Sasobit應(yīng)用于溫拌排水瀝青混合料的研究

王 坤，陳景雅

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇南京210098）

目前道路建設(shè)中的瀝青路面基本上都采用的是傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料HMA（hot mix asphalt）。由于HMA要求的施工溫度很高，在生產(chǎn)過程中需要將瀝青和集料加熱到很高的溫度，不僅要消耗大量的能源，而且在生產(chǎn)和施工的過程中還會(huì)排放出大量的廢氣和粉塵嚴(yán)重影響周圍的環(huán)境質(zhì)量和施工人員的身體健康。所以說，使用HMA 的負(fù)面影響就是環(huán)境的破壞、能源的大量消耗和人的生存圈的縮小。為了彌補(bǔ)HMA的不足，人們研制出了溫拌瀝青混合料WMA（warm mix asphalt）這種新的環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品［1-4］。

在政策面的強(qiáng)力推動(dòng)下，溫拌技術(shù)在歐洲發(fā)展并迅速進(jìn)入應(yīng)用階段。2000年第一屆國際瀝青路面大會(huì)首次報(bào)道該技術(shù)，膠結(jié)料降黏型和瀝青發(fā)泡型兩大主流溫拌技術(shù)陸續(xù)研發(fā)成功并投入應(yīng)用，2002 年美國引入溫拌瀝青混合料技術(shù)，2003年，表面活性平臺(tái)溫拌研發(fā)成功并首次應(yīng)用，由此，三大主流溫拌技術(shù)體系宣告成型，2004 年美國建設(shè)了美國的第一條溫拌瀝青混合料路面，2005年由美國瀝青路面協(xié)會(huì)（NAPA）和聯(lián)邦公路局（FHWA）發(fā)起組建溫拌瀝青混合料技術(shù)研究組（warm mix asphalt technical working group），5年以后，美國已有總計(jì)21 個(gè)州準(zhǔn)許自由使用溫拌技術(shù)，溫拌工藝逐步替代熱拌工藝已經(jīng)成為非常明顯的趨勢(shì)［5-6］。

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增長和人民生活水平的不斷提高，公路運(yùn)營要求由快捷暢通向安全、美觀、舒適和環(huán)保轉(zhuǎn)變。如何提高路面的服務(wù)水平減少交通安全事故，逐漸成為我國交通部門追求的新目標(biāo)。排水性路面因空隙率大、表面粗糙、構(gòu)造深度大、防滑、抗車轍降低噪音等特點(diǎn)，在雨量比較大或噪聲要求高的地段，鋪筑該路面已受到業(yè)內(nèi)人士的普遍歡迎［7-9］。排水性瀝青路面良好的透水降噪性都與瀝青混合料較大的空隙率有關(guān)。反過來空隙率又影響其混合料強(qiáng)度和耐久性，而且排水瀝青路面的高溫穩(wěn)定性不足。

Sasobit添加劑熔點(diǎn)低，易以液體的形式存在于瀝青中，極大地降低了瀝青溫拌條件下的黏度，而當(dāng)溫度低于85oC時(shí)，Sasobit又在瀝青中形成網(wǎng)狀的晶格結(jié)構(gòu)，增大了瀝青的黏度，有利于增強(qiáng)瀝青混合料的穩(wěn)定性。另外，添加Sasobit后瀝青混合料溫度區(qū)間大，施工溫度低，可以達(dá)到節(jié)能減排的效果［10］。

考慮到溫拌技術(shù)與大孔隙排水瀝青路面兩者對(duì)強(qiáng)度不利影響的疊加，目前溫拌技術(shù)在排水瀝青路面上的應(yīng)用罕有研究，因此，Sasobit添加劑應(yīng)用于溫拌排水瀝青路面的設(shè)想是頗具研究意義的。

2 原材料的選擇

2.1 瀝青

排水瀝青的大空隙結(jié)構(gòu)使其具有良好的排水功能和雨天行車安全特性，但其強(qiáng)度和耐久性必然的會(huì)受其影響而有所損失；而且孔隙率越大，排水功能越好，損失程度越大，孔隙率也會(huì)隨時(shí)間而下降，進(jìn)而影響其排水功能［11］。為了減少這種損失，本試驗(yàn)采用優(yōu)質(zhì)的瀝青膠結(jié)料—高黏瀝青，并對(duì)其各指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 高黏瀝青檢測(cè)結(jié)果Tab.1 High-viscosity asphalt test results

對(duì)高黏瀝青檢測(cè)結(jié)果可得，各指標(biāo)均滿足要求。

2.2 集料

溫拌排水瀝青混合料以粗集料為主，因此，粗集料質(zhì)量至關(guān)重要，它直接決定路面的抗滑性能。為保證混合料排水功能，石料外形應(yīng)具有近似立方體形狀，針片狀顆料比一般要求高，在日本要求5：1針片狀顆粒不得超過10%，而按BS812方法則要求不超過25%［12］。對(duì)集料的磨光值有較高要求，因?yàn)榈挚鼓ス庑阅軓?qiáng)的石料作路面面層集料可提高路面防滑能力，從而可使公路交通雨天的事故減少，同時(shí)石料需有足夠的強(qiáng)度、抗壓碎性和抗沖擊性，保證路面的耐久性及其表面功能性。要求采用洛杉磯法測(cè)定的磨耗率小于25%～30%［12］。

