環(huán)保型瀝青混合料的性能對比分析

周 玥

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市200433）

0 引 言

近年來隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的穩(wěn)步推進(jìn)，以道路交通為主導(dǎo)的基礎(chǔ)建設(shè)也得到了迅速發(fā)展。根據(jù)“十三五”交通規(guī)劃，公路增加約42 萬km，新建改建高速公路通車?yán)锍?6000 km，這就意味著對瀝青的需求量更大了。

瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的復(fù)雜混合物。在生產(chǎn)拌和、攤鋪過程中會釋放出刺鼻難聞的揮發(fā)性化學(xué)成分，如SO2、H2S、NO2、瀝青煙等，而這些大氣污染物會直接影響空氣質(zhì)量和人體體感舒適度。隨著國家環(huán)保法律法規(guī)日趨嚴(yán)格，以及人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，居民對瀝青拌和站的投訴也越來越多，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門對瀝青拌和站的監(jiān)管也越來越頻繁，很多瀝青拌和站因此被迫關(guān)停，這已嚴(yán)重制約和影響整個瀝青行業(yè)的發(fā)展。

環(huán)保型瀝青通過先進(jìn)的技術(shù)將瀝青中部分揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)變成非揮發(fā)性組分，減少刺激性氣體的排放量，從而達(dá)到降低對大氣污染物的排放要求，且不改變?yōu)r青原有性能。本文主要通過室內(nèi)馬歇爾等試驗(yàn)分析對比環(huán)保型瀝青、70 號A 級道路石油瀝青和SBS 改性瀝青對AC-20、AC-25、SMA-13 三種混合料類型的性能影響，并通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室氣體排放檢測來分析環(huán)保型瀝青的環(huán)保效應(yīng)。

1 原材料

該試驗(yàn)SMA-13 采用的粗集料為玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，瀝青選用SBS 環(huán)保型改性瀝青和SBS改性瀝青；AC-20 和AC-25 采用的粗、細(xì)集料均為石灰?guī)r，瀝青選用70 號環(huán)保型瀝青和70 號普通瀝青；礦粉是由石灰?guī)r磨細(xì)而成，表面干燥潔凈；纖維選用絮狀的聚酯纖維。本試驗(yàn)所采用的瀝青、集料、填料均符合規(guī)范要求[1]，其中瀝青的檢測結(jié)果見表1。

表1 瀝青主要性能指標(biāo)

2 混合料級配

該試驗(yàn)AC-20、AC-25、SMA-13 三種類型混合料的礦料合成級配見表2。

3 常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)

該試驗(yàn)選用馬歇爾擊實(shí)法作為混合料成型方法，通過混合料的體積指標(biāo)反映出壓實(shí)效果和混合料的密實(shí)性，并得到最佳瀝青用量。由于環(huán)保型瀝青只是通過化學(xué)合成降低原有瀝青分子內(nèi)的氣體排放量，并沒有太大改變?yōu)r青本身性能，因此此次對比試驗(yàn)中每種混合料類型的瀝青用量都是一樣的。按照瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[2]成型試件并測試其穩(wěn)定度、流值、孔隙率和瀝青飽和度，具體馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 不同混合料類型的合成級配

表3 不同混合料類型的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表4 不同混合料類型的動穩(wěn)定度

圖1 不同混合料類型和動穩(wěn)定度關(guān)系

從表3 中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，無論采用環(huán)保型SBS 改性瀝青還是環(huán)保型70 號石油瀝青，環(huán)保型瀝青混合料的馬歇爾指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。與普通瀝青混合料相比，三種類型的環(huán)保型瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)均與其相近，說明使用環(huán)保型瀝青并沒有改變其混合料的馬歇爾性能。

4 高溫性能對比分析

評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的典型試驗(yàn)為車轍試驗(yàn)。用輪碾法成型300 mm×300 mm×50 mm 的車轍板，隨后在60℃的溫度下和0.7 MPa的荷載下反復(fù)碾壓，得出在一定時間內(nèi)的動穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

將表4 中的數(shù)據(jù)結(jié)果繪制成圖1。

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，三種環(huán)保型瀝青混合料的動穩(wěn)定度值均大于普通瀝青混合料，說明環(huán)保型瀝青的使用有利于提高抗車轍性。其中，SMA-13（環(huán)保型）的動穩(wěn)定度比SMA-13 提高了31%，AC-20（環(huán)保型） 比AC-20 提高了26%，AC-25（環(huán)保型）比AC-25 提高了50%，說明AC-25（環(huán)保型）的抗車轍性能得到很大幅度的提高。

5 水穩(wěn)定性能對比分析

常用評價瀝青混合料耐久性的一個指標(biāo)即為水穩(wěn)定性。試驗(yàn)采用48 h 浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來分析各混合料的水穩(wěn)定性，具體結(jié)果見表5。

