溫拌瀝青混合料在廣東高速公路中的應(yīng)用研究

梁勇

(廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 511431)

0 引言

溫拌瀝青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是用添加劑或其他方法，降低瀝青在給定溫度下的粘度，從而使瀝青混合料能在相對較低的溫度下進(jìn)行拌和與施工。以目前的技術(shù)水平，WMA的拌和溫度一般在120℃ ～130℃，攤鋪和碾壓的溫度為100℃ ～110℃，相對HMA，溫度降低了至少30℃。同時，就工程性質(zhì)而言，WMA又具備與HMA相當(dāng)?shù)氖┕ず鸵仔耘c路面使用性能。隨著公路建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，在瀝青混合料生產(chǎn)過程中降低能源消耗、減少環(huán)境污染，是公路發(fā)展的需要，也是公路建設(shè)發(fā)展到一定程度后的必然。為適應(yīng)這種發(fā)展，借鑒國內(nèi)外初步研究成果，作者在廣東高速公路瀝青路面中試驗(yàn)性鋪筑了溫拌瀝青混合料試驗(yàn)路，對WMA應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了初步的研究與探索。

1 溫拌試驗(yàn)路簡介

溫拌試驗(yàn)路鋪筑長度為1 km。該路段設(shè)計(jì)為一級公路，路面寬15 m，路面結(jié)構(gòu)為4 cm AC-13上面層+粘層+6 cm AC-20中面層+透層+34 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+18 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層，瀝青用SBS改性瀝青。在溫拌試驗(yàn)路段，作者共進(jìn)行了4種溫拌混合料的鋪筑。

試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)：

1)方案1：6 cm AC-20，70號石油瀝青，摻瀝青質(zhì)量的3.5% Sasobit?，500 m;

2)方案2：6 cm AC-20，70號石油瀝青，摻Seam添加劑(Seam與瀝青質(zhì)量之比為40%∶60%)，500 m;

3)方案3：4 cm AC-13，改性瀝青，摻瀝青質(zhì)量的2.0%Sasobit?，500 m;

4)方案4：4 cm AC-13，SBS改性瀝青，摻瀝青質(zhì)量的3.0% EC-120，500 m。

在方案1與方案2的石油瀝青WMA試驗(yàn)路鋪筑中，混合料的最低出料溫度為120℃;方案3與方案4的SBS改性瀝青WMA最低出料溫度為150℃，相應(yīng)的攤鋪與初壓溫度比其出料溫度低10℃，均取得了較好的壓實(shí)效果。

在溫拌試驗(yàn)路鋪筑之前，作者在室內(nèi)對WMA的路用性能進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，四種混合料的路用性能均達(dá)到了HMA混合料的水平，有些技術(shù)指標(biāo)甚至還優(yōu)于HMA。下面僅以摻Sasobit?的石油瀝青混合料性能為例，對WMA的性能做一簡單介紹。

2 溫拌混合料路用性能

瀝青混合料的路用性能主要有高溫穩(wěn)定性、抗水損害能力、低溫抗裂性、力學(xué)性能等，相應(yīng)的常規(guī)評價指標(biāo)有馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度;殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比;低溫彎曲應(yīng)變;回彈模量與彎拉強(qiáng)度等。為方便使用與比較，本研究采用了上述參數(shù)來評價Sasobit?WMA的路用性能。

2.1 試驗(yàn)用原材料

1)基質(zhì)瀝青。室內(nèi)試驗(yàn)用的石油瀝青為中海36-1 70號A級道路石油瀝青，其主要指標(biāo)均滿足JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［3］(以下簡稱JTG F40)的要求。

2)集料。試驗(yàn)用集料為石灰?guī)r碎石與礦粉，均滿足JTG F40要求。

3)溫拌改性劑。選用南非Sasol-Wax公司生產(chǎn)的Sasobit?，它是Fischer-Tropsch(FT)過程從煤氣化中生產(chǎn)的長鏈脂肪族烴，也叫FT固體石蠟。其基本性能見表1。

表1 Sasobit?改性劑性質(zhì)［4］

室內(nèi)試驗(yàn)用了4種Sasobit?摻量同級配的瀝青混合料，Sasobit?摻量分別為0%，2%，3%和4%。由瀝青的粘—溫曲線確定普通HMA的拌和與壓實(shí)溫度的中值分別為155℃和145℃。對于3種不同Sasobit?摻量的WMA，其拌和與壓實(shí)均采用比普通HMA低30℃的溫度進(jìn)行試驗(yàn)。表2列出了室內(nèi)混合料的試驗(yàn)溫度。

表2 混合料試驗(yàn)溫度 ℃

根據(jù)普通HMA配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，其最佳油石比為4.0%，為了與普通HMA使用性能進(jìn)行對比，其余3種摻Sasobit?的WMA也采用4.0%來進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)。

2.2 馬歇爾試驗(yàn)

對于3種不同摻量的WMA和HMA進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的馬歇爾試驗(yàn)，其結(jié)果見圖1，圖2。

由圖1可見，Sasobit?摻量對混合料的馬歇爾穩(wěn)定度MS有一定影響，摻量越多，馬歇爾穩(wěn)定度MS越大;當(dāng)摻量為3%時，WMA的馬歇爾穩(wěn)定度MS與HMA相比變化不大;而摻量超過3%以后，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度MS隨摻量增加而增大的幅度減小。圖2顯示流值隨Sasobit?摻量的增加變化不明顯。

作為參考，表3給出了Sasobit?WMA的主要馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)。由表3可見，Sasobit?WMA滿足規(guī)范對熱拌瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)要求。

圖1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 流值試驗(yàn)結(jié)果

表3 Sasobit?WMA馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2.3 動穩(wěn)定度試驗(yàn)

