不同添加劑對瀝青混合料力學性能的影響分析

李志宏

(河北省交通規劃設計院，河北 石家莊 050000)

0 引言

近些年來，在生產以及壓實瀝青混合料時，溫度的降低對維持乃至提高熱拌瀝青的力學性能產生了很大影響。實際施工過程中，不同項目使用不同類型添加劑對瀝青混凝土進行改性以研究其添加前后壓實和易性的差異。本文為了評價施工溫度下降時這些添加劑的效果，對這些加入了添加劑的混合料進行試驗并以力學性能指標進行評估，其中包括水穩定性試驗以及勁度模量試驗等[1]。

1 材料使用和混合料設計

本文對生產和鋪設瀝青混合料時的溫度影響和所使用的添加劑進行了研究。在這項研究中，表面層使用的瀝青混凝土(AC16Surf)礦料級配中最大骨料尺寸為16 mm。試驗中對AC16Surf的顆粒級配按大小進行了分類并按使用集料、石灰石和沙子的分級包絡中心進行了調整。

本文研究了三個生產溫度：160 ℃，生產熱拌瀝青混凝土的溫度；140 ℃和120 ℃，生產溫拌瀝青混凝土的常見溫度。本研究中分析了7種不同類型的混合料，包括混合料R(不變瀝青)和6種加有添加劑的混合料(A1～A6)。研究使用的添加劑的特點和數量如表1所示。

表1 本研究中所使用的添加劑一覽表

2 壓實和易性研究

根據以往研究結果，為比較不同混合料的壓實度，可以引用一些指數來衡量壓實能[2]，這些指數采用從壓實曲線中獲得的數據進行計算。本文采用的指數為壓實能量指數(CEI)和由交通荷載導致壓實的交通致密指數(TDI)。壓實能量指數(CEI)分析了從第8周期開始直到與開放交通后最小密度相一致的92%混合料最大理論密度(Gmm)的結果。交通致密指數(TDI)和由交通影響導致的壓實相關，而且確認其取值范圍在92%Gmm到98%Gmm之間，即混合料靠近塑性性能的區域，這是一個非常關鍵的取值區間。CEI數值大小顯示了施工中攤鋪混合料的難易程度，其數值越小，混合料越容易壓實。相比之下，TDI指數顯示了交通荷載作用下混合料的強度。在這種情況下，TDI越高，則表明混合料在其服務年限內可以承受更大的交通荷載。

在本研究中，對于每個溫度以及混合料的組合，通過生產6個直徑為100 mm的試件并使用旋轉壓實儀對瀝青混合料的壓實難易程度進行分析。這種難易程度依據壓實曲線進行判定，而此壓實曲線是由與周期次數有關的壓實結果繪制的。對從壓實曲線獲得的數據進行分析，以此可以確定壓實能量指數(CEI)和交通致密指數(TDI)。

研究發現，在施工溫度降低后，加入添加劑的混合料的CEI值會降低，更易壓實，如表2所示。

表2 CEI和TDI試驗結果表

在三種研究溫度下，A5混合料的CEI值均低于混合料R，這說明在施工溫度下，添加劑A5引起混合料黏度降低，可以提高瀝青混合料的和易性，方便攤鋪。

添加劑A6是一種結構內含有水的沸石，當其伴隨泡沫結合料被加入到混合料時，水分會被釋放出來，使黏度降低，從而提高集料的裹覆和攤鋪能力。這也可以由加入添加劑A6的瀝青混合料CEI值小于混合料R的試驗結果所證實。

TDI指數分析了道路服務壽命內由于交通荷載導致的壓實效應。從理論上講，TDI值越高，混合料在其使用壽命內就越能承受更多交通荷載。120 ℃時，混合料R具有較高的TDI值。TDI試驗結果表明，混合料在開放交通之前足夠密實，在其使用壽命內能夠承受更多的交通荷載。與混合料R相比，加有添加劑的混合料在施工溫度降低時CEI值變化更小，其性能更穩定，在溫度較低時更容易壓實。

為了確定最佳的施工溫度，CEI和TDI不能分開使用，而需要結合使用。為了確定最易壓實的最低CEI值，需要對CEI進行分析。CEI數值相同，則要根據TDI值做出選擇。TDI值越大，瀝青混合料的耐久性越好。

3 水穩定性分析

為了分析瀝青混合料的水穩定性，對應三個試驗溫度、七種不同混合料(R和A1～A6)，各制作了8個試件，隨后將這些試件分成兩組進行試驗。按照試驗要求，其中一組在室溫20 ℃條件下保存3 d，而另一組在經過40 min真空處理后浸在40 ℃水中保存3 d。試驗前，試件再放進一個15 ℃的房間保存2 h，然后，使用靜態機進行間接抗拉強度試驗。

