溫拌瀝青混合料在廣東高速公路中的應(yīng)用研究

梁勇

(廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 511431)

0 引言

溫拌瀝青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是用添加劑或其他方法，降低瀝青在給定溫度下的粘度，從而使瀝青混合料能在相對較低的溫度下進行拌和與施工。以目前的技術(shù)水平，WMA的拌和溫度一般在120℃ ～130℃，攤鋪和碾壓的溫度為100℃ ～110℃，相對HMA，溫度降低了至少30℃。同時，就工程性質(zhì)而言，WMA又具備與HMA相當(dāng)?shù)氖┕ず鸵仔耘c路面使用性能。隨著公路建設(shè)的進一步發(fā)展，在瀝青混合料生產(chǎn)過程中降低能源消耗、減少環(huán)境污染，是公路發(fā)展的需要，也是公路建設(shè)發(fā)展到一定程度后的必然。為適應(yīng)這種發(fā)展，借鑒國內(nèi)外初步研究成果，作者在廣東高速公路瀝青路面中試驗性鋪筑了溫拌瀝青混合料試驗路，對WMA應(yīng)用技術(shù)進行了初步的研究與探索。

1 溫拌試驗路簡介

溫拌試驗路鋪筑長度為1 km。該路段設(shè)計為一級公路，路面寬15 m，路面結(jié)構(gòu)為4 cm AC-13上面層+粘層+6 cm AC-20中面層+透層+34 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+18 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層，瀝青用SBS改性瀝青。在溫拌試驗路段，作者共進行了4種溫拌混合料的鋪筑。

試驗路結(jié)構(gòu)：

1)方案1：6 cm AC-20，70號石油瀝青，摻瀝青質(zhì)量的3.5% Sasobit?，500 m;

2)方案2：6 cm AC-20，70號石油瀝青，摻Seam添加劑(Seam與瀝青質(zhì)量之比為40%∶60%)，500 m;

3)方案3：4 cm AC-13，改性瀝青，摻瀝青質(zhì)量的2.0%Sasobit?，500 m;

4)方案4：4 cm AC-13，SBS改性瀝青，摻瀝青質(zhì)量的3.0% EC-120，500 m。

在方案1與方案2的石油瀝青WMA試驗路鋪筑中，混合料的最低出料溫度為120℃;方案3與方案4的SBS改性瀝青WMA最低出料溫度為150℃，相應(yīng)的攤鋪與初壓溫度比其出料溫度低10℃，均取得了較好的壓實效果。

在溫拌試驗路鋪筑之前，作者在室內(nèi)對WMA的路用性能進行了比較系統(tǒng)的研究，四種混合料的路用性能均達到了HMA混合料的水平，有些技術(shù)指標(biāo)甚至還優(yōu)于HMA。下面僅以摻Sasobit?的石油瀝青混合料性能為例，對WMA的性能做一簡單介紹。

2 溫拌混合料路用性能

瀝青混合料的路用性能主要有高溫穩(wěn)定性、抗水損害能力、低溫抗裂性、力學(xué)性能等，相應(yīng)的常規(guī)評價指標(biāo)有馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度;殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比;低溫彎曲應(yīng)變;回彈模量與彎拉強度等。為方便使用與比較，本研究采用了上述參數(shù)來評價Sasobit?WMA的路用性能。

2.1 試驗用原材料

1)基質(zhì)瀝青。室內(nèi)試驗用的石油瀝青為中海36-1 70號A級道路石油瀝青，其主要指標(biāo)均滿足JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［3］(以下簡稱JTG F40)的要求。

2)集料。試驗用集料為石灰?guī)r碎石與礦粉，均滿足JTG F40要求。

3)溫拌改性劑。選用南非Sasol-Wax公司生產(chǎn)的Sasobit?，它是Fischer-Tropsch(FT)過程從煤氣化中生產(chǎn)的長鏈脂肪族烴，也叫FT固體石蠟。其基本性能見表1。

