不同溫拌劑類型對(duì)溫拌瀝青混合料性能的影響

馮秀亮

（山西路橋第八工程有限公司，山西 運(yùn)城 044000）

1 原材料與溫拌瀝青設(shè)計(jì)

溫拌瀝青對(duì)節(jié)能減排具有重要意義，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了較多研究［1-3］。

1.1 原材料準(zhǔn)備

試驗(yàn)使用AH-70#基質(zhì)瀝青，其各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 基質(zhì)瀝青相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

對(duì)于礦料的選擇為閃長(zhǎng)巖得到的天然碎石（25.6%碎石（4～8 mm）、28.4%碎石（8～16 mm）、25.6%細(xì)砂（0～4 mm）、7.6%天然砂（0～4 mm）、7.6%填料與5.2%的50～70 mm 針入度的初膠結(jié)料組成。

溫拌劑采用合成蠟、較軟的合成蠟與沸石，制作WMA 混合物。合成蠟與沸石的相關(guān)技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 合成蠟溫拌劑相關(guān)技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)

表3 較軟合成蠟溫拌劑相關(guān)技術(shù)技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)

表4 沸石溫拌劑相關(guān)技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)

試驗(yàn)采用兩種合成蠟，較軟的合成蠟與第一種合成蠟溫拌劑相比其融化溫度約為85 ℃，而第一種大約為115 ℃。沸石作為溫拌劑是由于沸石所含結(jié)晶水在熱瀝青中持續(xù)蒸發(fā)或沸騰產(chǎn)生微發(fā)泡的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)瀝青混合料的溫拌，這種微小泡沫會(huì)使分子空隙更小并起到潤(rùn)滑劑的作用，同時(shí)具有較好的裹附集料能力，從而改善混合料的施工和易性及壓實(shí)特性，進(jìn)而達(dá)到溫拌效果。

2 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

試驗(yàn)樣品為基質(zhì)瀝青，添加3%合成蠟、1.5%合成蠟、1.5%合成軟蠟、0.3%的沸石瀝青混合料。所有樣品都采用相同的混合設(shè)計(jì)，只是添加劑不同。而添加劑的百分比參考供應(yīng)商建議。對(duì)所有樣品測(cè)定其滲水系數(shù)、水穩(wěn)定性、高溫流變性能以及低溫抗裂性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 滲水系數(shù)

不同瀝青混合物的滲水系數(shù)值見(jiàn)圖1。

圖1 不同瀝青混合物的滲水系數(shù)值

從圖1 可以看出，在基質(zhì)瀝青中加入外加劑對(duì)瀝青混合料滲水系數(shù)的影響具有很大差異。（1）當(dāng)向?yàn)r青混合料中加入3%的合成蠟時(shí)，對(duì)滲透指數(shù)提升明顯，達(dá)到了2.6；當(dāng)減少合成蠟的摻量時(shí)，滲水系數(shù)下降幅度也較為直觀，說(shuō)明合成蠟對(duì)瀝青混合料的滲透指數(shù)影響較大。（2）加入1.5%合成軟蠟時(shí)，則是降低瀝青混合料的滲水系數(shù)，說(shuō)明加入外加劑降低瀝青混合料的拌合溫度，而熔點(diǎn)較低的合成軟蠟受溫度影響明顯，在混合料中以溶膠狀態(tài)存在，增加了混合料的致密性，導(dǎo)致瀝青混合料的滲水系數(shù)降低。（3）加入沸石也會(huì)減小瀝青混合料的滲透指數(shù)。總體來(lái)說(shuō)，合成軟蠟與沸石的加入對(duì)瀝青混合料的滲水系數(shù)影響較小，而合成蠟對(duì)瀝青混合料的滲水系數(shù)影響較大。

3.2 水穩(wěn)定性

通過(guò)試驗(yàn)得到了加入不同添加劑的瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其TSR 值見(jiàn)圖2。

圖2 不同瀝青混合料的TSR 值

從圖2 可以看出：（1）不同添加劑的加入并沒(méi)有使瀝青混合料的水穩(wěn)定性發(fā)生太大變化，其中加入1.5%的合成軟蠟其瀝青混合料的水穩(wěn)定性最好。（2）所有添加劑加入后都比HMA 的水穩(wěn)定性好，即加入溫拌劑后的瀝青混合料普遍比熱拌瀝青的水穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，因?yàn)檩^低的拌合溫度使瀝青在較低的溫度下壓實(shí)，從而其穩(wěn)定性表現(xiàn)更好，其水穩(wěn)定性也更好，說(shuō)明在水穩(wěn)定性方面，溫拌瀝青完全可以替代熱拌瀝青。