對于3種不同摻量的Sasobit?WMA和HMA，按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行了動穩(wěn)定對比試驗(yàn)，其結(jié)果見圖3。

圖3 動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可見，Sasobit?摻量對WMA的動穩(wěn)定度DS有較大影響，WMA的動穩(wěn)定度DS比HMA增加較大。另一方面混合料并未因生產(chǎn)過程中拌和與壓實(shí)溫度過低出現(xiàn)壓實(shí)不足或因?yàn)r青老化減輕而引起車轍試件松散破壞。Sasobit?WMA的動穩(wěn)定度DS較HMA有顯著提高。

2.4 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

水損害是瀝青路面的主要病害之一。瀝青混合料的抗水損害能力是決定路面水穩(wěn)定性的主要因素之一。

對于WMA，由于拌和溫度的降低，集料中的水分可能不能完全蒸發(fā)而被瀝青膜封閉在集料表面的開口孔隙中，從而導(dǎo)致瀝青混合料的水損害［5-7］，因此，十分有必要對WMA的水穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。本研究采用常用的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比R'和凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比TSR來評價Sasobit?WMA的水穩(wěn)定性。

1)殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)。

浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)用來評價瀝青混合料受水損害時抵抗剝落的能力。對于3種不同摻量的WMA和HMA，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的浸水馬歇爾試驗(yàn)，其結(jié)果見圖4。

由圖4可見，WMA的浸水殘留穩(wěn)定度強(qiáng)度比R'比HMA稍有減小，但變化不大;添加劑摻量對混合料的R'影響不大，不同摻量的WMA的R'均能滿足規(guī)范中對HMA在年降雨量大于1 000 mm潮濕區(qū)浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度R'不小于80%的要求。

圖4 浸水殘留強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2)凍融劈裂試驗(yàn)。

凍融劈裂試驗(yàn)用于評價在規(guī)定條件下對瀝青混合料進(jìn)行凍融循環(huán)，測定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的抗拉強(qiáng)度比TSR，是評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。

對3種不同摻量的WMA和HMA進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的凍融劈裂試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見圖5。由圖5可見，WMA的TSR比HMA的小，HMA的TSR為88%，而3%Sasobit?WMA的TSR只有78%，相比下降了10%;其他兩個摻量下，混合料的TSR更小，并且不能滿足JTG F40規(guī)范表5.3.4-2中對HMA在年降雨量大于1 000 mm潮濕區(qū)TSR≥75%的要求。其原因可能是，一方面由于拌和溫度的降低，集料中的水分不能完全蒸發(fā)而被瀝青封閉在集料表面上;另一方面，由于拌和溫度降低，瀝青流動性能不夠，瀝青膜過厚，引起粘結(jié)力不足，最終導(dǎo)致水損害［7］。

圖5 凍融劈裂強(qiáng)度比TSR試驗(yàn)結(jié)果

為改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，本研究采用了添加瀝青質(zhì)量的0.35%的ASA-9304固體抗剝落劑的方法來改善WMA的水穩(wěn)定性，其凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果亦見圖5。由圖5可見，拌和與壓實(shí)溫度的降低，會給混合料帶來一定程度的水損害，對于WMA，建議在生產(chǎn)過程中采用摻適當(dāng)?shù)目箘兟鋭﹣硖岣呋旌狭系乃€(wěn)定性。

2.5 溫拌瀝青混合料性能小結(jié)

本節(jié)對Sasobit?WMA的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性、力學(xué)性能做了較為詳細(xì)的研究，討論了WMA的使用性能，并與HMA的使用性能進(jìn)行了比較，綜合試驗(yàn)結(jié)果可知，摻加Sasobit?后，在比HMA低30℃下拌和與擊實(shí)成型的WMA，除TSR指標(biāo)偏低外，其余各項(xiàng)使用性能均不低于HMA，個別性能如DS值還優(yōu)于HMA。

3 結(jié)語

WMA試驗(yàn)路竣工已近一年，經(jīng)過了一個冬季低溫的考驗(yàn)，至目前為止，路面完整無任何缺陷，在外觀上與HMA路面沒有任何差別，因此，作者初步可以得出如下結(jié)論：

1)WMA的路用性能不低于同材料的HMA，個別性能如DS還優(yōu)于HMA，可以用于高等級公路路面各層。

2)WMA的水穩(wěn)定性比同材料的HMA稍低，建議在WMA中添加適當(dāng)?shù)慕?jīng)檢驗(yàn)有效的抗剝落劑來提高WMA的抗水損害能力。

由于時間、條件等因素，本研究工作還不夠深入和全面，尚存在一些問題和不足，在深度、廣度以及施工工藝方面還有待進(jìn)一步研究和完善。

［1］ Hurley，G.C，B.D.Prowell.Evaluation of Sasobit?for Use in Warm Mix Asphalt［R］.NCAT Report 05-06，National Center for Asphalt Technology，Auburn University，Auburn，Alabama，2006.

［2］ 左 鋒，葉 奮.國外溫拌瀝青混合料技術(shù)與性能評價［J］.中外公路，2007，27(6)：164-168.

［3］ JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 中交科技.Sasobit普適瀝青改性劑技術(shù)手冊.http：//www.cctmpofun.com，2008-10-16.

［5］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Evotherm?for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 06-02.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2006.

［6］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Aspha-min?Zeolite for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 05-04.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2005.

［7］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Sasobit?for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 05-06.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2005.

［8］ JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［9］ 夏 漾.Sasobit?溫拌瀝青混合料設(shè)計(jì)與使用性能［D］.長沙：湖南大學(xué)碩士論文，2008.