溫拌劑對瀝青混合料路用性能的影響分析

陸立波，何 艷

（1.武漢中央商務(wù)區(qū)投資控股集團(tuán)有限公司，湖北 武漢，430023；2.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢，430023）

溫拌劑對瀝青混合料路用性能的影響分析

陸立波1，何 艷2

（1.武漢中央商務(wù)區(qū)投資控股集團(tuán)有限公司，湖北 武漢，430023；2.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢，430023）

為了分析溫拌劑對瀝青混合料各項(xiàng)性能的影響，采用不同的溫拌劑摻量制備溫拌瀝青混合料，測試其馬歇爾穩(wěn)定度、高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)定性，并結(jié)合溫拌劑摻量與各項(xiàng)性能的關(guān)系曲線，推薦了最佳的溫拌劑摻量。然后采用最佳溫拌劑摻量，對比分析了溫拌瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：溫拌劑在熔點(diǎn)以下的溫域主要起到增粘作用，在熔點(diǎn)以上的溫域主要起到降粘作用，因此可以改善瀝青混合料的施工和易性，提升瀝青混合料的高溫性能、水穩(wěn)定性；由于溫拌劑中蠟成分在低溫時(shí)呈現(xiàn)脆性，因此溫拌瀝青混合料的低溫性能有所降低。

道路工程；瀝青混合料；路用性能；溫拌

0 引言

瀝青路面憑借其修筑、養(yǎng)護(hù)相對容易，行車舒適等特點(diǎn)在我國得到大規(guī)模的應(yīng)用，是我國路面建設(shè)主要的結(jié)構(gòu)形式。但是由于瀝青混合料在施工過程中的溫度較高，一方面瀝青混合料發(fā)生了不同程度的老化現(xiàn)象，使瀝青混合料的性能衰減，影響了瀝青路面的耐久性；另一方面瀝青混合料在施工過程中存在較大的能源消耗，并且產(chǎn)生了環(huán)境污染現(xiàn)象。溫拌技術(shù)是緩解瀝青混合料短期老化現(xiàn)象，并且達(dá)到瀝青路面節(jié)能減排的有效手段之一，因此許多國家相繼開展了溫拌瀝青混合料的研究。

孫大全等[1]介紹了溫拌技術(shù)的發(fā)展歷程，目前國外已有溫拌技術(shù)的工作原理，溫拌瀝青混合料的制備工藝及降溫幅度等，并開發(fā)了一種自主的基于軟質(zhì)瀝青預(yù)拌、巖瀝青粉末復(fù)配技術(shù)的溫拌瀝青混合料制備方法。王飛等[2]基于熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，以等體積參數(shù)為設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行溫拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，探討溫拌瀝青混合料的合理施工溫度、溫拌劑摻量、瀝青混合料理論最大密度計(jì)算的修正方法等瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)存在的問題。郭平[3]，王茂文[4]，陳慨[5]等研究了溫拌瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能，認(rèn)為溫拌劑可以改善瀝青混合料的綜合性能，只是不同類型的溫拌劑對各項(xiàng)性能的作用效果各有不同。魏建國[6]，周燕[7]，孫大權(quán)[8]，王素英[9]等針對溫拌瀝青混合料施工溫度確定方法不一的問題，開展了溫拌瀝青混合料拌和壓實(shí)特性研究，分析了溫拌瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料施工溫度的差異，并推薦了溫拌瀝青混合料適宜的拌和溫度和壓實(shí)溫度。程玲[10]，秦永春[11]等針對溫拌瀝青混合料所具有的節(jié)能減排效果進(jìn)行了分析，并與熱拌瀝青混合料進(jìn)行對比，認(rèn)為溫拌瀝青混合料的節(jié)能減排效果十分顯著。黃明[12]，孫吉書[13]，楊麗英[14]等針對溫拌再生瀝青混合料的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了溫拌再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性以及抗疲勞性能等，并且認(rèn)為溫拌再生技術(shù)進(jìn)一步提升了瀝青路面的節(jié)能減排效果。

總之，溫拌瀝青混合料技術(shù)是一項(xiàng)綠色環(huán)保節(jié)能的路面技術(shù)，本文首先分析了不同溫拌劑摻量對瀝青混合料各項(xiàng)性能的影響，推薦了最佳的溫拌劑摻量。然后采用最佳溫拌劑摻量拌制瀝青混合料，并與基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料各項(xiàng)性能進(jìn)行對比。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

