溫拌改性瀝青及其混合料對路用性能影響研究

趙應(yīng)芳

（甘肅省隴南市成縣交通運(yùn)輸局，甘肅 隴南 742500）

0 引言

我國綜合實(shí)力逐漸提升，公路交通水平穩(wěn)步提升間接導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展。中國公路工程不僅在路基結(jié)構(gòu)形式還是路面材料性能，在世界公路工程中是首屈一指的[1]。但是由于環(huán)境的日益惡化，各施工單位對于環(huán)境的重視程度也逐漸提升。瀝青路面作為公路工程中應(yīng)用最廣，性能最優(yōu)的路面形式，得到了廣大公路工程建設(shè)的認(rèn)可和應(yīng)用[2]。但瀝青路面因混合料和瀝青組合產(chǎn)生的疲勞破壞也是瀝青路面的主要破壞形式之一。節(jié)能環(huán)保作為新興的工程要求之一，也已經(jīng)成為目前主要的技術(shù)措施，溫拌劑的改良技術(shù)和溫拌瀝青的制備是有效減少能源消耗與降低環(huán)境污染的主要手段[3]。諸多學(xué)者對改良溫拌劑及其溫拌瀝青制備手段做出了研究與調(diào)查，其中范群保[4]等選擇Ipave-S 型溫拌劑加入到SBS 改性瀝青中，并探究混合料與溫拌劑的相互影響，結(jié)果表明：Ipave-S 型溫拌劑可以改變?yōu)r青一些性能，Ipave-S 型溫拌劑可以較好地改善改性瀝青的水穩(wěn)定性；對于改性瀝青的高溫性能和抗老化性能也有小幅度提升。王嵐[5]等通過進(jìn)行小梁四點(diǎn)彎曲疲勞試驗與能耗理論驗證，并對膠粉溫拌劑進(jìn)行試驗分析，結(jié)果表明：溫拌劑可以改善瀝青混合料的疲勞壽命，與此同時，可以減少制備過程中產(chǎn)生的能耗損失，并且混合目膠粉可以使改性瀝青混合料的疲勞壽命更優(yōu)。杜素君[6]等為了解決瀝青制備中的低效益與高污染問題，通過改變制備過程中的試驗參數(shù)，對瀝青混合料的路用性能進(jìn)行試驗研究，結(jié)果顯示出：通過控制改性劑摻量與工藝等手段，能夠在達(dá)到規(guī)范要求的同時改善瀝青基質(zhì)性能，并且這種制備工藝更加低能耗、低成本。

現(xiàn)針對RH 型溫拌改性劑與改性瀝青混合料的性能影響及對于瀝青路面的路用性能提升情況進(jìn)行研究與分析，通過試驗測試，添加不同摻量的RH 型溫拌劑，比較溫拌劑含量對瀝青路面的路用性能影響。

1 瀝青及其混合料

1.1 基質(zhì)瀝青的選擇與性能

該項試驗選取基質(zhì)瀝青為盤錦70# 瀝青，混合料由玄武巖和石灰?guī)r進(jìn)行摻比配合得到，其中基質(zhì)瀝青和混合料的詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)和摻量情況詳見表1、表2和表3 所列。

表1 盤錦70# 瀝青基質(zhì)技術(shù)指標(biāo)一覽表

表2 混合料物理性質(zhì)一覽表

表3 瀝青混合料設(shè)計配比一覽表

1.2 混合料的篩選與配比

通過篩孔試驗可以得出瀝青混合料的設(shè)計配比，其中粗集料最大粒級為13.2 mm，細(xì)集料最大粒級為4.75 mm，礦粉的最大粒級為0.075 mm。按照瀝青混合料的設(shè)計配比進(jìn)行稱取礦料，并選取最佳油石比為4.3%，進(jìn)行馬歇爾試驗試件的制備。并通過馬歇爾試件試驗得到了最佳油石比為4.3%的馬歇爾試件設(shè)計空隙率為4.3%、礦料間隙率為13.851%、瀝青的飽和度為70.7%、穩(wěn)定度為11.98 kN、流值為35.15 mm。

2 溫拌劑的原理與性能

該項試驗選擇RH 型溫拌劑，其原理在于通過反應(yīng)制造出分散造粒等工藝，并通過交聯(lián)聚烯烴制備以裂解聚乙烯為基礎(chǔ)材料的溫拌瀝青材料。制備溫拌劑改性瀝青時，將溫拌劑與瀝青、瀝青混合料同時攪拌，在機(jī)械力的作用下，使得大量表面活化劑通過溫拌劑與熱瀝青接觸，繼而形成一種水膜。在混合料的壓實(shí)過程中，這種水膜既可以發(fā)揮潤滑作用，又可以提高攤鋪速度并且使得混合料比較容易被壓實(shí)，從而實(shí)現(xiàn)粗細(xì)集料和瀝青之間的強(qiáng)力的粘結(jié)和抗剝落效果。RH 型溫拌劑的技術(shù)指標(biāo)見表4 所列。

表4 RH 型溫拌劑的技術(shù)指標(biāo)一覽表

3 溫拌瀝青的制備與試驗儀器

3.1 試驗儀器

該項試驗主要利用RH 型溫拌劑對瀝青及其混合料的錄用性能進(jìn)行分析，試驗主要有馬歇爾試驗，車轍試驗，水穩(wěn)定性試驗和凍融劈裂試驗等。通過馬歇爾試驗確定瀝青混合料的油石比，通過車轍試驗，水穩(wěn)定性試驗等分析瀝青混合料的錄用性能。試驗儀器主要有以下幾種（見圖1、圖2）。

