不同溫拌劑對GAC-16型改性瀝青混合料性能的影響研究

嚴(yán) 超 張國民

(公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心1) 廣州 510042)(廣東華路交通科技有限公司2) 廣州 510042)

0 引 言

改性瀝青混合料攤鋪溫度一般在160～175 ℃，在秋冬季施工溫度較低時，視需要混合料出場溫度要保證在175～185 ℃之間才利于施工攤鋪碾壓.但較高的拌和溫度會顯著加速瀝青的老化，導(dǎo)致混合料的性能降低，且過高的溫度將會帶來更多能源消耗及各種廢氣污染，排放的碳指標(biāo)更大[1-2].為了解決此狀況，溫拌瀝青混合料應(yīng)運(yùn)而生且已發(fā)展到一定規(guī)模.目前，國內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的溫拌技術(shù)主要有瀝青發(fā)泡降黏技術(shù)、有機(jī)降黏技術(shù)和表面活性劑改性技術(shù)等[3-5].其中瀝青發(fā)泡降黏的代表作品有深圳某公司生產(chǎn)的EC130；有機(jī)降黏技術(shù)的代表作品有深圳某公司生產(chǎn)的EC120和南非某公司生產(chǎn)的Sasobit，兩種溫拌材料均基于有機(jī)蠟降黏技術(shù).

為了更好的發(fā)展溫拌瀝青混合料，積極響應(yīng)國家要求的碳達(dá)峰、碳中和要求，文中從路用性能角度出發(fā)，對比分析了基于不同溫拌技術(shù)研發(fā)的溫拌材料之間的溫拌實際效果.

1 原材料及配合比設(shè)計

1.1 瀝青

采用東莞某公司生產(chǎn)的PG76-10改性瀝青，檢測指標(biāo)見表1.

表1 改性瀝青檢測指標(biāo)

1.2 溫拌劑

1)有機(jī)蠟EC120 EC120為一種有機(jī)蠟材料，熔點(diǎn)在90～100 ℃，與熱瀝青拌和后能起到潤滑降黏的作用，摻量一般為瀝青質(zhì)量的3.5%，可降低混合料成型溫度20～25 ℃.

2)沸石EC130 EC130為一種內(nèi)部含水的白色粉末狀物質(zhì)，該溫拌劑與瀝青拌和時，內(nèi)部的水分蒸發(fā)出來對瀝青進(jìn)行發(fā)泡，從而降低瀝青的黏度，技術(shù)原理為溫拌泡沫瀝青法，摻量一般為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%，可降低混合料成型溫度20～25 ℃.

3)Sasobit Sasobit為一種有機(jī)添加劑，屬于一種聚烯烴類改性劑，熔點(diǎn)在100 ℃左右，與熱瀝青融化后起到潤滑作用，從而有效降低瀝青的黏度[6].改性原理與海川公司的EC120類似，摻量一般為瀝青質(zhì)量的3%，可降低混合料成型溫度25 ℃左右.

1.3 礦料及配合比設(shè)計

粗集料來自廣東河源某石場，集料粒徑為10～20，5～10和3～5 mm；細(xì)集料為石灰?guī)r機(jī)制砂.礦粉由蕉嶺縣興達(dá)精細(xì)碳酸鈣粉廠生產(chǎn)；水泥為某公司生產(chǎn)的P·O32.5普通硅酸鹽水泥.礦料級配曲線見圖1.

圖1 GAC-16C瀝青混合料礦料合成級配曲線圖

1.4 最佳油石比下馬歇爾試驗

最佳油石比下，按最佳擊實溫度成型試件，馬歇爾體積指標(biāo)見表2.

表2 馬歇爾試驗結(jié)果

由表2可知，三種不同溫拌改性瀝青混合料的馬歇爾體積指標(biāo)均滿足規(guī)范要求.相較SBS改性瀝青混合料，空隙率較接近，穩(wěn)定度呈現(xiàn)一定程度降低.

