不同添加劑對瀝青及其混合料性能的影響研究

梁好章

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國已進(jìn)入高速公路養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，因此，瀝青及其混合料的使用性能顯得極為重要。文章通過采用P-1（復(fù)合增效劑）、P-2和P-3三種低熔點(diǎn)聚烯烴材料對殼牌70#基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性（三種添加劑摻量為瀝青質(zhì)量的2%），通過試驗(yàn)進(jìn)行低熔點(diǎn)聚烯烴改性瀝青的性能檢測，分析數(shù)據(jù)判定最優(yōu)添加劑并對其進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)，測試其不同摻量條件下的軟化點(diǎn)、135 ℃動力黏度和彈性恢復(fù)性能，并研究三種添加劑的超薄鋪裝瀝青混合料性能。研究內(nèi)容及結(jié)果可用于指導(dǎo)高速公路瀝青路面材料組成設(shè)計(jì)，同時(shí)可為瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)提供技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：高速公路;瀝青;混合料;添加劑

0 引言

近年來，我國高速公路早期損害嚴(yán)重，路面車轍、坑槽、松散和擁包等病害層出不窮。究其原因主要是車輛超載、外界環(huán)境作用引起的道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，這使得高速路面養(yǎng)護(hù)周期縮短，養(yǎng)護(hù)成本提高，維修期高速公路通行能力減弱。因此，延長高速公路瀝青路面使用壽命迫在眉睫[1-3]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于不同添加劑對瀝青及混合料性能影響的研究頗多，取得了豐碩的研究成果。陳志一等主要介紹了Aspha-Min，Evotherm、Sasobit三種不同添加劑對溫拌瀝青混合料施工使用過程中的影響，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)判定哪種添加劑可以使瀝青及其混合料性能最優(yōu)[4];馮鋼主要介紹了一些市場上已開發(fā)研究出的三種添加劑，并對它們的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究表明，瀝青混合料中在摻入這些添加劑后，能夠減小熱拌瀝青混合料的壓實(shí)及拌和溫度，同時(shí)具備不損壞路面性能的優(yōu)勢[5];張美坤等通過進(jìn)行不同材料的破壞試驗(yàn)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線并求取應(yīng)變能，通過對約束溫度的應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果及彎曲應(yīng)變能兩個指標(biāo)來評定瀝青低溫性能的規(guī)律[6];伍鐵強(qiáng)等通過開展室內(nèi)性能試驗(yàn)研究，分析添加劑（溫拌劑、再生劑）對高摻量廠拌熱再生瀝青混合料路用性能的變化規(guī)律，總結(jié)各類添加劑對不同RAP摻量的廠拌再生瀝青混合料各項(xiàng)性能的影響規(guī)律[7]。

本文依托廣西某路面中修工程，現(xiàn)場路面養(yǎng)護(hù)施工過程中可知密級配超薄鋪裝Upave10對瀝青膠結(jié)料有135 ℃黏度低、60 ℃黏度高、彈性恢復(fù)性能好等三項(xiàng)技術(shù)要求，在混合料中主要添加復(fù)合增效劑提高路面車轍、水損害性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫拌施工。采用增加SBS改性劑用量的方式，必然增大改性瀝青135 ℃黏度。低熔點(diǎn)聚烯烴材料可以達(dá)到135 ℃黏度低、60 ℃黏度高的效果，因此項(xiàng)目組采用P-1（復(fù)合增效劑）、P-2和P-3三種低熔點(diǎn)聚烯烴材料對殼牌70#基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，三種添加劑摻量為瀝青質(zhì)量的2%，測試不同摻量條件下的軟化點(diǎn)、135 ℃動力黏度和彈性恢復(fù)性能。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 RAP

RAP為銑刨機(jī)銑刨該項(xiàng)目瀝青混凝土路面得到的舊瀝青混合料，銑刨不同瀝青路面結(jié)構(gòu)層得到不同粒徑的RAP，本次研究采用維特根2 000、2 100型銑刨機(jī)對高速路面的中、下面層進(jìn)行銑刨，一次性銑刨厚度為12 cm。將銑刨得到的RAP進(jìn)行篩分，生產(chǎn)成0～8 mm、8～15 mm、15～25 mm三檔RAP，在料倉中分開存儲。

此次瀝青混合料級配按貝雷法進(jìn)行設(shè)計(jì)。貝雷法設(shè)計(jì)有利于集料逐級填充，形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。RAP篩分有原樣篩分和抽提篩分兩種方式，抽提篩分即將原樣中的瀝青清除，將集料分離出來后再進(jìn)行篩分，[JP4]試驗(yàn)表明，瀝青混合料按照RAP抽提篩分來調(diào)整級配比較合理，本次研究用瀝青混合料設(shè)計(jì)級配如表1所示，合成級配皆處于規(guī)范要求的瀝青混合料級配范圍以內(nèi)。

1.2 補(bǔ)充集料

考慮到對象高速是特重交通，在進(jìn)行瀝青混合料級配設(shè)計(jì)時(shí)，考慮RAP真實(shí)的礦料級配，在混合料中添加了20%的10～20 mm與5～10 mm石灰石碎石，其石料壓碎值、洛杉磯磨耗值、針片狀百分率、吸水率等指標(biāo)需達(dá)粗集料技術(shù)要求。

1.3 填料

選擇水泥和礦粉作為填料。水泥采用初凝時(shí)間3～4 h、終凝時(shí)間6 h以上的普通硅酸鹽散裝水泥。水泥應(yīng)疏松、干燥、無聚團(tuán)、無結(jié)塊與受潮變質(zhì)[4]。水泥質(zhì)量應(yīng)滿足相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。礦粉采用石灰石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到，礦粉應(yīng)干燥、潔凈。礦粉的質(zhì)量應(yīng)滿足相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 添加劑

本試驗(yàn)所使用添加劑為P-1（復(fù)合增效劑）、P-2和P-3三種低熔點(diǎn)聚烯烴材料對殼牌70#基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性。

2 試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

將低熔點(diǎn)聚烯烴加入到140 ℃～150 ℃的基質(zhì)瀝青中，在150 ℃條件下采用3 000～4 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌60 min，然后進(jìn)行低熔點(diǎn)聚烯烴改性瀝青的性能檢測。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，相對于70#基質(zhì)瀝青，三種改性瀝青的針入度降低，軟化點(diǎn)提高，60 ℃動力黏度提高。其中，P-1改性瀝青的60 ℃動力黏度提高幅度最為顯著。因此，對P-1改性瀝青進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)，測試了不同摻量條件下的軟化點(diǎn)、135 ℃動力黏度和彈性恢復(fù)性能。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，增加P-1的摻量，瀝青的軟化點(diǎn)顯著提高，135 ℃動力黏度略有提高，彈性恢復(fù)指標(biāo)也有大幅度的提升。但是彈性恢復(fù)指標(biāo)與SBS改性瀝青55%～75%的指標(biāo)相比，仍然具有較大的差異，單一地采用聚烯烴對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性難以達(dá)到較好的效果。因此采用P-1與SBS改性瀝青進(jìn)行復(fù)配，進(jìn)一步研究改性瀝青的復(fù)配技術(shù)。采用P-1對PG70的SBS改性瀝青進(jìn)行復(fù)合改性，將SBS改性瀝青加熱到160 ℃～170 ℃，攪拌20 min，然后加入P-1，在150 ℃～160 ℃剪切20 min，然后進(jìn)行性能測試。對P-1的0%、2.5%、3.5%和4.5%的摻量進(jìn)行了性能測試。測試結(jié)果如表4所示。