圖1 馬歇爾試驗儀器之實(shí)景

圖2 車轍試驗儀器之實(shí)景

3.2 材料的制備

根據(jù)選取最佳油石比為4.3%，進(jìn)行馬歇爾試驗試件的制備的同時，需要根據(jù)溫拌劑的摻量不同，制作對比試件，將溫拌劑的摻量定為瀝青摻量的3%~5%，并即根據(jù)最佳油石比確定瀝青中溫拌劑的具體摻入量。最終將試件分為四組，其中一組為原試件（無溫拌劑），三組為對照組（溫拌劑摻量分別為3%、4%、5%）。

4 試驗分析

4.1 馬歇爾試驗分析

進(jìn)行馬歇爾試驗測試并控制以上四組試件的拌合溫度以及壓實(shí)度。采用壓實(shí)度為94%（N94）的壓實(shí)情況，記錄于表5。

表5 各組瀝青混合料溫度以及壓實(shí)度一覽表

由表5 可以看出，當(dāng)未摻入RH 溫拌劑時，拌合溫度和壓實(shí)溫度分別在180℃和175℃時，其空隙率方可達(dá)到規(guī)范值6%。當(dāng)RH 溫拌劑的摻入量為3%時，拌合溫度和壓實(shí)溫度分別為150℃和120℃，其溫度分別降低了30℃和55℃，其空隙率方可達(dá)到規(guī)范值6%。當(dāng)RH 溫拌劑的摻入量為4%時，拌合溫度和壓實(shí)溫度分別為147℃和110℃，其溫度分別降低了33℃和65℃，其空隙率方可達(dá)到規(guī)范值6%。當(dāng)RH 溫拌劑的摻入量為5%時，拌合溫度和壓實(shí)溫度分別為142℃和100℃，其溫度分別降低了38℃和75℃，其空隙率方可達(dá)到規(guī)范值6%。下降幅度十分明顯。說明摻入RH 溫拌劑可以明顯降低瀝青路面的拌和壓實(shí)溫度。但是在RH 溫拌劑的摻入量為5%，壓實(shí)溫度為100℃的情況下，壓實(shí)度為94.2%，雖然在此溫度條件下依舊達(dá)到了規(guī)范要求，但是不建議在實(shí)際工程中使用。

4.2 路用性能分析

摻加不同量級RH 溫拌改性劑之后的試件均可以在降低溫度的條件下滿足對空隙率的要求。拌和溫度最多降低38℃，壓實(shí)溫度最多降低75℃。

4.2.1 車轍性能試驗

對于馬歇爾試驗可以看出，RH 溫拌劑具有良好的降溫效果。然而瀝青試件需要具有足夠的抗車轍能力才可以作為瀝青路面使用。通過對上述試件進(jìn)行車轍試驗來驗證摻入溫拌劑后是否滿足瀝青路面的路用性能。試驗結(jié)果記錄于表6。

表6 車轍動穩(wěn)定度試驗結(jié)果一覽表

由表6 可以看出，各組試件的車轍試驗中動穩(wěn)定度（車轍試驗過程中動穩(wěn)定度越高，抗車轍性能越優(yōu)）變化不大。說明摻入RH 溫拌劑對于原瀝青混合料試件的影響不大。從表6 中可以看出，隨著RH 溫拌劑使用劑量逐漸增大，動穩(wěn)定度會有所提升，但總體影響不大。

4.2.2 水穩(wěn)定性及凍融劈裂試驗

同等條件下，對上述四種試件進(jìn)行水穩(wěn)定性能測試，四種試件分別為：未摻入RH 溫拌劑的原試件和RH 溫拌劑的摻入量為3%、4%、5%的試件。詳情見表7、表8 所列。

表7 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果一覽表

表8 凍融劈裂試驗結(jié)果一覽表

從表7 可以看出，隨著RH 溫拌劑的增加，在拌和、成型溫度降低的情況下，摻入RH 溫拌劑的瀝青混合料水穩(wěn)定性逐漸提升。由表8 可以看出，在低溫凍融情況下，隨著RH 溫拌劑的增加凍融劈裂試驗結(jié)果呈現(xiàn)出上升的趨勢，說明RH 溫拌劑對于瀝青混合料的水穩(wěn)定性，以及凍融劈裂都具有一定的提升效果。

4.2.3 彎曲試驗

按照T0715-2011 的試驗方法進(jìn)行小梁低溫彎曲試驗，對未摻入RH 溫拌劑的原試件、RH 溫拌劑的摻入量為3%、4%、5%的試件進(jìn)行編號為：1、2、3、4。試驗結(jié)果如表9 所列。

表9 溫拌瀝青低溫小梁彎曲試驗結(jié)果一覽表

由表9 可以看出，溫拌瀝青試件在摻入RH 溫拌劑的情況下均可以滿足技術(shù)要求，并且最大承受荷載能力略有提升，結(jié)果表明溫拌瀝青混合料降低溫度后對小梁彎曲影響不大。

5 結(jié)論

通過理論分析，同時進(jìn)行了室內(nèi)馬歇爾試驗和車轍試驗，對摻入不同摻量RH 溫拌劑的瀝青混合料試件進(jìn)行分析，得出了以下結(jié)論和意見：

（1）摻入RH 溫拌劑在降溫條件下的空隙率也可以符合規(guī)范條件，說明RH 溫拌劑具有良好的降溫效果。

（2）摻入RH 溫拌劑對于原瀝青混合料試件動穩(wěn)定度的影響不大，說明RH 溫拌劑對瀝青路面的不會降低車轍性能。

（3）摻入RH 溫拌劑對于原瀝青混合料試件的水穩(wěn)定性，以及凍融劈裂都具有很小的提升效果。

（4）RH 溫拌劑對于低溫條件下的拉彎性能影響不大。