環保型瀝青混合料的性能對比分析

周 玥

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市200433）

0 引 言

近年來隨著我國國民經濟的飛速發展以及城市化進程的穩步推進，以道路交通為主導的基礎建設也得到了迅速發展。根據“十三五”交通規劃，公路增加約42 萬km，新建改建高速公路通車里程26000 km，這就意味著對瀝青的需求量更大了。

瀝青是由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的復雜混合物。在生產拌和、攤鋪過程中會釋放出刺鼻難聞的揮發性化學成分，如SO2、H2S、NO2、瀝青煙等，而這些大氣污染物會直接影響空氣質量和人體體感舒適度。隨著國家環保法律法規日趨嚴格，以及人們環保意識的增強，居民對瀝青拌和站的投訴也越來越多，當地環保部門對瀝青拌和站的監管也越來越頻繁，很多瀝青拌和站因此被迫關停，這已嚴重制約和影響整個瀝青行業的發展。

環保型瀝青通過先進的技術將瀝青中部分揮發性有機物轉變成非揮發性組分，減少刺激性氣體的排放量，從而達到降低對大氣污染物的排放要求，且不改變瀝青原有性能。本文主要通過室內馬歇爾等試驗分析對比環保型瀝青、70 號A 級道路石油瀝青和SBS 改性瀝青對AC-20、AC-25、SMA-13 三種混合料類型的性能影響，并通過室內實驗室氣體排放檢測來分析環保型瀝青的環保效應。

1 原材料

該試驗SMA-13 采用的粗集料為玄武巖，細集料為石灰巖，瀝青選用SBS 環保型改性瀝青和SBS改性瀝青；AC-20 和AC-25 采用的粗、細集料均為石灰巖，瀝青選用70 號環保型瀝青和70 號普通瀝青；礦粉是由石灰巖磨細而成，表面干燥潔凈；纖維選用絮狀的聚酯纖維。本試驗所采用的瀝青、集料、填料均符合規范要求[1]，其中瀝青的檢測結果見表1。

表1 瀝青主要性能指標

2 混合料級配

該試驗AC-20、AC-25、SMA-13 三種類型混合料的礦料合成級配見表2。

3 常規馬歇爾試驗

該試驗選用馬歇爾擊實法作為混合料成型方法，通過混合料的體積指標反映出壓實效果和混合料的密實性，并得到最佳瀝青用量。由于環保型瀝青只是通過化學合成降低原有瀝青分子內的氣體排放量，并沒有太大改變瀝青本身性能，因此此次對比試驗中每種混合料類型的瀝青用量都是一樣的。按照瀝青混合料試驗規程[2]成型試件并測試其穩定度、流值、孔隙率和瀝青飽和度，具體馬歇爾試驗結果見表3。

表2 不同混合料類型的合成級配

表3 不同混合料類型的馬歇爾試驗結果

表4 不同混合料類型的動穩定度

圖1 不同混合料類型和動穩定度關系

從表3 中的試驗數據可知，無論采用環保型SBS 改性瀝青還是環保型70 號石油瀝青，環保型瀝青混合料的馬歇爾指標均能滿足規范要求。與普通瀝青混合料相比，三種類型的環保型瀝青混合料各項指標均與其相近，說明使用環保型瀝青并沒有改變其混合料的馬歇爾性能。

4 高溫性能對比分析

評價瀝青混合料的高溫穩定性的典型試驗為車轍試驗。用輪碾法成型300 mm×300 mm×50 mm 的車轍板，隨后在60℃的溫度下和0.7 MPa的荷載下反復碾壓，得出在一定時間內的動穩定度，試驗結果見表4。

將表4 中的數據結果繪制成圖1。

從上述試驗結果可以看出，三種環保型瀝青混合料的動穩定度值均大于普通瀝青混合料，說明環保型瀝青的使用有利于提高抗車轍性。其中，SMA-13（環保型）的動穩定度比SMA-13 提高了31%，AC-20（環保型） 比AC-20 提高了26%，AC-25（環保型）比AC-25 提高了50%，說明AC-25（環保型）的抗車轍性能得到很大幅度的提高。

5 水穩定性能對比分析

常用評價瀝青混合料耐久性的一個指標即為水穩定性。試驗采用48 h 浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來分析各混合料的水穩定性，具體結果見表5。