本試驗(yàn)所采用的粗細(xì)集料為玄武巖，礦粉為石灰?guī)r礦粉。集料的密度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 集料密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Aggregate density test results

粗集料、細(xì)集料、填料等的技術(shù)要求均應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40）的相關(guān)規(guī)定。

2.3 溫拌添加劑Sasobit

溫拌添加劑有兩種形態(tài)，顆粒狀及粉末狀，其中粉末狀適用于在熔融狀態(tài)下?lián)饺霟岬臑r青中，顆粒狀小球可直接摻入混合料，為保證施工便利及質(zhì)量控制，推薦選用顆粒狀形態(tài)的Sasobit溫拌劑，其物理化學(xué)指標(biāo)如表3中所示。

表3 Sasobit的物理和化學(xué)性質(zhì)Tab.3 Physical and chemical properties of Sasobit

3 試驗(yàn)結(jié)果及其討論

3.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

在進(jìn)行溫拌排水瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)前需要對(duì)混合料的原材料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）在OGFC-13 的級(jí)配范圍內(nèi)選擇排水瀝青混合料的3 個(gè)級(jí)配，分別對(duì)3 條級(jí)配的熱拌瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，肯塔堡飛散試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)并行進(jìn)性能對(duì)比分析。三條級(jí)配的熱拌瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 熱拌排水瀝青混合料各級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test results of hot mix porous asphalt mixture at all levels

根據(jù)表4中3組級(jí)配初試瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果，級(jí)配C 的空隙率大于要求的上限25%，級(jí)配A 的空隙率小于要求的下限18%，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)選擇級(jí)配B為設(shè)計(jì)級(jí)配。其級(jí)配曲線圖如圖1所示。

按設(shè)計(jì)的礦料比例配料，按照5種油石比，聚酯纖維摻加量分別為混合料質(zhì)量的0.25%，雙面各擊實(shí)50 次制作馬歇爾試件，并進(jìn)行空隙率、肯塔堡飛散損失、馬歇爾穩(wěn)定度等相關(guān)指標(biāo)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)級(jí)配合成毛體積相對(duì)密度為2.825，合成表觀相對(duì)密度為2.911，確定最佳油石比為5.4%。據(jù)此，進(jìn)行最佳油石比下的熱拌與溫拌的性能對(duì)比試驗(yàn)。

圖1 設(shè)計(jì)級(jí)配曲線圖Fig.1 Gradation curve in designing

3.2 溫拌與熱拌排水瀝青混合料性能比較

采用級(jí)配B對(duì)排水瀝青混合料進(jìn)行熱拌和溫拌性能試驗(yàn)，并進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)資料［13］，在相同的拌合溫度下空隙率隨溫拌劑摻量的增加而減小，而摻量過高會(huì)導(dǎo)致瀝青黏度降低，影響其路用性能，故本次溫拌試驗(yàn)采用的Sasobit 溫拌劑的摻量為瀝青用量的2.5%。兩類試驗(yàn)均正反擊實(shí)各50 次，瀝青加熱均為160 ℃。不同的條件是熱拌的拌合和擊實(shí)溫度是165 ℃，而溫拌的拌合和擊實(shí)溫度從155 ℃開始按5 ℃梯度遞減。

3.2.1 高溫穩(wěn)定性能

對(duì)溫拌和熱拌排水瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定試驗(yàn)和在60 ℃，0.7 MPa條件下的車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 穩(wěn)定度與拌合擊實(shí)溫度的關(guān)系Fig.2 Relationship between stability mixing compaction temperature

圖3 動(dòng)穩(wěn)定度與拌合擊實(shí)溫度的關(guān)系Fig.3 Relationship between and dynamic stability and mixing compaction temperature

從圖2 試驗(yàn)結(jié)果可得，溫拌排水瀝青混合料的穩(wěn)定度隨拌和與擊實(shí)溫度的降低而有所下降，在145～155 ℃范圍內(nèi)下降幅度不明顯，低于145 ℃溫拌的穩(wěn)定度較熱拌有大幅下降；從圖3試驗(yàn)結(jié)果可知，溫拌排水瀝青混合料在拌和與擊實(shí)溫度高于145 ℃的條件下，動(dòng)穩(wěn)定度有一定程度的提高，低于145 ℃的條件下動(dòng)穩(wěn)定度有所下降，說明Sasobit添加劑在一定的降溫幅度內(nèi)對(duì)排水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能產(chǎn)生一定程度的有利影響。可以得出的結(jié)論是選擇最佳的拌和與擊實(shí)溫度是145 ℃，在此拌和擊實(shí)溫度下，溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料相比，穩(wěn)定度變化不大，但是，動(dòng)穩(wěn)定度有一定程度的提高。