根據間接抗拉強度試驗的穩定性，分別對保持干燥(ITSD)狀態和浸水(ITSW)狀態的試件牽引阻力進行分析計算，以間接拉伸強度比率(ITSR)進行分析計算：

(1)

式中：ITSR——間接抗拉強度比率(%)；

ITSW——浸水試件的間接抗拉強度(kPa)；

《規范》鼓勵和支持餐飲服務提供者采用先進的食品安全管理方法，建立餐飲服務食品安全管理體系，提高食品安全管理水平；明示餐食的主要原料信息、數量或重量，開展“減油、減鹽、減糖”行動，為消費者提供健康營養的餐食；降低一次性餐飲具的使用量；提示消費者開展光盤行動，減少浪費?！兑幏丁愤€規定餐飲外賣送餐人員應保持個人衛生，外賣箱（包）應保持清潔，并定期消毒。網絡餐飲服務第三方平臺提供者和自建網站餐飲服務提供者應如實記錄網絡訂餐的訂單信息，包括食品的名稱、下單時間、送餐人員、送達時間以及收貨地址，信息保存時間不得少于6個月。

ITSD——干燥試件的間接拉伸強度(kPa)。

研究發現，隨著溫度降低，除A5混合料外，其他混合料的間接抗拉強度均隨之降低，且空隙率越大，間接抗拉強度降低越明顯，如表3所示。

表3 不同混合料在不同溫度下的間接抗拉強度試驗結果表

比較表3混合料R以及加有添加劑的混合料的試驗結果，在所有溫度下使用添加劑會使強度維持不變甚至提高。對于A1～A4添加劑，其組成成分能夠提高集料和結合料的粘附性，而且與混合料R相比，這些化合物可以增加水穩定性。其作用在浸水試件強度試驗結果上表現得尤為明顯。與混合料R相比，所有加添加劑混合料的水穩定性在160 ℃時都提高了。當生產溫度較低時，A4是唯一一種與140 ℃時的水穩定性試驗結果保持一致的混合料。其他有添加劑的混合料在相同溫度下強度值下降20%。

添加劑A5是在施工溫度下完全可溶于瀝青的蠟狀物，通過比較140 ℃以及120 ℃時的ITSD和ITSW值，添加A5的混合料試驗結果保持穩定，且比相同溫度下混合料R試驗數值要大，這證明在較低溫度時，A5可以增加混合料水穩定性。A6添加劑是一種沸石，在施工溫度下，可以改善混合料的裹覆能力，從而降低混合料孔隙率，提高水穩定性。因此添加劑A6在140 ℃以及120 ℃時的ITSD和ITSW值也要比相同溫度下混合料R試驗數值要大。

4 勁度模量研究

過往研究把勁度模量大小作為衡量道路瀝青混合料結構性能的一種方法[3]。為測試混合料的勁度模量，本研究在20 ℃試驗溫度下進行間接抗拉強度試驗。試驗前，試件需要在一個20 ℃恒溫的空調室內至少保存24 h。為了完成這個試驗，需要使用一個帶有10 kN傳感器的動態機。

對不同試驗溫度下的七種不同混合料，均制作4個圓柱體的AC16Surf混合料試件。通過在試件中心施加一個垂直壓力荷載，并記錄試件所經歷的變形，從而完成間接抗拉強度試驗。每次試驗都包括16個負荷周期，每個周期持續3 s。第1個到第10個周期是為了使試件受力穩定下來，利用第11個到第15個周期進行勁度模量計算。最后，根據每個周期所獲得的彈性變形最大振幅計算勁度模量，這五個周期算得的勁度模量平均值作為最終結果，如表4所示。

表4 20 ℃不同混合料的平均勁度模量計算結果表

研究結果表明，降低混合料R的生產溫度和壓實溫度會降低其模量，如120 ℃時模量值大約為160 ℃時的50%。這一試驗結果是由空隙率增加從而導致混合料勁度減小引起的。

與混合料R在160 ℃時的值相比，使用了不同添加劑混合料的勁度模量減少了20%～40%。隨著施工溫度降低，有添加劑的混合料模量變化要比混合料R小。添加劑A3、A5、A6在120 ℃時的模量要比混合料R的大。對于添加劑A3和A5，該結果的產生是由兩種化合物成分中所包含的蠟狀物導致的，而這些蠟狀物會在低于其熔點時形成水晶般的網絡結構從而增加混合料的穩定性。添加劑A6使混合料空隙率降低，從而增加混合料的穩定性。加入其他添加劑(A1、A2、A4)的混合料勁度模量未發生較大變化。

5 結語

在本研究中，對不同生產溫度和壓實溫度下的加有添加劑的瀝青混合料的性能同未加添加劑的混合料進行比較。結果表明，添加劑的加入改善了混合料的壓實性，提高了混合料的施工和易性，從而能夠降低其生產溫度和壓實溫度，并節約能源。