機(jī)動(dòng)車道彩色SMA-13瀝青混合料的研究與應(yīng)用

陳麗敏

（廈門市政工程研究所有限公司）

0 引言

彩色瀝青混合料中使用的脫色瀝青的性能不如傳統(tǒng)的黑色瀝青，彩色瀝青路面經(jīng)過風(fēng)吹日曬雨淋、行人及車輛碾壓后表面常出現(xiàn)車轍、脫粒等病害，因此，彩色瀝青一般用于非機(jī)動(dòng)車道作為城市景觀道路。脫色瀝青的特性明顯低于常規(guī)黑色瀝青，而普通彩色瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性相對也比較差，一般不適用于機(jī)動(dòng)車道。常規(guī)的彩色瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度一般在1000 次/mm 左右，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比約70%。機(jī)動(dòng)車道瀝青混合料的路用性能指標(biāo)一般規(guī)定為：動(dòng)穩(wěn)定度不低于3000 次/mm，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比不低于80%。根據(jù)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)出機(jī)動(dòng)車道的彩色SMA-13 混合料，該混合料動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強(qiáng)度滿足路用性能指標(biāo)的一般規(guī)定。

1 彩色瀝青SMA- 13 研究方案

方案1：特種脫色瀝青+結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。直接利用高性能專業(yè)脫色瀝青料，并對結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)彩色瀝青混合料的拌和。優(yōu)點(diǎn)：特種脫色瀝青具備較高的粘結(jié)強(qiáng)度，能有效提高混合色瀝青混合料的高穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性；通過對特種瀝青樣品的檢測，其動(dòng)力粘度（60℃）高達(dá)23000Pa·s。缺點(diǎn)：專用脫色瀝青應(yīng)用較少，價(jià)格高，混合料生產(chǎn)成本較高；特種瀝青粘結(jié)強(qiáng)度過高，一般動(dòng)力粘度施工和易性差。

方案2：內(nèi)摻法提高瀝青粘結(jié)強(qiáng)度+結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。運(yùn)用內(nèi)摻法在常規(guī)脫色瀝青內(nèi)加入改性劑，改善脫色瀝青的性能，同時(shí)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)等參數(shù)并運(yùn)用改良后的瀝青進(jìn)行彩色瀝青混合料拌制。優(yōu)點(diǎn)：提高了脫色瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度，也提高了混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：該方案需選擇合適的改性劑和專用設(shè)備對常規(guī)脫色瀝青進(jìn)行改性和開發(fā)，瀝青改性周期較長，自制改性實(shí)施效果差。

方案3：外摻法提高瀝青膠漿強(qiáng)度+結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。使用常規(guī)脫色瀝青并優(yōu)選礦料配比等參數(shù)進(jìn)行混合料拌制，混合料拌制過程中額外投入高粘劑及水泥直接參與混合料拌制。優(yōu)點(diǎn)：加入高粘劑和水泥可以明顯增加混合料中瀝青膠漿強(qiáng)度，進(jìn)一步提高混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性；同時(shí)水泥水化作用又能提高混合料水穩(wěn)定性；原材料相對較常規(guī)化，外摻方法操作簡易，生產(chǎn)成本相對較低，實(shí)施較便捷。缺點(diǎn)：外摻需人工輔助。

從技術(shù)可行性、運(yùn)行難度、經(jīng)濟(jì)合理性和實(shí)施周期等方面對三種方案進(jìn)行了分析和評價(jià)，方案3 操作簡單，生產(chǎn)成本相對較低，實(shí)施方便。最后，選擇第三種方案--外摻法提高瀝青膠漿強(qiáng)度+ 結(jié)構(gòu)加固為最佳方案。選定的最佳方案再進(jìn)一步細(xì)化為五個(gè)對策：原材料選用及性能檢測，骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)選，水泥最佳摻量確定，纖維穩(wěn)定劑品種優(yōu)選、混合料拌制及性能檢測。

2 原材料選用及性能檢測

為了提高瀝青混合料瀝青和瀝青骨料的黏附性和瀝青混合料著色能力，粗集料顆粒一般采用色澤相對比較淡的閃長巖等碎石材料，規(guī)格有3～5mm、5～10mm、10～15mm 三種，細(xì)集料采用0～3mm 閃長巖石屑。礦粉一般使用常規(guī)的石灰?guī)r礦粉，使用42.5R 普通硅酸鹽水泥替代了一部分的礦粉。對礦料進(jìn)行了檢驗(yàn)，所選用的礦料性能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。檢測結(jié)果見表1，礦料篩分結(jié)果見表2。

表1 礦料試驗(yàn)結(jié)果

表2 礦料篩分試驗(yàn)結(jié)果

脫色瀝青采用常規(guī)的機(jī)動(dòng)車道用脫色瀝青，經(jīng)檢驗(yàn)滿足相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求，其性能檢測結(jié)果見表3。

表3 脫色瀝青技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

3 骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)選

瀝青混合中較多數(shù)量的粗集料顆粒形成了空間結(jié)構(gòu)骨架，通過對4.75mm 的粗料顆粒骨架中的關(guān)鍵性篩孔設(shè)計(jì)出了三個(gè)礦料級配結(jié)構(gòu)，并計(jì)算三個(gè)級配在搗實(shí)狀況下的粗集料松裝間隙率VCADRC，見表4。三種級配的級配合成圖見圖1。