瀝青分別采用70#道路石油瀝青和SBS改性瀝青，其主要技術(shù)性質(zhì)檢測結(jié)果見表1，各項(xiàng)性能均滿足我國現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求。溫拌劑采用德國Schiimann-Sasol公司生產(chǎn)的Sasobit改性劑，其主要技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果見表2。粗集料采用3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm 的玄武巖，細(xì)集料采用 0～3 mm的石灰?guī)r，填料采用石灰?guī)r質(zhì)礦粉，上述礦料均能滿足我國現(xiàn)行規(guī)范的要求。

表1 瀝青主要技術(shù)性質(zhì)

表2 Sasobit主要技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

1.2 瀝青混合料

本文采用AC-13C作為不同類型瀝青混合料各項(xiàng)路用性能對比分析的研究對象，礦料級(jí)配為我國現(xiàn)行規(guī)范推薦的中值，具體見表3，最佳油石比為4.9%。

表3 采用的AC-13C礦料級(jí)配

1.3 試驗(yàn)方案

（1）采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)以及浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，分別測試溫拌劑摻量為0、2%、3%、4%時(shí)溫拌瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、破壞彎拉應(yīng)變以及殘留穩(wěn)定度、強(qiáng)度比。通過分析不同性能指標(biāo)與溫拌劑摻量關(guān)系曲線的變化趨勢，推薦最佳的溫拌劑摻量。

（2）采用推薦的溫拌劑摻量，對比分析溫拌瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 溫拌劑摻量對路用性能的影響

2.1.1 溫拌劑摻量對馬歇爾穩(wěn)定度的影響

不同摻量的溫拌瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度測試結(jié)果見圖1。

圖1 溫拌劑摻量與馬歇爾穩(wěn)定度的關(guān)系

由圖1可知，隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度不斷增大，以溫拌劑摻量3%為例，在未添加溫拌劑時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度為9.05 kN，當(dāng)溫拌劑摻量為3%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度增大至11.44 kN，增長幅度達(dá)到26.4%。通過觀察溫拌劑摻量與馬歇爾穩(wěn)定度的關(guān)系曲線可知，當(dāng)溫拌劑摻量達(dá)到3%以后，馬歇爾穩(wěn)定度的增長趨勢明顯變緩，表明繼續(xù)增加溫拌劑的摻量對馬歇爾穩(wěn)定度的改善作用已不再明顯。

在瀝青混合料中添加溫拌劑之后，雖然馬歇爾試件擊實(shí)溫度要低于普通瀝青混合料，但是由于溫拌劑使瀝青在其熔點(diǎn)以上溫域的粘度變小，瀝青混合料的施工和易性得到改善，在相同的擊實(shí)功下更易密實(shí)，再加上溫拌劑在熔點(diǎn)以下溫域的增粘作用，因此溫拌瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度隨溫拌劑摻量的增加而不斷增大。

2.1.2 溫拌劑摻量對高溫性能的影響

不同摻量的溫拌瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度測試結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度亦隨之增大，以溫拌劑摻量3%為例，在未添加溫拌劑時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度為2 521次/mm，當(dāng)溫拌劑摻量為3%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度增大至5 171次/mm，增長幅度達(dá)到105.1%，表明溫拌劑對瀝青混合料高溫性能的改善十分顯著。通過觀察溫拌劑摻量與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系曲線可知，當(dāng)溫拌劑摻量達(dá)到3%以后，繼續(xù)添加溫拌劑對瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的提升逐漸趨于平緩。

圖2 溫拌劑摻量與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系

Sasobit溫拌劑中含有的蠟成分，在熔點(diǎn)以下的溫域內(nèi)可以通過結(jié)晶作用在瀝青混合料內(nèi)部形成網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，增大了瀝青的軟化點(diǎn)和該溫域內(nèi)瀝青的粘度，從而提高了瀝青混合料的抗車轍能力，改善了瀝青混合料的高溫性能。

2.1.3 溫拌劑摻量對低溫性能的影響

不同摻量的溫拌瀝青混合料破壞彎拉應(yīng)變測試結(jié)果見圖3。

圖3 溫拌劑摻量與破壞彎拉應(yīng)變的關(guān)系

由圖3可知，隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青混合料的破壞彎拉應(yīng)變不斷減小，并且呈現(xiàn)先緩后急的變化趨勢，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在溫拌劑摻量3%左右。在未添加溫拌劑時(shí)，破壞彎拉應(yīng)變?yōu)? 853，當(dāng)溫拌劑摻量為3%時(shí)，破壞彎拉應(yīng)變減小至2 679，減小幅度達(dá)到6.1%；當(dāng)溫拌劑摻量為4%時(shí)，破壞彎拉應(yīng)變減小至2 517，減小幅度達(dá)到11.8%，減小趨勢明顯增快，表明溫拌劑對瀝青混合料低溫性能有一定程度的負(fù)面影響，這可能與Sasobit溫拌劑中的蠟成分在低溫條件下呈現(xiàn)脆性有關(guān)。

