Sasobit溫拌排水瀝青混合料路用性能研究

邱自萍，王玉文

(1.廣東省交通運(yùn)輸規(guī)劃研究中心，廣東 廣州510101;2.廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510623)

0 引言

瀝青混合料的溫拌（Warm Mix Asphalt，WMA）技術(shù)，可降低能源消耗和環(huán)境污染。其核心是采用物理或化學(xué)作用的手段，增強(qiáng)瀝青混合料的施工和易性和可操作性，甚至提高瀝青混合料的路用性能。在完成混合料成型后，這些物理和化學(xué)添加劑不對(duì)路面使用性能構(gòu)成負(fù)面影響[1]。

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、降低噪音等特點(diǎn)[2]，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。為了保證排水性瀝青路面優(yōu)良的功能和良好的路用性能，需采用高黏度改性瀝青。高黏瀝青的使用可以有效地提高瀝青膜的厚度，改善瀝青對(duì)集料的裹覆力與抗變形能力，增強(qiáng)排水瀝青混合料的粘結(jié)性，提高其抗松散性能和水穩(wěn)性。

將溫拌技術(shù)和排水技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以解決兩種技術(shù)的配伍性。那么采用排水和路用性能好、施工溫度低的排水性瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[3-4]，將會(huì)降低施工溫度，保證排水性瀝青路面功能，減少排放，節(jié)約能源。但由于環(huán)境技術(shù)等原因，我國對(duì)溫拌排水路面的研究較少，因此將Sasobit添加劑應(yīng)用于溫拌排水瀝青路面具有一定的理論及實(shí)際意義。

1 溫拌排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料的選擇

試驗(yàn)所用礦粉、高黏瀝青、溫拌劑及聚酯纖維均為現(xiàn)場取樣，礦粉為丹徒高資石料加工廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉，瀝青為江陰泰富瀝青有限公司生產(chǎn)的高黏瀝青，聚酯纖維由常州普拉斯化工有限公司生產(chǎn)。礦料選取中正玄武巖有限公司生產(chǎn)的玄武巖集料，礦料的試驗(yàn)結(jié)果見表1所列。

表1 礦料試驗(yàn)結(jié)果一覽表

1.2 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

集料級(jí)配采用OGFC-13級(jí)配，根據(jù)集料篩分結(jié)果，依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的OGFC-13級(jí)配范圍對(duì)礦料進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)。確定熱拌OGFC-13礦料的三組級(jí)配A、B、C，經(jīng)計(jì)算級(jí)配A的初始瀝青用量為6.1%，級(jí)配B的初始瀝青用量為5.5%，級(jí)配C的初始瀝青用量為4.5%，三組級(jí)配聚酯纖維添加量均為混合料質(zhì)量的0.25%，雙面各擊實(shí)50次制作馬歇爾試件。測定試件的空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度、流值等指標(biāo)，其結(jié)果見表2所列。

表2 熱拌OGFC-13瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果一覽表

根據(jù)表2中三組級(jí)配初試瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果，級(jí)配C的空隙率VV大于要求的上限25%，級(jí)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(jí)配B為設(shè)計(jì)級(jí)配。其級(jí)配曲線圖如圖1所示，據(jù)此進(jìn)行級(jí)配B的最佳油石比設(shè)計(jì)。

圖1 設(shè)計(jì)級(jí)配曲線圖

根據(jù)設(shè)計(jì)的礦料比例配料，按照5種油石比，雙面各擊實(shí)50次制作馬歇爾試件，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)，得到各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求的油石比范圍為4.7%～6.0%，其中值為5.35%?？紤]當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及工程特點(diǎn)取設(shè)計(jì)油石比為5.4%。

1.3 溫拌排水瀝青混合料的拌和及壓實(shí)溫度確定

采用熱拌排水瀝青混合料確定的最佳油石比對(duì)溫拌排水瀝青混合料進(jìn)行拌和及壓實(shí)溫度確定[5-6]。Sasobit溫拌劑的摻量為瀝青用量的2.5%，聚酯纖維摻加量為混合料質(zhì)量的0.25%，雙面各擊實(shí)50次制作馬歇爾試件，瀝青加熱為170℃，溫拌的拌和和擊實(shí)溫度從160℃開始按5℃梯度遞減。測得的馬歇爾各指標(biāo)和飛散損失見表3所列和圖2所示。

表3 Sasobit溫拌排水瀝青混合料不同溫度試驗(yàn)結(jié)果一覽表

由表3和圖2可知，馬歇爾穩(wěn)定度隨擊實(shí)溫度的增加而增加，空隙率、飛散損失和流值隨擊實(shí)成型溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢。權(quán)衡四者關(guān)系，最終確定該級(jí)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℃。此時(shí)，Sasobit溫拌排水瀝青混合料的空隙率為20.6%，熱拌排水瀝青混合料的空隙率為19.8%，均滿足規(guī)定的空隙率與目標(biāo)空隙率的差值不宜超過±1%的要求，且空隙率只增大了0.8%，說明Sasobit溫拌劑降溫效果較好。綜上分析，提出溫拌排水瀝青混合料的擊實(shí)溫度為150℃。且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及溫拌技術(shù)指南，試驗(yàn)中瀝青加熱溫度為170℃，集料加熱溫度為160℃，拌和溫度為160℃。