將表5 中的數(shù)據(jù)繪制成圖2、圖3。

分析以上數(shù)據(jù)可知，無論采用環(huán)保型SBS 改性瀝青還是環(huán)保型70 號瀝青，環(huán)保型瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足規(guī)范要求，且與普通型瀝青混合料相差不大。其中，AC-20 混合料的水穩(wěn)定性最好，環(huán)保型比普通型的水穩(wěn)定性略有下降；其次是SMA-13，環(huán)保型與普通型的浸水殘留穩(wěn)定度相差不大，而環(huán)保型的凍融劈裂強(qiáng)度比下降幅度為5%；而AC-25 的環(huán)保型浸水殘留穩(wěn)定度比普通型下降7%，凍融劈裂強(qiáng)度比下降9%。

表5 不同混合料類型的水穩(wěn)定性結(jié)果

表6 不同混合料類型的低溫抗裂性結(jié)果

圖2 不同混合料類型和浸水殘留穩(wěn)定度關(guān)系

圖3 不同混合料類型和凍融劈裂強(qiáng)度比關(guān)系

圖4 不同混合料類型和低溫彎曲破壞應(yīng)變關(guān)系

表7 不同類型的瀝青排放檢測結(jié)果

6 低溫抗裂性能對比分析

采用低溫彎曲試驗(yàn)研究瀝青混合料的低溫抗裂性能，其彎曲破壞應(yīng)變值越大表明瀝青混合料的變形范圍越大，抗裂性能越好，試驗(yàn)結(jié)果見表6，如圖4 所示。

從表中數(shù)據(jù)可知，三種環(huán)保型瀝青混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變均滿足規(guī)范要求。其中，SMA-13 的環(huán)保型混合料略有下降，降幅約為6%；AC-20、AC-25 兩種環(huán)保型瀝青混合料的低溫抗裂性能略好于普通型瀝青混合料，增幅分別為3%、12%，說明70 號環(huán)保型瀝青有利于提高混合料的低溫抗裂性能。

7 氣體排放對比分析

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過紫外-可見分光光度儀測試環(huán)保型瀝青和普通型瀝青中SO2、NH3、H2S 的排放量，具體排放數(shù)據(jù)見表7，如圖5～圖7 所示。

從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，與普通瀝青相比，環(huán)保型瀝青的SO2、NH3、H2S 濃度分別有大幅下降。未高溫儲存的環(huán)保型瀝青相比未高溫儲存的普通瀝青SO2釋放量下降21%，NH3釋放量下降52%，H2S 釋放量下降37%；高溫儲存4 周的環(huán)保型瀝青相比高溫儲存4 周的普通瀝青SO2釋放量下降46%，NH3釋放量下降31%，H2S 釋放量下降41%?？傮w而言，環(huán)保型瀝青能明顯降低SO2、NH3、H2S 的釋放量，減少瀝青刺激性氣體的排放量。

圖5 SO2 排放量

圖6 NH3 排放量

圖7 H2S 排放量

8 結(jié) 語

（1）瀝青試驗(yàn)表明，環(huán)保型瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和延度與普通瀝青的指標(biāo)非常接近，滿足規(guī)范要求。

（2）馬歇爾試驗(yàn)表明，SMA-13（環(huán)保型）、AC-20（環(huán)保型）、AC-25（環(huán)保型）的空隙率、穩(wěn)定度、流值與普通型瀝青混合料的性能差異不大。

（3）動穩(wěn)定度試驗(yàn)表明，環(huán)保型瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性明顯高于普通瀝青混合料，說明環(huán)保型瀝青能改善瀝青混合料的抗車轍性能。其中，AC-25（環(huán)保型）比AC-25 提高了近1 倍，其次分別是SMA-13（環(huán)保型）、AC-20（環(huán)保型），提高了31%、26%。

（4）水穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，經(jīng)過48 h 浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，環(huán)保型瀝青混合料的水穩(wěn)定性滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。其中，SMA-13（環(huán)保型）、AC-20（環(huán)保型）的浸水殘留穩(wěn)定度相比SMA-13、AC-20 略有下降，而AC-25（環(huán)保型）的浸水殘留穩(wěn)定度相比AC-25 提高了8%；而SMA-13（環(huán)保型）、AC-20（環(huán)保型）、AC-25（環(huán)保型）的凍融劈裂強(qiáng)度比均比SMA-13、AC-20、AC-25 有所下降，下降幅度分別為5%、2%、9%。

（5）低溫彎曲試驗(yàn)表明，環(huán)保型瀝青的低溫彎曲應(yīng)變值都在規(guī)范范圍內(nèi)。除了SMA-13（環(huán)保型）比SMA-13 下降6%，AC-20（環(huán)保型）、AC-25（環(huán)保型）比AC-20、AC-25 增幅分別為3%、12%，說明環(huán)保型瀝青混合料同樣具有良好的低溫抗裂性能。

（6）氣體排放試驗(yàn)表明，環(huán)保型瀝青混合料能明顯改善刺激性氣體的排放量。未高溫儲存的環(huán)保瀝青能降低SO221%、NH352%、H2S 37%，高溫儲存4 周的環(huán)保型瀝青能降低SO246%、NH331%、H2S 41%。