溫拌無纖維SMA 混合料路用性能研究

■唐小燕

(福建南平路橋養(yǎng)護(hù)工程有限公司，南平 353000)

0 引言

目前我國道路工程瀝青混合料為主要高等級路面鋪筑材料， 其中常用的熱拌瀝青混合料(HMA) 一般是在160～180℃的高溫條件下進(jìn)行拌和，這不僅對作業(yè)人員造成了潛在的危害， 同時在高溫條件下瀝青混合料會排放二氧化碳，二氧化硫等有害氣體，還對作業(yè)人員和自然環(huán)境造成了不可逆的影響[1]。本著降低能源消耗與環(huán)境友好的角度出發(fā)，溫拌瀝青混合料(WMA)應(yīng)運而生，溫拌瀝青混合料常在100～120℃進(jìn)行拌合與施工， 相比于熱拌瀝青混合料，其具有低能耗，低排放的優(yōu)點，與此同時還能滿足我國瀝青路面規(guī)范技術(shù)要求[2-3]。 瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)作為一種性能優(yōu)良的道路建筑材料，由于其具有很好的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、耐久性、以及優(yōu)良的表面特征，在我國路面建設(shè)中被廣泛使用。 SMA 混合料是由瀝青結(jié)合料， 少量纖維穩(wěn)定劑和細(xì)集料組成的間斷級配混合料，無論何種SMA，一般均要在拌合過程中摻入纖維穩(wěn)定劑提高混合料的性能， 然而纖維的加入勢必要增大成本，此外纖維多具有孔洞，易吸水腐爛，耐熱耐磨性差，纖維還具有較大吸油性，吸附大量瀝青以及加筋作用，影響施工和易性，若拌合不均會導(dǎo)致泛油等危害[4]。因此，纖維的加入會造成一定的弊端。

針對上述的情況， 本文引用一種以Aspha-min 溫拌劑代替纖維穩(wěn)定劑的新型溫拌無纖維SMA 混合料作為研究對象。 通過溫拌無纖維SMA 混合料與熱拌SMA 瀝青混合料的路用性能結(jié)果對比， 證明在經(jīng)濟(jì)費用減少的基礎(chǔ)上仍能滿足規(guī)范要求。

1 試驗材料

對常規(guī)熱拌SMA 混合料和溫拌無纖維SMA 混合料兩種瀝青混合料采用膠結(jié)料為SBS 改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1；級配類型均為SMA-13，設(shè)計級配見圖1；瀝青用量設(shè)計為5.5%，路用性能測試用試件應(yīng)用輪碾成型方法制備。

表1 SBS 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)(I-D)

圖1 SMA 瀝青混合料礦料級配曲線

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

在溫度和荷載的共同作用下， 瀝青混合料不斷壓實，變形逐漸積累增大形成車轍，從而降低了道路的使用性能和安全性能。 鑒此，高溫穩(wěn)定性是瀝青混合料路用性能的重要評價指標(biāo)。 高溫穩(wěn)定性的評價指標(biāo)多種多樣，每一種評價方法都有其適用條件，一般最為常用評價方法是車轍試驗，三軸荷載試驗、馬歇爾穩(wěn)定度試驗等[5]。 本研究選取車轍試驗作為高溫性能評價方法，以60℃條件下的動穩(wěn)定度作為高溫穩(wěn)定性的評價指標(biāo)，對溫拌無纖維SMA 和普通熱拌有纖維SMA 分別進(jìn)行三組平行車轍試驗，并進(jìn)行對比研究分析，結(jié)果如下

表2 所示。

對比車轍試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：溫拌無纖維SMA 的動穩(wěn)定度為5698 次/mm， 相比于普通熱拌有纖維SMA 的6164 次/mm 僅僅降低了8%， 且遠(yuǎn)高于規(guī)范要求的3000 次/mm[6]。 說明溫拌無纖維SMA 的抵抗車轍性能雖然有所降低，但是溫拌無纖維SMA 動穩(wěn)定度足夠滿足道路的使用性能要求。 動穩(wěn)定度下降的主要原因是由于加入瀝青和溫拌劑Aspha-min 攪拌時產(chǎn)生少量水， 在施工過程中這部分水不能完全蒸發(fā)掉， 總會殘存于混合料中一部分，從而集料和瀝青的粘附性，導(dǎo)致動穩(wěn)定度略有下降。

2.2 水穩(wěn)定性

外界水滲入瀝青混合料后會破壞瀝青混合料的粘附性能，由于水在瀝青與集料界面上存在時，使瀝青的粘附性降低，從而導(dǎo)致瀝青與集料無法很好的形成強度，在溫度作用與車輛荷載的作用下出現(xiàn)剝落， 破壞瀝青混合料的強度，從而造成水損壞。因此水穩(wěn)定性是造成混合料水損害最最重要的原因， 以此要對混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性檢測，符合標(biāo)準(zhǔn)才能應(yīng)用。本研究采用殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比這兩種試驗方法對溫拌無纖維SMA 混合料和熱拌SMA 混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行測試與對比分析，試驗結(jié)果如表3、表4 所示。