圖1 不同骨架級配合成圖

表4 不同骨架結(jié)構(gòu)的級配

使用常規(guī)的SBS 改性瀝青，以最佳油石比6.1%對三種骨架按級配分別用攪拌方法拌制成混合料，擊實(shí)次數(shù)為雙面各50 次成型馬歇爾圓柱體試件，然后將成型的試件在室溫下放置24h 后脫模進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。根據(jù)表5 可得，三種骨架級配混合料在最佳油石比為6.1%的條件下馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)均滿足要求。

表5 三種級配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

同時(shí)，對三種骨架級配瀝青混合料進(jìn)行了車轍試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)，結(jié)果如表6 所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，級配2 的動(dòng)穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均比較高，骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對較高，最終選取級配2 為最優(yōu)的骨架結(jié)構(gòu)。

表6 三種級配路用性能試驗(yàn)結(jié)果

4 水泥最佳摻量確定

參照常規(guī)SMA-13 配合比，粉油比為1.65，用42.5R 普通硅酸鹽水泥代替0%、20%、40%、60%、80%、100%的礦粉，制備并檢測了瀝青膠漿的軟化點(diǎn)和延度這兩項(xiàng)指標(biāo)，其檢測結(jié)果見圖2 和圖3。

軟化點(diǎn)和延度是評估瀝青膠漿高溫特性的指標(biāo)，合適的水泥摻量可以顯著提高瀝青膠漿高溫特性，但水泥摻量過大則不利于提高瀝青膠漿高溫性能。從圖2 可以看出，當(dāng)水泥代替礦粉用量為20%～40%時(shí)，高溫性能最好。從圖3 可以看出，水泥代替20%的礦粉可以改善瀝青膠漿的延度，但是在15℃時(shí)這種改善性能不是很明顯，表明水泥對瀝青膠漿性能的改善效果在高溫下比低溫下明顯，也就是說，它可以顯著改善其高溫性能，而對低溫性能則相對較差。

圖2 水泥替代礦粉對瀝青膠漿軟化點(diǎn)影響

圖3 水泥替代礦粉對瀝青膠漿延度影響

考慮到水泥替代礦粉的用量對軟化點(diǎn)和延度的影響，最終選用水泥代替礦粉的最佳用量為25%。

5 纖維穩(wěn)定劑品種優(yōu)選

選用玄武巖纖維、木質(zhì)素纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維四種纖維穩(wěn)定劑，分別以0.2%、0.3%、0.4%纖維摻量拌制常規(guī)級配的SMA-13 瀝青混合料，在最佳油石比為6.1%時(shí)，分別形成馬歇爾試件，并通過馬歇爾試驗(yàn)。圖4 顯示了在最佳油石比為6.1%的條件下，由不同纖維含量形成的馬歇爾試樣測量的馬歇爾穩(wěn)定性，圖5顯示了相應(yīng)的流值。

圖4 不同纖維混合料的馬歇爾穩(wěn)定度

圖5 不同纖維混合料的流值

混合料抗破壞變形的能力通常可以用馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)中的馬歇爾穩(wěn)定度來表示，而試件抵抗外界影響變化的能力通常在一定程度上由馬歇爾流值來反映。試驗(yàn)表明，當(dāng)纖維用量在0.3%時(shí)，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度最強(qiáng)，其中聚丙烯腈纖維和玄武巖纖維對混合料的穩(wěn)定度影響最大；而在耐變形能力方面，玄武巖纖維和木質(zhì)素纖維的抗變形能力強(qiáng)于聚酯纖維和聚丙烯腈纖維。[1]綜上所述，最終選用玄武巖纖維，纖維用量選定為0.3%。

6 瀝青混合料拌制及性能試驗(yàn)

6.1 瀝青混合料拌和工藝的確定

根據(jù)原材料特性和常規(guī)混合料拌和工藝，經(jīng)試驗(yàn)確定，最終選定的彩色SMA-13 瀝青混合料室內(nèi)試驗(yàn)拌和工藝流程如圖6 所示。

圖6 彩色SMA- 13 瀝青混合料拌和工藝流程圖

6.2 瀝青混合料性能試驗(yàn)

水泥含量采用確定的25%替代礦粉。考慮生產(chǎn)廠家推薦的用量和工程經(jīng)驗(yàn)，彩色粉末的含量為2.5%，玄武巖纖維摻量為彩色SMA-13 瀝青混合料總質(zhì)量的0.3%，高粘劑摻量為生產(chǎn)廠家推薦的彩色SMA-13 瀝青混合料總質(zhì)量的0.5%，將所確定的最優(yōu)骨架級配進(jìn)行瀝青混合料拌制，分別檢測了馬歇爾試件的性能、高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果分別見表7 和表8。

表7 彩色SMA-13 的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表8 機(jī)動(dòng)車道彩色SMA-13瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果

彩色SMA-13 混合料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定要求，動(dòng)穩(wěn)定度為3842 次/mm，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為86.5%，滿足機(jī)動(dòng)車道瀝青混合料路用性能的一般規(guī)定。見表9。

表9 彩色SMA-13 混合料抽檢結(jié)果

7 結(jié)語

在廈門環(huán)東海域?yàn)I海旅游浪漫線道路工程中，彩色SMA 瀝青混合料的生產(chǎn)和施工質(zhì)量都得到了很好的控制，最終攤鋪施工后的機(jī)動(dòng)車道彩色瀝青路面效果良好美觀。機(jī)動(dòng)車道彩色SMA-13 混合料的成功研究與應(yīng)用，填補(bǔ)了福建省高性能彩色SMA 瀝青混合料領(lǐng)域的空白，保證了項(xiàng)目彩色瀝青路面工程質(zhì)量，為廈門增添了一道亮麗的風(fēng)景線。