將表5 中的數據繪制成圖2、圖3。

分析以上數據可知，無論采用環保型SBS 改性瀝青還是環保型70 號瀝青，環保型瀝青混合料的浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比均滿足規范要求，且與普通型瀝青混合料相差不大。其中，AC-20 混合料的水穩定性最好，環保型比普通型的水穩定性略有下降；其次是SMA-13，環保型與普通型的浸水殘留穩定度相差不大，而環保型的凍融劈裂強度比下降幅度為5%；而AC-25 的環保型浸水殘留穩定度比普通型下降7%，凍融劈裂強度比下降9%。

表5 不同混合料類型的水穩定性結果

表6 不同混合料類型的低溫抗裂性結果

圖2 不同混合料類型和浸水殘留穩定度關系

圖3 不同混合料類型和凍融劈裂強度比關系

圖4 不同混合料類型和低溫彎曲破壞應變關系

表7 不同類型的瀝青排放檢測結果

6 低溫抗裂性能對比分析

采用低溫彎曲試驗研究瀝青混合料的低溫抗裂性能，其彎曲破壞應變值越大表明瀝青混合料的變形范圍越大，抗裂性能越好，試驗結果見表6，如圖4 所示。

從表中數據可知，三種環保型瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變均滿足規范要求。其中，SMA-13 的環保型混合料略有下降，降幅約為6%；AC-20、AC-25 兩種環保型瀝青混合料的低溫抗裂性能略好于普通型瀝青混合料，增幅分別為3%、12%，說明70 號環保型瀝青有利于提高混合料的低溫抗裂性能。

7 氣體排放對比分析

在實驗室內通過紫外-可見分光光度儀測試環保型瀝青和普通型瀝青中SO2、NH3、H2S 的排放量，具體排放數據見表7，如圖5～圖7 所示。

從以上試驗數據可以看出，與普通瀝青相比，環保型瀝青的SO2、NH3、H2S 濃度分別有大幅下降。未高溫儲存的環保型瀝青相比未高溫儲存的普通瀝青SO2釋放量下降21%，NH3釋放量下降52%，H2S 釋放量下降37%；高溫儲存4 周的環保型瀝青相比高溫儲存4 周的普通瀝青SO2釋放量下降46%，NH3釋放量下降31%，H2S 釋放量下降41%。總體而言，環保型瀝青能明顯降低SO2、NH3、H2S 的釋放量，減少瀝青刺激性氣體的排放量。

圖5 SO2 排放量

圖6 NH3 排放量

圖7 H2S 排放量

8 結 語

（1）瀝青試驗表明，環保型瀝青的針入度、軟化點和延度與普通瀝青的指標非常接近，滿足規范要求。

（2）馬歇爾試驗表明，SMA-13（環保型）、AC-20（環保型）、AC-25（環保型）的空隙率、穩定度、流值與普通型瀝青混合料的性能差異不大。

（3）動穩定度試驗表明，環保型瀝青混合料的高溫穩定性明顯高于普通瀝青混合料，說明環保型瀝青能改善瀝青混合料的抗車轍性能。其中，AC-25（環保型）比AC-25 提高了近1 倍，其次分別是SMA-13（環保型）、AC-20（環保型），提高了31%、26%。

（4）水穩定性試驗表明，經過48 h 浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，環保型瀝青混合料的水穩定性滿足規范設計要求。其中，SMA-13（環保型）、AC-20（環保型）的浸水殘留穩定度相比SMA-13、AC-20 略有下降，而AC-25（環保型）的浸水殘留穩定度相比AC-25 提高了8%；而SMA-13（環保型）、AC-20（環保型）、AC-25（環保型）的凍融劈裂強度比均比SMA-13、AC-20、AC-25 有所下降，下降幅度分別為5%、2%、9%。

（5）低溫彎曲試驗表明，環保型瀝青的低溫彎曲應變值都在規范范圍內。除了SMA-13（環保型）比SMA-13 下降6%，AC-20（環保型）、AC-25（環保型）比AC-20、AC-25 增幅分別為3%、12%，說明環保型瀝青混合料同樣具有良好的低溫抗裂性能。

（6）氣體排放試驗表明，環保型瀝青混合料能明顯改善刺激性氣體的排放量。未高溫儲存的環保瀝青能降低SO221%、NH352%、H2S 37%，高溫儲存4 周的環保型瀝青能降低SO246%、NH331%、H2S 41%。