2.1.4 溫拌劑摻量對水穩(wěn)定性的影響

不同摻量的溫拌瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比測試結(jié)果見圖4。

圖4 溫拌劑摻量與水穩(wěn)定性的關(guān)系

由圖4可知，隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和強(qiáng)度比亦隨之增大，以溫拌劑摻量3%為例，在未添加溫拌劑時(shí)，殘留穩(wěn)定度和強(qiáng)度比分別為83.5%和82.5%，，當(dāng)溫拌劑摻量為3%時(shí)，殘留穩(wěn)定度和強(qiáng)度比分別增大至91.7%和86.9%，增長幅度分別達(dá)到9.8%和5.3%，表明在瀝青混合料中添加溫拌劑對瀝青混合料的水穩(wěn)定性有一定的改善作用。通過觀察溫拌劑摻量與水穩(wěn)定性的關(guān)系曲線可知，當(dāng)溫拌劑摻量達(dá)到3%以后，繼續(xù)添加溫拌劑對瀝青混合料水穩(wěn)定性的提升逐漸趨于平緩。

2.2 不同類型瀝青混合料路用性能對比

由上述內(nèi)容可知，3%的溫拌劑摻量是溫拌瀝青混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)綜合最佳的摻量。本文采用3%溫拌劑摻量拌制瀝青混合料，測試其馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、破壞彎拉應(yīng)變及殘留穩(wěn)定度、強(qiáng)度比，并與基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料進(jìn)行對比，各項(xiàng)性能的檢測結(jié)果見表4。

表4 不同類型瀝青混合料路用性能

由表4可知，與基質(zhì)瀝青混合料相比，溫拌瀝青混合料除了低溫性能有所下降之外，其馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度及強(qiáng)度比等均有不同程度的提升，表明在瀝青混合料中添加3%的溫拌劑有利于瀝青混合料綜合性能的改善。此外，與SBS改性瀝青混合料相比，溫拌瀝青混合料除了低溫性能與之差異較大之外，其他各項(xiàng)性能均相差不大。

3 結(jié)論

（1）溫拌劑在熔點(diǎn)以下的溫域通過結(jié)晶作用在瀝青混合料內(nèi)部形成網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，對瀝青主要起到增粘作用；在熔點(diǎn)以上的溫域，由于溫拌劑中蠟成分的影響對瀝青主要起到降粘作用。

（2）溫拌瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、高溫性能以及水穩(wěn)定性的提升主要與溫拌劑的增粘作用有關(guān)。

（3）由于Sasobit溫拌劑含有蠟成分，其在低溫時(shí)具有脆性，因此溫拌劑對瀝青混合料的低溫性能有一定的負(fù)面影響。

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青海省花石峽至久治高速公路——花久高速公路正式建成通車

新青川大通道青海段最后一條連接線、青海省最后一條通州高速公路、西北首條綠色循環(huán)低碳公路——青海省花石峽至久治高速公路（花久公路）正式建成通車。

花久高速公路是交通運(yùn)輸部確定的“八縱八橫”骨架公路網(wǎng)的“八縱”之一，是新疆庫爾勒經(jīng)青海省通往四川成都的國家西部區(qū)域經(jīng)濟(jì)大通道的重要組成部分。這條穿越三江源的綠色公路，創(chuàng)下了多項(xiàng)青海省乃至世界之最：雪山一號(hào)隧道是目前世界上已建成海拔最高的公路隧道；西北首條綠色循環(huán)低碳公路；389 km一次性開工建設(shè)；橋隧環(huán)比最高（20%以上）；施工難度最大（平均海拔4 000 m以上，最高海撥4 600 m）、青海省高速公路建設(shè)史上一次性投資最大。

經(jīng)過4年的艱辛努力,共完成路基土石方3 993萬m3、防排水工程863萬m3;修建特大橋6座、大橋69座、中小橋149座，總長度達(dá)38.735 km;開鑿特長隧道5座、長隧道4座，其單洞總長達(dá)56.333 km。

U414

A

1009-7716（2017）12-0161-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.12.046

2017-06-21

陸立波（1978-），男，廣西貴港人，高級(jí)工程師，從事道路工程研究工作。