3.2.2 水穩(wěn)定性能

對(duì)溫拌和熱拌排水瀝青混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 排水瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Test results of water stability of porous asphalt mixture

從表5可以看出熱拌排水瀝青混合料和溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性能各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［14］。溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性能與熱拌相比稍有所降低但是降低幅度不大，均滿足規(guī)范要求。

溫拌排水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能和水穩(wěn)穩(wěn)定性能均滿足規(guī)范技術(shù)要求，說明Sasobit添加劑對(duì)溫拌排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性影響不大。

3.3 Sasobit添加劑為瀝青路面施工帶來的節(jié)能減排效果

相比于熱拌瀝青混合料，利用溫拌瀝青混合料攤鋪路面具有明顯的節(jié)能減排效果，按降溫20 ℃算，每噸瀝青混合料可節(jié)約能耗14.93%左右［15］，但是目前生產(chǎn)熱拌和溫拌的拌和樓熱效率都非常低，因此進(jìn)一步節(jié)能的措施應(yīng)從提高拌和樓的熱效率上著手。跟蹤檢測(cè)發(fā)現(xiàn)攤鋪環(huán)節(jié)CO，SO2，NO2的排放大約分別降低了23.6%，42.1%，35.3%［15］，所以溫拌代替熱拌具有顯著的節(jié)能減排效果，值得推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

1）室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明添加溫拌劑Sasobit后溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與熱拌排水瀝青混合料不同在低于熱拌料20 ℃條件下溫拌可以獲得同樣的拌和、碾壓效果，具有比熱拌混合料稍低的水穩(wěn)定性，但滿足技術(shù)要求，而且動(dòng)穩(wěn)定度有一定程度的提高，因此，溫拌瀝青混合料在較高溫度條件下具有良好的抗變形能力。

2）溫拌瀝青混合料的各工藝過程均在低于熱拌瀝青混合料20 ℃條件下完成，因此由于熱老化造成瀝青結(jié)合料性能的劣化程度，較大幅度的低于熱拌瀝青混合料而具備更合理的變形特性。

3）溫拌瀝青混合料可以有效的減少排污，能減少CO，SO2，NO2等有害物質(zhì)的排放，減少對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人身體健康的損害；相對(duì)高溫溫拌和施工可以減少瀝青的氧化，因此可減少溫度裂縫和網(wǎng)裂；同時(shí)溫拌瀝青混合料能減少大量的能源消耗。

4）溫拌排水瀝青路面的施工在添加Sasobit的前提下是完全可以實(shí)現(xiàn)的。尤其是應(yīng)用于低溫施工環(huán)境具有比較廣闊的前景，但受其強(qiáng)度有所降低的影響，加上排水瀝青路面的固有的強(qiáng)度降低，目前若要把此項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模付諸于實(shí)踐，還需要妥善解決一些實(shí)際應(yīng)用性問題，以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行技術(shù)上的完善。

［1］徐世法，顏彬，季節(jié)，等.高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景［J］.公路，2005（7）：195-198.

［2］凌晉，閔曉陽，盧亮.溫拌瀝青混合料技術(shù)性能研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，10（13）：3283-3286.

［3］劉至飛，吳少鵬，陳美祝，等.溫拌瀝青混合料現(xiàn)狀及存在問題［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（4）：170-172.

［4］仰建崗.溫拌瀝青混合料應(yīng)用現(xiàn)狀與性能［J］.公路交通科技，2006（8）：26-28.

［5］黃文元，秦永春.瀝青溫拌技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.上海公路，2008（3）：1-4.

［6］王春，唐禮泉，關(guān)泊，等.溫拌瀝青混合料技術(shù)及其應(yīng)用［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2012（1）：45-48.

［7］鄒艷琴，陳博，陶家樸.多孔排水瀝青路面［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2010（11）：43-46.

［8］胡曙光，黃紹龍，張厚記，等.開級(jí)配瀝青磨耗層（OGFC）的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（8）：23-25.

［9］矯芳芳.排水瀝青混合料性能影響因素研究［D］.西安：長安大學(xué)，2010.

［10］周燁.不同類型混合料溫拌技術(shù)性能研究［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2010（12）：186-189.

［11］賈理杰.排水瀝青路面長期性能觀測(cè)［J］.公路與汽運(yùn)，2012（1）：90-92.

［12］黃勇生，項(xiàng)新里.排水瀝青路面混合料試驗(yàn)研究［J］.國外公路，2001，21（1）：42-47.

［13］王飛，李立寒.溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中若干問題的試驗(yàn)探究［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，27（4）：22-25.

［14］交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.JTGD50-2006 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社.

［15］程玲，閆國杰，陳德珍，等.溫拌瀝青混合料攤鋪節(jié)能減排效果的定量化研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010（9）：2151-2155.