3.3 高溫穩(wěn)定性

加入不同溫拌劑的瀝青混合料抗車轍性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 加入不同溫拌劑后的溫拌瀝青動(dòng)穩(wěn)定度

從圖3 可以看出：（1）加入溫拌劑后，四種測(cè)試樣本的動(dòng)穩(wěn)定度都有所提高，其中加入3%合成蠟樣品的動(dòng)穩(wěn)定度提升幅度最大，加入沸石的樣品動(dòng)穩(wěn)定提升較小。應(yīng)該是由于合成蠟的晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在與瀝青混合料混合后，增加其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減小了結(jié)構(gòu)的整體流動(dòng)度，所以增強(qiáng)了其高溫穩(wěn)定性。（2）比較加入3%的瀝青混合料與加入1.5%的瀝青混合料可以看出，適當(dāng)增加合成蠟溫拌劑的投入比例也能夠提高溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。（3）比較合成蠟與合成軟蠟兩者之間的動(dòng)穩(wěn)定度可以看出，合成蠟對(duì)于提高高溫穩(wěn)定性的效果要優(yōu)于合成軟蠟，主要原因可能是合成軟蠟的熔點(diǎn)低于合成蠟，在高溫的情況下其過(guò)早融化，相較于合成蠟而言流動(dòng)性增強(qiáng)，動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)降低。

3.4 低溫抗裂性

彎曲小梁破壞試驗(yàn)以及彎曲蠕變?cè)囼?yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同溫拌劑溫拌瀝青與最大拉應(yīng)變、勁度模量的關(guān)系

通過(guò)圖4 可以看出：（1）添加溫拌劑后的瀝青混合料試件的最大拉應(yīng)變都有所減小，特別是加入合成蠟的情況，最大拉應(yīng)變減小幅度較大，而加入沸石溫拌劑后對(duì)瀝青混合料的低溫抗裂性能影響較小。（2）減小合成蠟的投入比例，其對(duì)瀝青混合料的低溫性能影響也越小。而相較于合成蠟，合成軟蠟的加入對(duì)瀝青混合料低溫性能的影響介于沸石與合成蠟之間。（3）反觀勁度模量，適當(dāng)?shù)奶砑臃惺瘻匕鑴┠軌蛱岣邽r青混合料的勁度模量，而合成蠟的加入則恰恰相反。可以推測(cè)，由于在低溫條件下，瀝青混合料的柔性將會(huì)由瀝青中的極性分子和含有環(huán)狀基團(tuán)與直鏈的含量、種類以及他們的自由度來(lái)控制，所以加入合成蠟溫拌劑對(duì)瀝青混合料的低溫性能并沒(méi)有太大改善，并且由于其中含有具有支鏈的異烷烴，含量過(guò)多會(huì)對(duì)瀝青的低溫性能造成不好的影響，使其具有一定的脆性。（4）沸石溫拌劑的加入會(huì)使瀝青在拌和中體積膨脹，在水中產(chǎn)生細(xì)微的噴霧，因此，加入沸石的溫拌瀝青在低溫性能方面要優(yōu)于加入合成蠟的瀝青。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）合成軟蠟與沸石的加入會(huì)減小瀝青混合料的滲水系數(shù)，且影響較小，而合成蠟的加入能夠明顯地提高瀝青混合料滲水系數(shù)。（2）幾種溫拌劑的加入對(duì)瀝青的水穩(wěn)定性影響有限，但相較于熱拌瀝青而言，溫拌劑的加入使瀝青的水穩(wěn)定性都有提升，說(shuō)明溫拌瀝青在水穩(wěn)定性方面能夠替代熱拌瀝青。（3）摻量為3%合成蠟的瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性方面表現(xiàn)最好，由于其熔點(diǎn)較高，且為網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了瀝青混合料的整體結(jié)構(gòu)性，所以也增強(qiáng)了其高溫穩(wěn)定性。（4）在低溫抗裂性方面，加入溫拌劑都會(huì)對(duì)低溫性能產(chǎn)生不利影響，特別是合成蠟的加入，由于其含有支鏈的異烷烴，會(huì)增加混合料的脆性，而相較而言，加入沸石與合成軟蠟的影響要小很多。（5）在實(shí)際工程中對(duì)溫拌劑的選擇需要視具體的外部環(huán)境情況特別是氣候條件而定，從而達(dá)到性能、環(huán)保、成本最佳選擇。