新集料的級配

表3 新集料密度

2 配合比設(shè)計

2.1 級配確定

根據(jù)規(guī)范要求選擇出合適的級配，如表4所示。

表4 合成級配

2.2 油石比確定

在不同油石比下，成型馬歇爾試件，測試各項力學(xué)及體積指標(biāo)，如表5所示。

表5 瀝青混合料力學(xué)及體積指標(biāo)

從表5可以確定最佳油石比為5.4%。

2.3 溫拌瀝青混合料制備

本文在上述瀝青混合料中加入3%的Sasobit溫拌劑，制備Sasobit溫拌瀝青混合料。其中Sasobit產(chǎn)地為德國Sasol-Wax公司。

3 路用性能

3.1 高溫性能

在夏季，路面受到陽光輻射，表面具有較高的溫度。為了保證道路的正常使用性能，就需要對瀝青混合料高溫性能進(jìn)行評價，以保證其具有足夠的高溫穩(wěn)定性。本文選用車轍試驗對瀝青混合料高溫性能進(jìn)行評價。

表6 瀝青混合料高溫試驗結(jié)果

從表6可知：與熱拌瀝青混合料動穩(wěn)定度相比，Sasobit溫拌瀝青混合料動穩(wěn)定度具有較大提高，其值約為熱拌瀝青混合料動穩(wěn)定度值的1.4倍。說明Sasobit溫拌瀝青混合料高溫性能比熱拌瀝青混合料好。這主要由于Sasobit溫拌劑獨特的改性機(jī)理造成的。在高溫時(>100 ℃)，Sasobit溫拌劑具有較低的粘度，可以和瀝青較好的融合，同時，它們之間發(fā)生共晶反應(yīng)，形成網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)，使得瀝青混合料的高溫性能得以提高[3]。

3.2 水穩(wěn)定性能

在雨天，雨水中的一部分會從瀝青混合料的空隙間進(jìn)入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在車載和溫度荷載反復(fù)作用之下，瀝青與礦料就會剝落，結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度下降，產(chǎn)生水損害破壞，進(jìn)而導(dǎo)致松散、坑槽等現(xiàn)象。為此，需要對瀝青混合料抗水損能力進(jìn)行評價。本文采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗進(jìn)行評價。

表7 瀝青混合料水穩(wěn)定性能試驗結(jié)果 %

從表7可知：溫拌瀝青混合料殘留穩(wěn)定度比值和殘留劈裂強(qiáng)度比值，較熱拌瀝青混合料值變化不大。說明Sasobit溫拌瀝青混合料水穩(wěn)定性能與熱拌瀝青混合料水穩(wěn)定性能基本相當(dāng)。

3.3 低溫性能

當(dāng)溫度降低時，瀝青混合料結(jié)構(gòu)層會隨之收縮，但是受到基層結(jié)構(gòu)和周邊材料的約束，結(jié)構(gòu)層無法自由收縮，瀝青混合料就會產(chǎn)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象。特別是降溫速率較快時，溫度應(yīng)力就會超過瀝青混合料自身能夠承受的容許應(yīng)力值，瀝青混合料就會出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生低溫破壞。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，就需要進(jìn)行低溫性能測試。本文采用的是低溫彎曲試驗。

表8 瀝青混合料低溫性能試驗結(jié)果

從表8可以看出：與熱拌瀝青混合料彎拉應(yīng)變相比，Sasobit溫拌瀝青混合料彎拉應(yīng)變具有一定的降低，其值較熱拌瀝青混合料彎拉應(yīng)變值下降約10%。說明Sasobit溫拌劑的加入對瀝青混合料性能具有不利影響。這主要由于Sasobit溫拌劑與瀝青在高溫時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得瀝青膠體結(jié)構(gòu)由溶凝膠型向凝膠型轉(zhuǎn)變，瀝青低溫延度下降，混合料低溫抗裂性能降低。

