溫拌劑對瀝青混合料壓實(shí)特性及力學(xué)性能的影響研究

耿超海

(新疆交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行三處 烏魯木齊市 830021)

研究表明，溫拌劑可以降低瀝青混合料的拌和及施工溫度，不僅可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，還能在一定程度上提升瀝青性能、減少瀝青的老化，起到提升瀝青混合料力學(xué)性能的作用。Sasobit溫拌劑熔點(diǎn)低、加工及使用方便，是道路建設(shè)中最常用的溫拌劑之一。通過室內(nèi)瀝青混合料性能試驗(yàn)，研究了Sasobit溫拌劑對瀝青混合料壓實(shí)特性及力學(xué)特性的影響，試驗(yàn)結(jié)果可為現(xiàn)場施工提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料性能及配合比設(shè)計(jì)

1.1 瀝青

試驗(yàn)采用SBS改性瀝青，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)檢測，其各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示，均滿足規(guī)范要求。

1.2 溫拌劑

試驗(yàn)采用Sasobit瀝青溫拌劑，外觀呈白色顆粒狀，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)檢測，其各項(xiàng)指標(biāo)如表2所示。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇AC-20型瀝青混合料，級配為規(guī)范級配中值，級配組成如表3所示。按照規(guī)范中馬歇爾設(shè)計(jì)方法，確定不含溫拌劑的AC-20型瀝青混合料最佳油石比為4.5%。

表2 Sasobit瀝青溫拌劑技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

表3 AC-20型瀝青混合料級配組成

2 溫拌劑對瀝青混合料壓實(shí)特性的影響

瀝青混合料的壓實(shí)特性是材料的一種自身屬性，其宏觀表現(xiàn)為不同壓實(shí)溫度、不同壓實(shí)功作用下混合料的密度表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。為了研究溫拌劑對瀝青混合料壓實(shí)特性的影響規(guī)律，分別制備溫拌劑摻量為1%～5%的SBS改性瀝青。

按照馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定的混合料最佳油石比，拌和制備不同溫拌劑摻量的瀝青混合料，并在不同成型溫度、不同擊實(shí)次數(shù)條件下成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，每種不同的試驗(yàn)條件成型5個(gè)平行試驗(yàn)樣本，分別測定不同組別馬歇爾試件的密度，取其平均值作為該組試驗(yàn)樣本的代表值，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。其中瀝青混合料成型溫度分別為135℃、150℃和165℃，成型次數(shù)分別為雙面擊實(shí)75次和90次。

表4 不同溫拌劑摻量下AC-20型瀝青混合料密度測試結(jié)果

分析表4中不同瀝青混合料密度變化規(guī)律可以得出：

(1)溫拌劑摻量相同時(shí)，成型溫度越高、擊實(shí)次數(shù)越多，瀝青混合料的密度越大。溫拌劑摻量不同時(shí)，成型溫度與擊實(shí)次數(shù)相同條件下，瀝青混合料的密度隨著溫拌劑摻量的增加而增加。

(2)溫拌劑摻量為3%，成型溫度150℃、擊實(shí)次數(shù)75次條件下瀝青混合料密度基本與成型溫度165℃、擊實(shí)次數(shù)75次條件下SBS改性瀝青混合料密度相當(dāng)；溫拌劑摻量為4%時(shí)，相同擊實(shí)次數(shù)條件下成型溫度為150℃的溫拌瀝青混合料密度已經(jīng)超過成型溫度165℃條件下SBS改性瀝青混合料密度。由此可以得出：溫拌劑可以提高瀝青的感溫性，添加溫拌劑的瀝青混合料所需的壓實(shí)溫度低于SBS改性瀝青混合料。

(3)當(dāng)溫拌劑摻量為4%時(shí)，成型溫度165℃、擊實(shí)次數(shù)75次條件下瀝青混合料密度基本與成型溫度165℃、擊實(shí)次數(shù)90次條件下SBS改性瀝青混合料密度相當(dāng)。由此可以得出：添加溫拌劑的瀝青混合料達(dá)到相同密度時(shí)所需的壓實(shí)能小于SBS改性瀝青混合料。

