溫拌無纖維SMA 混合料路用性能研究

■唐小燕

(福建南平路橋養護工程有限公司，南平 353000)

0 引言

目前我國道路工程瀝青混合料為主要高等級路面鋪筑材料， 其中常用的熱拌瀝青混合料(HMA) 一般是在160～180℃的高溫條件下進行拌和，這不僅對作業人員造成了潛在的危害， 同時在高溫條件下瀝青混合料會排放二氧化碳，二氧化硫等有害氣體，還對作業人員和自然環境造成了不可逆的影響[1]。本著降低能源消耗與環境友好的角度出發，溫拌瀝青混合料(WMA)應運而生，溫拌瀝青混合料常在100～120℃進行拌合與施工， 相比于熱拌瀝青混合料，其具有低能耗，低排放的優點，與此同時還能滿足我國瀝青路面規范技術要求[2-3]。 瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)作為一種性能優良的道路建筑材料，由于其具有很好的低溫抗裂性、高溫穩定性、耐久性、以及優良的表面特征，在我國路面建設中被廣泛使用。 SMA 混合料是由瀝青結合料， 少量纖維穩定劑和細集料組成的間斷級配混合料，無論何種SMA，一般均要在拌合過程中摻入纖維穩定劑提高混合料的性能， 然而纖維的加入勢必要增大成本，此外纖維多具有孔洞，易吸水腐爛，耐熱耐磨性差，纖維還具有較大吸油性，吸附大量瀝青以及加筋作用，影響施工和易性，若拌合不均會導致泛油等危害[4]。因此，纖維的加入會造成一定的弊端。

針對上述的情況， 本文引用一種以Aspha-min 溫拌劑代替纖維穩定劑的新型溫拌無纖維SMA 混合料作為研究對象。 通過溫拌無纖維SMA 混合料與熱拌SMA 瀝青混合料的路用性能結果對比， 證明在經濟費用減少的基礎上仍能滿足規范要求。

1 試驗材料

對常規熱拌SMA 混合料和溫拌無纖維SMA 混合料兩種瀝青混合料采用膠結料為SBS 改性瀝青，其技術指標見表1；級配類型均為SMA-13，設計級配見圖1；瀝青用量設計為5.5%，路用性能測試用試件應用輪碾成型方法制備。

表1 SBS 改性瀝青技術指標(I-D)

圖1 SMA 瀝青混合料礦料級配曲線

2 試驗結果與分析

2.1 高溫穩定性

在溫度和荷載的共同作用下， 瀝青混合料不斷壓實，變形逐漸積累增大形成車轍，從而降低了道路的使用性能和安全性能。 鑒此，高溫穩定性是瀝青混合料路用性能的重要評價指標。 高溫穩定性的評價指標多種多樣，每一種評價方法都有其適用條件，一般最為常用評價方法是車轍試驗，三軸荷載試驗、馬歇爾穩定度試驗等[5]。 本研究選取車轍試驗作為高溫性能評價方法，以60℃條件下的動穩定度作為高溫穩定性的評價指標，對溫拌無纖維SMA 和普通熱拌有纖維SMA 分別進行三組平行車轍試驗，并進行對比研究分析，結果如下

表2 所示。

對比車轍試驗結果發現：溫拌無纖維SMA 的動穩定度為5698 次/mm， 相比于普通熱拌有纖維SMA 的6164 次/mm 僅僅降低了8%， 且遠高于規范要求的3000 次/mm[6]。 說明溫拌無纖維SMA 的抵抗車轍性能雖然有所降低，但是溫拌無纖維SMA 動穩定度足夠滿足道路的使用性能要求。 動穩定度下降的主要原因是由于加入瀝青和溫拌劑Aspha-min 攪拌時產生少量水， 在施工過程中這部分水不能完全蒸發掉， 總會殘存于混合料中一部分，從而集料和瀝青的粘附性，導致動穩定度略有下降。

2.2 水穩定性

外界水滲入瀝青混合料后會破壞瀝青混合料的粘附性能，由于水在瀝青與集料界面上存在時，使瀝青的粘附性降低，從而導致瀝青與集料無法很好的形成強度，在溫度作用與車輛荷載的作用下出現剝落， 破壞瀝青混合料的強度，從而造成水損壞。因此水穩定性是造成混合料水損害最最重要的原因， 以此要對混合料進行水穩定性檢測，符合標準才能應用。本研究采用殘留穩定度和凍融劈裂強度比這兩種試驗方法對溫拌無纖維SMA 混合料和熱拌SMA 混合料的水穩定性進行測試與對比分析，試驗結果如表3、表4 所示。