圖2 不同擊實(shí)溫度下瀝青混合料指標(biāo)曲線圖

2 溫拌排水瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)

2.1 水穩(wěn)定性能

對(duì)溫拌和熱拌排水瀝青混合料進(jìn)行浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4所列。

表4 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果一覽表

從表4可以看出熱拌排水瀝青混合料和溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性能各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范對(duì)改性瀝青混合料規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性能與熱拌相比稍有降低但幅度不大。

2.2 高溫穩(wěn)定性能

對(duì)溫拌和熱拌排水瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，荷載按標(biāo)準(zhǔn)方法采用0.7 MPa，試驗(yàn)溫度為60℃[7]，測試兩種拌和條件下的排水瀝青混合料的車轍動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)，比較分析拌和溫度和擊實(shí)溫度對(duì)排水瀝青混合料抗車轍能力的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表5所列。

表5 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果一覽表

由表5可以看出，溫拌排水瀝青混合料與熱拌排水瀝青混合料相比動(dòng)穩(wěn)定度稍有升高，說明Sasobit添加劑對(duì)排水瀝青混合料的抗車轍能力有促進(jìn)作用。

2.3 低溫性能

瀝青混合料的低溫性能主要取決于強(qiáng)度和變形能力，抗裂性能低的材料，強(qiáng)度和變形能力也會(huì)相對(duì)較低。對(duì)溫拌OGFC-13混合料低溫性能的評(píng)價(jià)采用小梁彎曲試驗(yàn)得到彎曲應(yīng)變，其試驗(yàn)結(jié)果見表6所列。

表6 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果一覽表

由表6可看出，溫拌OGFC-13瀝青混合料的低溫抗裂性相對(duì)熱拌OGFC-13瀝青混合料有所降低，但降低幅度不大。

2.4 老化性能

對(duì)溫拌排水瀝青混合料老化后的水穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能進(jìn)行了研究。

2.4.1 老化試驗(yàn)與低溫、水穩(wěn)試驗(yàn)的試件準(zhǔn)備

采用油石比5.4%，Sasobit溫拌劑摻量為瀝青質(zhì)量的2.5%，按照室內(nèi)拌和溫度制作OGFC-13溫拌排水瀝青混合料，對(duì)松散混合料進(jìn)行短期和長期老化處理，成型試件的溫度調(diào)至175℃和150℃。

2.4.2 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

將以上制備的馬歇爾試件進(jìn)行浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所列。

表7 老化后水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果一覽表（單位：%）

由表7可知，老化對(duì)熱拌OGFC-13瀝青混合料和溫拌OGFC-13瀝青混合料的抗水損壞性能有所影響，且相比短期老化，長期老化后指標(biāo)降幅更明顯。老化瀝青混合料在荷載和水的作用下，更容易產(chǎn)生松散和剝落現(xiàn)象，所以應(yīng)采取措施提高瀝青路面的抗老化性能，減少瀝青路面水損壞的發(fā)生。

2.4.3 低溫抗裂性

將以上制備的棱柱體試件進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所列。

表8 老化后低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果一覽表

由表8可知，老化后熱拌OGFC-13瀝青混合料和溫拌OGFC-13瀝青混合料的低溫抗變形能力比未老化瀝青混合料均有所下降，且長期老化后的低溫抗變形能力小于短期老化。老化作用使OGFC-13瀝青混合料低溫變形能力減弱。

通過分析可知，溫拌劑的加入對(duì)OGFC-13瀝青混合料的老化性能沒有明顯影響。而老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫性能都出現(xiàn)下降，所以在瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)中，建議增加瀝青混合料老化后水穩(wěn)定性和低溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用老化混合料的性能指標(biāo)變化合理選擇瀝青混合料。

3 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)，提出溫拌排水瀝青混合料的擊實(shí)溫度為150℃，試驗(yàn)中瀝青加熱溫度為170℃，集料加熱溫度為160℃，拌和溫度為160℃。

（2）與熱拌排水瀝青混合料相比，溫拌排水瀝青混合料的高溫性能稍有升高，水穩(wěn)定性能稍有降低，低溫性能有所下降，但降低幅度較小，而老化性能沒有明顯改變。

（3）OGFC-13型溫拌排水瀝青混合料的路用性能與熱拌排水混合料接近，溫拌劑的加入對(duì)其路用性能影響較小，通過合理的選擇溫拌劑的種類與用量，可以實(shí)現(xiàn)排水路面的溫拌技術(shù)。

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