2 溫拌劑對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響研究

2.1 水穩(wěn)定性試驗研究

現(xiàn)行規(guī)范常采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能[7].但大量研究表明：浸水馬歇爾試驗與路面的實際狀況相差較遠(yuǎn)，其評價指標(biāo)也未能反映出瀝青混合料水穩(wěn)定性的真實情況[8].凍融劈裂試驗?zāi)M的試驗條件并不完全適用于廣東高溫多雨的典型氣候特征，在評價瀝青混合料水穩(wěn)定性能上均存在一定的局限性.文中在室內(nèi)試驗和工程驗證的基礎(chǔ)上引入了肯塔堡浸水飛散試驗，從多角度評價不同溫拌劑對SBS瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響規(guī)律.

其中SBS改性瀝青混合料成型溫度按165～170 ℃控制，溫拌改性瀝青混合料成型溫度為145～150 ℃.

2.1.1浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗

浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗評價指標(biāo)為浸水殘留穩(wěn)定度，計算方法為瀝青混合料試件浸水48 h的穩(wěn)定度與浸水30～40 min的穩(wěn)定度的比值.具體結(jié)果見表3.

表3 浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

由表3可知：三種溫拌改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求.添加溫拌劑后，殘留穩(wěn)定度均出現(xiàn)些許下降，相較而言，EC130溫拌改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度>EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料.

2.1.2凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗評價指標(biāo)為殘留穩(wěn)定度，即凍融循環(huán)前后劈裂抗拉強(qiáng)度比.具體試驗結(jié)果見表4.

由表4可知：三種溫拌改性瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比均滿足規(guī)范要求，相比SBS改性瀝青混合料，溫拌改性瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度均呈不同程度降低，EC120溫拌改性瀝青混合料最低，其次是Sasobit溫拌，EC130溫拌降低程度最小.從殘留強(qiáng)度比上看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

表4 凍融劈裂試驗結(jié)果

2.1.3肯塔堡浸水飛散試驗

多年的室內(nèi)試驗研究及工作驗證發(fā)現(xiàn)，肯塔堡浸水飛散試驗?zāi)軌蚝芎玫呐c路面水損壞機(jī)理及形式相一致，該方法在評價瀝青用量或黏結(jié)能力不足造成的路面集料脫落和散失程度方面有較明顯的優(yōu)勢，根據(jù)經(jīng)驗將瀝青混合料抗水損害能力劃分為五個等級，見表5.

表5 瀝青混合料抗水損壞能力評定標(biāo)準(zhǔn)

對三種溫拌改性瀝青混合料進(jìn)行了肯塔堡浸水飛散試驗，結(jié)果見表6.

表6 肯塔堡浸水飛散試驗結(jié)果

由表6可知，三種溫拌改性瀝青混合料的浸水飛散損失均較小，抗水損害等級均為優(yōu)，相較SBS改性瀝青混合料，溫拌混合料浸水飛散損失均增大，其中EC130溫拌改性瀝青混合料>EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料，整體相差不大.

2.2 高溫穩(wěn)定性試驗

車轍試驗是目前使用最為廣泛的評價瀝青混合料抗車轍能力的試驗方法，其評價指標(biāo)是動穩(wěn)定度.然而，大量研究顯示，動穩(wěn)定度指標(biāo)雖然與瀝青混合料的永久變形存在一定的相關(guān)性，但并不能完全反映瀝青混凝土路面實際發(fā)生的永久變形.文中在車轍試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合GTM試驗及單軸貫入試驗，多方面評價溫拌改性瀝青混合料的高溫特性.因廣東屬亞熱帶氣候地區(qū)，夏季路表溫度最高可達(dá)70 ℃以上，60 ℃下標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗并不能完全反映路面高溫特性，在此基礎(chǔ)上，故增加70 ℃車轍試驗.其中改性瀝青混合料成型溫度為165～170 ℃，溫拌改性瀝青混合料成型溫度為145～150 ℃.

2.2.1車轍試驗

不同試驗條件下溫拌改性瀝青混合料車轍動穩(wěn)定度試驗結(jié)果見表7.

