Sasobit溫拌排水瀝青混合料水穩定性研究＊

王 坤 陳景雅

（河海大學土木與交通學院 南京 210098）

0 引 言

溫拌瀝青混合料是一種新型的綠色道路材料，具有節能減排和改善施工環境的特點，目前在世界范圍內得到廣泛的推廣和應用［1］.隨著我國經濟實力不斷增長和人民生活水平的不斷提高，公路運營要求由快捷暢通向安全、美觀、舒適和環保轉變.如何提高路面的服務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［2］.排水性路面因空隙率大、表面粗糙、構造深度大、防滑、抗車轍降低噪聲等特點，在雨量比較大或噪聲要求高的地段，鋪筑該路面已受到業內人士的普遍歡迎.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.反過來空隙率又影響其混合料強度和耐久性［3－4］.

添加劑的出現使得溫拌技術與排水路面的結合成為現實，但也有許多問題亟待解決，例如，剝落.研究發現剝落與車轍是導致溫拌瀝青混合料路用性能降低的主要因素［5］.雖然，溫拌排水瀝青混合料的水穩定性在不摻加任何抗剝落劑的前提下能夠滿足標準要求，但是與熱拌排水路面相比，還是有一定程度的下降［6］，所以研究溫拌排水路面的抗水損害性，顯得尤為重要.剝落是導致溫拌瀝青混合料路用性能降低的主要因素之一，隨著時間的推移，剝落將會帶來一系列的強度降低的病害，例如車轍、推移、裂縫、坑槽等［7］.因此，研究把重點放在了如何減輕甚至消除路面剝落的程度上來，除了瀝青和集料本身粘結作用外，恰當的級配設計是預防剝落的首要條件，然而使用抗剝落劑也是非常有必要的［8］.含有消石灰的混合料因具有更好的強度，受車轍、水損害以及裂縫的影響較小，而得到廣泛認可［9］.

考慮到溫拌技術與大孔隙排水瀝青路面兩者對強度不利影響的疊加，目前溫拌技術在排水瀝青路面上的應用還罕有研究［10］，本文基于此，把研究的重點放在對Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩定性上.

1 原材料的選擇

1.1 瀝青

排水瀝青的大空隙結構使其具有良好的排水功能和雨天行車安全特性，但其強度和耐久性必然的會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，孔隙率也會隨時間而下降，進而影響其排水功能［11］.為了減少這種損失，本試驗采用優質的瀝青膠結料——高粘瀝青，并對其各指標進行檢測，試驗結果見表1.

表1 高粘瀝青檢測結果

對高粘瀝青檢測結果可得，各指標均滿足要求［12］.

1.2 集料

溫拌排水瀝青混合料以粗集料為主，因此，粗集料質量至關重要，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%［13］.對集料的磨光值有較高要求，因為抵抗磨光性能強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，同時石料需有足夠的強度、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定的磨耗率小于25%～30%.

本試驗所采用的粗細集料為玄武巖，礦粉為石灰巖礦粉.集料的密度試驗結果見表2.

表2 集料密度試驗結果

粗集料、細集料、填料等的技術要求均應符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40）的相關規定.

1.3 溫拌添加劑Sasobit

溫拌添加劑有顆粒狀及粉末狀2種形態，見圖1，其中粉末狀適用于在熔融狀態下摻入熱的瀝青中，顆粒狀小球可直接摻入混合料，為保證施工便利及質量控制，推薦選用顆粒狀形態的Sasobit溫拌劑，其物理化學指標見表3.

圖1 Sasobit溫拌劑形態

表3 Sasobit的物理和化學性質

2 試驗結果及其討論

2.1 級配設計

在進行溫拌排水瀝青混合料級配設計前需要對混合料的原材料進行篩分試驗，根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40－2004）在OGFC－13的級配范圍內選擇排水瀝青混合料的3個級配，分別對3條級配的熱拌瀝青混合料進行馬歇爾試驗、肯塔堡飛散試驗、謝倫堡析漏試驗、車轍試，驗并行進性能對比分析.3條級配的熱拌瀝青混合料試驗結果見表4.

表4 熱拌排水瀝青混合料各級配試驗結果

根據表4中3組級配初試瀝青用量試驗結果，級配C的空隙率大于要求的上限25%，級配A的空隙率小于要求的下限18%，根據試驗結果并結合工程經驗選擇級配B為設計級配.其級配曲線圖見圖2.

圖2 設計級配曲線圖

按設計的礦料比例配料，按照5種油石比，聚酯纖維摻加量分別為混合料質量的0.25%，雙面各擊實50次制作馬歇爾試件，并進行空隙率、肯塔堡飛散損失、馬歇爾穩定度等相關指標試驗，設計級配合成毛體積相對密度為2.825，合成表觀相對密度為2.911，確定最佳油石比為5.4%.據此，進行最佳油石比下的馬歇爾試驗和肯塔堡飛散試驗，試件采用5種不同的溫度擊實成型，根據測得的馬歇爾指標以及飛散損失指標，最終確定本次試驗的最佳擊實溫度.