表3 殘留穩(wěn)定度對比試驗結(jié)果

表4 凍融劈裂對比試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知： 溫拌無纖維SMA 混合料和普通熱拌SMA 混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強度比相差不大， 表明兩種混合料的水穩(wěn)定性能基本相同，且均高于技術(shù)規(guī)范要求的≥80%。 通過進(jìn)一步對比兩種瀝青混合料的性能， 可以發(fā)現(xiàn)相比于普通熱拌SMA 混合料， 溫拌無纖維SMA 混合料的穩(wěn)定度和劈裂抗拉強度分別減少了5%和1%， 可以看出雖然相比于熱拌SMA水穩(wěn)定性有所下降，但幅度極小，且在節(jié)約成本投資方面效果明顯。

2.3 低溫抗裂性

瀝青混合料是一種溫度敏感性材料，氣溫驟降時，瀝青面層會突然產(chǎn)生一個溫度收縮應(yīng)力， 當(dāng)溫度應(yīng)力超過瀝青混合料的抗拉強度，瀝青面層就發(fā)生斷裂，經(jīng)過不斷積累使路面產(chǎn)生橫向裂縫， 因此要求混合料具有一定的低溫抗裂性能[7]。本研究采用低溫彎曲小梁試驗測定彎拉強度、彎拉破壞應(yīng)變、彎曲勁度模量，綜合評價溫拌無纖維SMA 混合料與普通熱拌SMA 混合料的低溫抗裂性能，試驗結(jié)果如表5、表6 所示。 由于我國的地理位置大部分處于冬冷區(qū)和冬寒區(qū)， 因此要求低溫彎曲破壞應(yīng)變不小于2500 微應(yīng)變。

表5 溫拌無纖維SMA 瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

表6 熱拌SMA 瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果得：溫拌無纖維SMA 混合料與普通熱拌SMA 瀝青混合料相比彎拉破壞應(yīng)變εB、 彎拉強度RB、彎曲勁度模量SB都略有降低，兩種混合料的彎拉破壞應(yīng)變都大于規(guī)范要求的2500， 表明溫拌無纖維SMA 混合料的低溫抗裂性相比于普通熱拌SMA 混合料略差些，但是低溫抗裂性能完全符合規(guī)范要求。

Aspha-min 溫拌劑的使用對于溫拌無纖維SMA 混合料的低溫抗裂性能有兩個方面的影響：“正面影響”是由于在較低溫度條件下進(jìn)行拌合碾壓成型， 瀝青的老化程度要明顯低于普通熱拌SMA 混合料，這有利于提高瀝青混合料的低溫抗裂性能；“負(fù)面影響” 是由于加入Aspha-min 溫拌劑和瀝青的過程中產(chǎn)生少量的水， 這部分水會有極少量殘留在瀝青混合料中， 使得瀝青粘聚力降低，同時在低溫條件下，體積膨脹，導(dǎo)致瀝青混合料中產(chǎn)生許多微裂紋，容易誘發(fā)瀝青混合料的低溫開裂，因此這些微量水的存在不利于低溫抗裂性能的提高。 由于這兩方面的作用同時存在，在課題試驗中，溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性能略差于普通熱拌SMA 混合料， 表明Aspha-min 溫拌劑負(fù)面影響要大于正面影響， 同時低溫抗裂性能均符合規(guī)范要求。

3 結(jié)論

對溫拌無纖維SMA 混合料與熱拌SMA 混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性能三項常用的路面性能評價指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的測試， 通過對比兩種材料的試驗結(jié)果與分析討論，可以得出以下結(jié)論：

(1)通過瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗發(fā)現(xiàn)，相比于普通熱拌SMA 瀝青混合料， 溫拌無纖維SMA 瀝青混合料的動穩(wěn)定度降低了8%， 但溫拌無纖維SMA 瀝青混合料遠(yuǎn)高于規(guī)范中數(shù)值，因此完全符合使用要求。其原因可能是由于加入溫拌劑后產(chǎn)生的水分殘存在混合料中，降低了瀝青與集料的粘附性，造成動穩(wěn)定度有一定的下降。

(2)通過浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗和凍融劈裂試驗可以發(fā)現(xiàn)， 溫拌無纖維SMA 混合料和普通熱拌SMA 混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強度比相差不大， 兩者分別降低了5%和1.4%。 表明這兩種混合料的水穩(wěn)定性基本相同，均高于技術(shù)規(guī)范要求的大于或等于80%。

(3)通過低溫彎曲試驗來驗證溫拌無纖維SMA 混合料的低溫抗裂性能可以發(fā)現(xiàn)，溫拌無纖維SMA 混合料的低溫性能稍差于普通熱拌SMA 混合料， 但差別不明顯，且低溫抗裂性能均符合我國相應(yīng)氣候分區(qū)的規(guī)范使用要求。