表7 車轍試驗結(jié)果

由60℃標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗結(jié)果可得，EC120、EC130、Sasobit三種溫拌改性瀝青混合料車轍動穩(wěn)定度分別為14 140，10 870和12 360 次/mm，相較SBS改性瀝青混合料，變化幅度分別為+6.4%、-18.1%、-6.9%.

由70 ℃車轍試驗結(jié)果可得，EC120、EC130、Sasobit三種溫拌改性瀝青混合料車轍動穩(wěn)定度分別為6 700，6 325和6 313 次/mm，相較SBS改性瀝青混合料，降低幅度分別為2.7%、8.1%、8.3%.

從高溫抗車轍性能上看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

2.2.2GTM試驗

GTM試驗采用旋轉(zhuǎn)剪切壓實法成型試件，并在成型過程中測出混合料的力學(xué)指標(biāo)GSI和GSF，用以評價混合料的高溫穩(wěn)定性.其中GSI表征試件受剪應(yīng)力作用的變形穩(wěn)定程度的參數(shù)，GSF表征瀝青混合料被壓實到平衡狀態(tài)時的抗剪切強(qiáng)度是否達(dá)到瀝青路面所需的剪應(yīng)力[9-11].溫拌改性瀝青混合料的GTM試驗結(jié)果見表8.

表8 GTM試驗結(jié)果

由表8可知:SBS改性瀝青混合料添加EC120、EC130和Sasobit等溫拌劑后，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定系數(shù)GSI值增大，抗剪安全系數(shù)GSF值降低，三種溫拌改性瀝青混合料抗剪強(qiáng)度系數(shù)較接近，均滿足技術(shù)要求.

2.2.3單軸貫入試驗

GTM試驗與單軸貫入試驗均可以表征瀝青混合料的抗剪性能，但GTM得到的抗剪強(qiáng)度因子GSF是一個相對值，并未直接得到混合料實際抗剪強(qiáng)度值[12-13].基于此，現(xiàn)采用HYD-25型COOPER機(jī)對溫拌SBS改性瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗，試件采用GTM試驗機(jī)成型試件，試件尺寸Φ100×100 mm，剪應(yīng)力系數(shù)：τ=0.34.結(jié)果見表9.

由表9可知，SBS改性瀝青混合料抗剪強(qiáng)度約1.65 MPa，添加EC120、EC130、Sasobit的混合料抗剪強(qiáng)度分別為1.45，1.31和1.38 MPa，分別降低了12.1%、20.6%、16.4%.從單軸貫入試驗結(jié)果看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

2.3 低溫抗裂性試驗

采用小梁彎曲試驗對混合料的低溫抗裂性能進(jìn)行了試驗分析，試驗結(jié)果見表10.

表10 低溫彎曲試驗結(jié)果

由表10可知，添加溫拌劑后，混合料的最大彎拉應(yīng)變均變小，其中EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變分別降低了11.3%、18.9%、14.2%.從低溫抗裂性能上看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

3 結(jié) 論

1)EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料均具有良好的抗水損害性能，相較SBS改性瀝青混合料，水穩(wěn)定性均有些許降低，三者性能相當(dāng).

2)EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料均具有良好的高溫穩(wěn)定性能，車轍試驗結(jié)果顯示，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料；GTM試驗和單軸貫入試驗結(jié)果顯示，EC120溫拌與Sasobit溫拌改性瀝青混合料抗剪切破壞效果相當(dāng)，優(yōu)于EC130溫拌改性瀝青混合料.

3)相較SBS改性瀝青混合料，EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料低溫抗裂性能均有所下降，低溫彎拉應(yīng)變下降幅度分別為11.3%、18.9%、14.2%，EC120溫拌改性瀝青混合料低溫性能最佳.

4)基于有機(jī)降黏技術(shù)的EC120、Sasobit溫拌改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能均優(yōu)于基于發(fā)泡降黏技術(shù)的EC130溫拌改性瀝青混合料，三種溫拌瀝青混合料水穩(wěn)定性能相當(dāng).