表3 殘留穩定度對比試驗結果

表4 凍融劈裂對比試驗結果

由試驗結果可知： 溫拌無纖維SMA 混合料和普通熱拌SMA 混合料的殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比相差不大， 表明兩種混合料的水穩定性能基本相同，且均高于技術規范要求的≥80%。 通過進一步對比兩種瀝青混合料的性能， 可以發現相比于普通熱拌SMA 混合料， 溫拌無纖維SMA 混合料的穩定度和劈裂抗拉強度分別減少了5%和1%， 可以看出雖然相比于熱拌SMA水穩定性有所下降，但幅度極小，且在節約成本投資方面效果明顯。

2.3 低溫抗裂性

瀝青混合料是一種溫度敏感性材料，氣溫驟降時，瀝青面層會突然產生一個溫度收縮應力， 當溫度應力超過瀝青混合料的抗拉強度，瀝青面層就發生斷裂，經過不斷積累使路面產生橫向裂縫， 因此要求混合料具有一定的低溫抗裂性能[7]。本研究采用低溫彎曲小梁試驗測定彎拉強度、彎拉破壞應變、彎曲勁度模量，綜合評價溫拌無纖維SMA 混合料與普通熱拌SMA 混合料的低溫抗裂性能，試驗結果如表5、表6 所示。 由于我國的地理位置大部分處于冬冷區和冬寒區， 因此要求低溫彎曲破壞應變不小于2500 微應變。

表5 溫拌無纖維SMA 瀝青混合料低溫彎曲試驗結果

表6 熱拌SMA 瀝青混合料低溫彎曲試驗結果

由試驗結果得：溫拌無纖維SMA 混合料與普通熱拌SMA 瀝青混合料相比彎拉破壞應變εB、 彎拉強度RB、彎曲勁度模量SB都略有降低，兩種混合料的彎拉破壞應變都大于規范要求的2500， 表明溫拌無纖維SMA 混合料的低溫抗裂性相比于普通熱拌SMA 混合料略差些，但是低溫抗裂性能完全符合規范要求。

Aspha-min 溫拌劑的使用對于溫拌無纖維SMA 混合料的低溫抗裂性能有兩個方面的影響：“正面影響”是由于在較低溫度條件下進行拌合碾壓成型， 瀝青的老化程度要明顯低于普通熱拌SMA 混合料，這有利于提高瀝青混合料的低溫抗裂性能；“負面影響” 是由于加入Aspha-min 溫拌劑和瀝青的過程中產生少量的水， 這部分水會有極少量殘留在瀝青混合料中， 使得瀝青粘聚力降低，同時在低溫條件下，體積膨脹，導致瀝青混合料中產生許多微裂紋，容易誘發瀝青混合料的低溫開裂，因此這些微量水的存在不利于低溫抗裂性能的提高。 由于這兩方面的作用同時存在，在課題試驗中，溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性能略差于普通熱拌SMA 混合料， 表明Aspha-min 溫拌劑負面影響要大于正面影響， 同時低溫抗裂性能均符合規范要求。

3 結論

對溫拌無纖維SMA 混合料與熱拌SMA 混合料的高溫穩定性、水穩定性、低溫抗裂性能三項常用的路面性能評價指標進行了詳細的測試， 通過對比兩種材料的試驗結果與分析討論，可以得出以下結論：

(1)通過瀝青混合料的高溫穩定性試驗發現，相比于普通熱拌SMA 瀝青混合料， 溫拌無纖維SMA 瀝青混合料的動穩定度降低了8%， 但溫拌無纖維SMA 瀝青混合料遠高于規范中數值，因此完全符合使用要求。其原因可能是由于加入溫拌劑后產生的水分殘存在混合料中，降低了瀝青與集料的粘附性，造成動穩定度有一定的下降。

(2)通過浸水馬歇爾穩定度試驗和凍融劈裂試驗可以發現， 溫拌無纖維SMA 混合料和普通熱拌SMA 混合料的殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比相差不大， 兩者分別降低了5%和1.4%。 表明這兩種混合料的水穩定性基本相同，均高于技術規范要求的大于或等于80%。

(3)通過低溫彎曲試驗來驗證溫拌無纖維SMA 混合料的低溫抗裂性能可以發現，溫拌無纖維SMA 混合料的低溫性能稍差于普通熱拌SMA 混合料， 但差別不明顯，且低溫抗裂性能均符合我國相應氣候分區的規范使用要求。