不同溫拌劑對(duì)GAC-16型改性瀝青混合料性能的影響研究

嚴(yán) 超 張國(guó)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(shí)，視需要混合料出場(chǎng)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(huì)顯著加速瀝青的老化，導(dǎo)致混合料的性能降低，且過(guò)高的溫度將會(huì)帶來(lái)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(guó)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(guó)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(duì)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(shí)際效果.

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 瀝青

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

表1 改性瀝青檢測(cè)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(rùn)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(shí)，內(nèi)部的水分蒸發(fā)出來(lái)對(duì)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(lèi)改性劑，熔點(diǎn)在100 ℃左右，與熱瀝青融化后起到潤(rùn)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(lèi)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(jì)

粗集料來(lái)自廣東河源某石場(chǎng)，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(jí)配曲線見(jiàn)圖1.

圖1 GAC-16C瀝青混合料礦料合成級(jí)配曲線圖

1.4 最佳油石比下馬歇爾試驗(yàn)

最佳油石比下，按最佳擊實(shí)溫度成型試件，馬歇爾體積指標(biāo)見(jiàn)表2.

表2 馬歇爾試驗(yàn)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(duì)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(yàn)研究

現(xiàn)行規(guī)范常采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)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(yàn)與路面的實(shí)際狀況相差較遠(yuǎn)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)也未能反映出瀝青混合料水穩(wěn)定性的真實(shí)情況[8].凍融劈裂試驗(yàn)?zāi)M的試驗(yàn)條件并不完全適用于廣東高溫多雨的典型氣候特征，在評(píng)價(jià)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(yàn)和工程驗(yàn)證的基礎(chǔ)上引入了肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)，從多角度評(píng)價(jià)不同溫拌劑對(duì)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(yàn)

浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為浸水殘留穩(wěn)定度，計(jì)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(jiàn)表3.

表3 浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)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(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(yàn)結(jié)果

2.1.3肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)

多年的室內(nèi)試驗(yàn)研究及工作驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)?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(píng)價(jià)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(shì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將瀝青混合料抗水損害能力劃分為五個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表5.

表5 瀝青混合料抗水損壞能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

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

表6 肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)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(jí)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(yàn)

車(chē)轍試驗(yàn)是目前使用最為廣泛的評(píng)價(jià)瀝青混合料抗車(chē)轍能力的試驗(yàn)方法，其評(píng)價(jià)指標(biāo)是動(dòng)穩(wěn)定度.然而，大量研究顯示，動(dòng)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(shí)際發(fā)生的永久變形.文中在車(chē)轍試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合GTM試驗(yàn)及單軸貫入試驗(yàn)，多方面評(píng)價(jià)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(chē)轍試驗(yàn)并不能完全反映路面高溫特性，在此基礎(chǔ)上，故增加70 ℃車(chē)轍試驗(yàn).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(chē)轍試驗(yàn)

不同試驗(yàn)條件下溫拌改性瀝青混合料車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7.

表7 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由60℃標(biāo)準(zhǔn)車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果可得，EC120、EC130、Sasobit三種溫拌改性瀝青混合料車(chē)轍動(dòng)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(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果可得，EC120、EC130、Sasobit三種溫拌改性瀝青混合料車(chē)轍動(dòng)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(chē)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(yàn)

GTM試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)剪切壓實(shí)法成型試件，并在成型過(guò)程中測(cè)出混合料的力學(xué)指標(biāo)GSI和GSF，用以評(píng)價(jià)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(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8.

表8 GTM試驗(yàn)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(yàn)

GTM試驗(yàn)與單軸貫入試驗(yàn)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(gè)相對(duì)值，并未直接得到混合料實(shí)際抗剪強(qiáng)度值[12-13].基于此，現(xiàn)采用HYD-25型COOPER機(jī)對(duì)溫拌SBS改性瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，試件采用GTM試驗(yàn)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(jiàn)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(yàn)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(yàn)

采用小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)混合料的低溫抗裂性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10.

表10 低溫彎曲試驗(yàn)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(chē)轍試驗(yàn)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(yàn)和單軸貫入試驗(yàn)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).