3.4 疲勞性能

道路長期受到車輛荷載作用，處于應(yīng)力應(yīng)變交替變化狀態(tài)，使得道路強(qiáng)度不斷下降，當(dāng)荷載作用累積到一定次數(shù)后，道路中的應(yīng)力就會超出結(jié)構(gòu)本身所能承載的極限值，這時，道路就會產(chǎn)生開裂，發(fā)生疲勞破壞。為此，需要對瀝青混合料的長期耐久性能進(jìn)行研究。本文采用應(yīng)變控制四點彎曲小梁疲勞試驗，對溫拌瀝青混合料疲勞性能與熱拌瀝青混合料疲勞性能進(jìn)行對比。

疲勞試驗采用規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗條件：應(yīng)變控制三分點加載，溫度為15 ℃，加載頻率為10 Hz偏正弦加載，應(yīng)變采用400 με，試件大小為380 mm×63.5 mm×50 mm，試驗終止條件為瀝青混合料的勁度模量下降到初始勁度模量的50%[5]。

表9 瀝青混合料疲勞性能試驗結(jié)果

從表9可以看出：溫拌瀝青混合料疲勞次數(shù)較熱拌瀝青混合料疲勞次數(shù)少，說明Sasobit溫拌劑對瀝青混合料的長期耐久性能具有一定的負(fù)面影響[6]。這主要由于Sasobit溫拌劑與瀝青形成網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)，使得瀝青混合料的勁度模量提高，對于應(yīng)變控制疲勞試驗，在相同應(yīng)變作用下，Sasobit溫拌瀝青混合料會受到更大的應(yīng)力作用，進(jìn)而導(dǎo)致疲勞壽命下降。

4 結(jié)語

通過對Sasobit溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料高溫、低溫、水穩(wěn)及疲勞等方面路用性能研究可以發(fā)現(xiàn)：

由于Sasobit溫拌劑具有獨特的改性機(jī)理，可以和瀝青在高溫下發(fā)生共晶反應(yīng)，形成網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)由溶凝膠型向凝膠型轉(zhuǎn)變，使得溫拌瀝青混合料高溫性能有了極大提高，低溫性能和疲勞性能有一定程度下降，水穩(wěn)定性能基本保持不變。

[1] 李街陽,黃 剛,王俐揀.溫拌瀝青混合料技術(shù)綜述[J].石油瀝青,2013,27(1):66-70.

[2] 徐世法,彥 彬,季 節(jié),等.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):195-198.

[3] 季 節(jié)，羅曉輝，徐世法.Sasobit改性瀝青的結(jié)構(gòu)與性能研究[J].中國公路學(xué)報，2011,24(5):19-25.

[4] 國 旗，張 勝.瀝青混合料的結(jié)構(gòu)及其特性[J].山西建筑，2014,40(18):118-119.

[5] JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[6] 楊麗英,譚憶秋,董雨明,等.溫拌再生瀝青混合料的疲勞性能[J].公路交通科技,2012,29(10):7-10.

Study on pavement performance of Sasobit warm asphalt mixture

TAO Zheng-wen1HUANG Hui-feng2LIU Xi-jian3

(1.Jiangxi Traffic Consulting Company， Nanchang 330008, China; 2.Ganzhou Highway Co., Ltd， Ganzhou 341000, China; 3.Jiangxi Xunquan Highway Co., Ltd， Ganzhou 341000, China)

The paper applies Sasobit warm mixing agent to make warm asphalt mixture, evaluates hot asphalt mixture, Sasobit warm asphalt mixture performance, water stability performance and fatigue performance by applying track experiment, freezing experiment, water immersion Marshall experiment, low temperature bending experiment and small beam fatigue experiment. Results show that: adding Sasobit warm mixing agent can improve high temperature performance of asphalt mixture; water stability will not change; low temperature performance and fatigue performance reduces.

Sasobit warm mixing agent, pavement performance, warm asphalt mixture

1009-6825(2014)36-0116-02

2014-10-12

陶正文(1981- )，男，工程師； 黃會鋒(1977- )，男，工程師； 劉錫健(1985- )，男，助理工程師

TU535

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