2.2 最佳擊實溫度的確定

按設計的礦料比例配料，油石比為5.4%，聚酯纖維摻加量為混合料質量的0.25%，Sasobit溫拌劑的摻量為瀝青用量的2.5%，雙面各擊實50次制作馬歇爾試件，其中，擊實溫度分別為140，145，150，155，160 ℃，測得的馬歇爾各指標和飛散損失見表5和圖3.

表5 馬歇爾試驗與飛散試驗結果

圖3 馬歇爾與飛散指標與擊實溫度關系

由圖3可知，馬歇爾穩定度、毛體積相對密度隨擊實溫度的增加而增加，空隙率、飛散損失隨擊實成型溫度的升高呈現下降趨勢.權衡四者關系，最終確定本次級配下的Sasobit溫拌排水瀝青混合料的最佳擊實成型溫度為150℃.

2.3 水穩定性試驗

首先，為了對比分析Sasobit瀝青混合料和普通瀝青混合料的水穩定性能，分別進行了浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，試驗選取消石灰作為抗剝落劑來改善和提高Sasobit溫拌瀝青混合料的水穩定性，采用4種試驗方法，一種是普通的熱拌排水瀝青混合料（OGFC－1），一種是未摻加抗剝落劑的Sasobit溫拌排水瀝青混合料（OGFC－2），一種是摻加1.5%消石灰的Sasobit溫拌排水瀝青混合料（OGFC－3），一種是摻加1.5%消石灰（含有雜質生石灰）的Sasobit溫拌排水瀝青混合料（OGFC－4），應用上述4種試驗方法分別進行試驗，評價水穩定性，優選出最佳的改善措施.試驗結果如圖4.

圖4 不同混合料試驗的MSO和TSR值

其次，為了對比分析熱拌排水與Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩定性隨消石灰摻量的變化關系，按消石灰的摻量分別是混合料質量的0%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%進行5組試驗，其中浸水殘留穩定度試驗結果如圖5，一次與兩次凍融循環下的凍融劈裂試驗結果如圖6，應用上述試驗方法，最終確定此級配下的最佳消石灰摻量.

圖5 浸水殘留穩定度試驗結果

圖6 TSR隨消石灰摻量的關系圖

由圖4可見，無論是熱拌還是溫拌浸水殘留穩定度都是隨消石灰摻量的增加呈現先增后降的趨勢，而且，Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩定性比相同條件下的熱拌排水混合料的水穩定性低，消石灰的摻量超過1.5%后溫拌排水瀝青混合料的水穩定性增幅緩慢，超過2.0%呈現下降趨勢.

由圖5可見，浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比（TSR）的大小關系都是 OGFC－3＞OGFC－1＞OGFC－2＞OGFC－4，說明Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩定性較傳統的熱拌方式有一定程度的下降，而加入消石灰對水穩定性有一定程度的有利影響，且加入消石灰后水穩定性基本上能達到甚至略微超過熱拌的水穩定性，OGFC－4的兩種強度比都大幅下降，說明生石灰的存在對水穩定性有負面作用，這是因為生石灰遇水發生反應（CaO＋H2O＝Ca（OH）2），體積膨脹，導致強度大幅降低，因此，Sasobit溫拌排水瀝青混合料應加入抗剝落劑消石灰來提高其抵抗水損害的能力，但是應避免消石灰中混入生石灰.

由圖6可見，熱拌和溫拌的劈裂強度比都是隨消石灰摻量的增加呈現先增后減的趨勢，而且，Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩定性比相同條件下的熱拌排水混合料的水穩定性低，消石灰的摻量超過1.5%后溫拌排水瀝青混合料的水穩定性增幅緩慢，超過2.0%呈現下降趨勢.從圖中還可以得到一個重要的信息就是兩次凍融循環后，未摻加與摻加消石灰的Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩定性相比，增幅明顯，說明消石灰用在Sasobit溫拌排水瀝青混合料中是非常有必要的.

由圖4～6中可以得出，適合于本次試驗級配條件下的最佳消石灰摻量為混合料總質量的1.5%，且消石灰中應避免生石灰的存在.

3 結 論

1）在相同的消石灰摻量下，馬歇爾穩定度、毛體積相對密度隨擊實溫度的增加而增加，空隙率、飛散損失隨擊實成型溫度的升高呈現下降趨勢，本次級配下的Sasobit溫拌排水瀝青混合料的最佳擊實成型溫度為150℃.

2）Sasobit溫拌排水瀝青混合料的水穩定性比相同條件下的熱拌排水混合料的水穩定性低，加入消石灰可以增加其穩定性.適合于本次試驗級配條件下的最佳消石灰摻量為混合料總質量的1.5%，消石灰摻量超過1.5%對水穩定性的影響增幅緩慢，摻量過多（大于2.0%）水穩定性反而降低.

3）生石灰對混合料的水穩定性產生不利影響，因此，應避免在消石灰中混入生石灰.

4）本次試驗只是模擬了短期水穩定性試驗，至于長期性能指標，還有待進一步完善；另外，消石灰的加入是否會影響到混合料的其他路用性能，還有待下一步研究.

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