摻入溫拌劑后瀝青的感溫性增強(qiáng)，相同溫度下粘稠性降低、流動性增強(qiáng)，集料在瀝青的“潤滑”作用下移動阻力變小，更容易被碾壓密實(shí)，混合料密度增大。一定范圍內(nèi)，溫拌劑摻量越大，混合料達(dá)到指定密度所需的壓實(shí)溫度越低，所需的壓實(shí)功越小，相對于SBS改性瀝青混合料，溫拌瀝青混合料更容易被壓實(shí)，因此得出溫拌劑可以有效改善瀝青混合料的壓實(shí)性能。

3 溫拌劑對瀝青混合料力學(xué)性能的影響

按照馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定的混合料最佳油石比，拌和制備不同溫拌劑摻量的瀝青混合料，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的試驗(yàn)要求分別制作、成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件和車轍板，并測定混合料試件的力學(xué)性能，測試結(jié)果如表5所示，試驗(yàn)內(nèi)容包含瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。

表5 不同溫拌劑摻量下AC-20型瀝青混合料性能測試結(jié)果

分析表5中不同溫拌劑摻量瀝青混合料力學(xué)性能的變化規(guī)律可以得出：

(1)摻入溫拌劑的瀝青混合料高溫性能優(yōu)于SBS改性瀝青混合料，且隨著溫拌劑摻量的逐漸增大，瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度及動穩(wěn)定度逐漸增大，由此可以得出：溫拌劑可以提升瀝青混合料的高溫性能，提高混合料的抗車轍能力。溫拌劑摻量大于3%后，繼續(xù)增加摻量，瀝青混合料的穩(wěn)定度及動穩(wěn)定度增加數(shù)值相對減小，高溫性能增長趨勢放緩。

(2)隨著溫拌劑摻量的逐漸增大，瀝青混合料低溫破壞強(qiáng)度逐漸增大，破壞應(yīng)變逐漸減小，由此可以得出：溫拌劑一定程度上降低了瀝青混合料的低溫性能。溫拌劑摻量大于3%后，繼續(xù)增加摻量，瀝青混合料低溫抗變形能力下降趨勢加劇。

(3)摻入溫拌劑后，瀝青混合料凍融劈裂殘留強(qiáng)度比變化并不明顯，且隨著溫拌劑摻量的逐漸增大，殘留比變化依然不明顯，由此可以得出：溫拌劑對于瀝青混合料水穩(wěn)定性影響較小。

摻入溫拌劑后瀝青的感溫性增強(qiáng)，相同成型條件下瀝青混合料的密實(shí)度較大，混合料的高溫性能得到提升；溫拌劑的摻入改變了瀝青性能，使得低溫條件下瀝青的 “硬脆”特性更加顯著，故瀝青混合料低溫破壞的彎拉強(qiáng)度增加，彎拉應(yīng)變減小，混合料的低溫性能下降；由于Sasobit溫拌劑自身成分特點(diǎn)，降低了瀝青的粘附性，但由于摻入溫拌劑后瀝青混合料的密實(shí)度提高，空隙率下降，外界水分不易滲入混合料內(nèi)部造成破壞，在兩種影響因素的共同作用下，混合料的水穩(wěn)定性基本保持不變。溫拌劑摻量大于3%后，繼續(xù)增大摻量對瀝青混合料高溫性能提升不再明顯，低溫性能下降速率增加，因此給出試驗(yàn)選用的Sasobit溫拌劑建議摻量為3%。

4 結(jié)論

(1)溫拌劑可以降低瀝青混合料壓實(shí)溫度及所需的壓實(shí)功，改善瀝青混合料的壓實(shí)性能。

(2)溫拌劑可以提高瀝青混合料的高溫性能，降低瀝青混合料的低溫性能，對水穩(wěn)定性影響不大，綜合考慮混合料性能及施工成本，建議Sasobit溫拌劑摻量為3%。