表1 Sasobit?改性劑性質(zhì)［4］

室內(nèi)試驗用了4種Sasobit?摻量同級配的瀝青混合料，Sasobit?摻量分別為0%，2%，3%和4%。由瀝青的粘—溫曲線確定普通HMA的拌和與壓實溫度的中值分別為155℃和145℃。對于3種不同Sasobit?摻量的WMA，其拌和與壓實均采用比普通HMA低30℃的溫度進行試驗。表2列出了室內(nèi)混合料的試驗溫度。

表2 混合料試驗溫度 ℃

根據(jù)普通HMA配合比設(shè)計試驗結(jié)果，其最佳油石比為4.0%，為了與普通HMA使用性能進行對比，其余3種摻Sasobit?的WMA也采用4.0%來進行各項性能試驗。

2.2 馬歇爾試驗

對于3種不同摻量的WMA和HMA進行標(biāo)準(zhǔn)的馬歇爾試驗，其結(jié)果見圖1，圖2。

由圖1可見，Sasobit?摻量對混合料的馬歇爾穩(wěn)定度MS有一定影響，摻量越多，馬歇爾穩(wěn)定度MS越大;當(dāng)摻量為3%時，WMA的馬歇爾穩(wěn)定度MS與HMA相比變化不大;而摻量超過3%以后，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度MS隨摻量增加而增大的幅度減小。圖2顯示流值隨Sasobit?摻量的增加變化不明顯。

作為參考，表3給出了Sasobit?WMA的主要馬歇爾試驗技術(shù)指標(biāo)。由表3可見，Sasobit?WMA滿足規(guī)范對熱拌瀝青混合料的馬歇爾試驗技術(shù)指標(biāo)要求。

圖1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

圖2 流值試驗結(jié)果

表3 Sasobit?WMA馬歇爾試驗結(jié)果

2.3 動穩(wěn)定度試驗

對于3種不同摻量的Sasobit?WMA和HMA，按標(biāo)準(zhǔn)試驗方法進行了動穩(wěn)定對比試驗，其結(jié)果見圖3。

圖3 動穩(wěn)定度試驗結(jié)果

由圖3可見，Sasobit?摻量對WMA的動穩(wěn)定度DS有較大影響，WMA的動穩(wěn)定度DS比HMA增加較大。另一方面混合料并未因生產(chǎn)過程中拌和與壓實溫度過低出現(xiàn)壓實不足或因瀝青老化減輕而引起車轍試件松散破壞。Sasobit?WMA的動穩(wěn)定度DS較HMA有顯著提高。

2.4 水穩(wěn)定性試驗

水損害是瀝青路面的主要病害之一。瀝青混合料的抗水損害能力是決定路面水穩(wěn)定性的主要因素之一。

對于WMA，由于拌和溫度的降低，集料中的水分可能不能完全蒸發(fā)而被瀝青膜封閉在集料表面的開口孔隙中，從而導(dǎo)致瀝青混合料的水損害［5-7］，因此，十分有必要對WMA的水穩(wěn)定性進行檢驗。本研究采用常用的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比R'和凍融劈裂試驗強度比TSR來評價Sasobit?WMA的水穩(wěn)定性。

1)殘留穩(wěn)定度試驗。

浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗用來評價瀝青混合料受水損害時抵抗剝落的能力。對于3種不同摻量的WMA和HMA，進行了標(biāo)準(zhǔn)的浸水馬歇爾試驗，其結(jié)果見圖4。

由圖4可見，WMA的浸水殘留穩(wěn)定度強度比R'比HMA稍有減小，但變化不大;添加劑摻量對混合料的R'影響不大，不同摻量的WMA的R'均能滿足規(guī)范中對HMA在年降雨量大于1 000 mm潮濕區(qū)浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度R'不小于80%的要求。

圖4 浸水殘留強度試驗結(jié)果

2)凍融劈裂試驗。

凍融劈裂試驗用于評價在規(guī)定條件下對瀝青混合料進行凍融循環(huán)，測定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的抗拉強度比TSR，是評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。

對3種不同摻量的WMA和HMA進行了標(biāo)準(zhǔn)的凍融劈裂試驗，其試驗結(jié)果見圖5。由圖5可見，WMA的TSR比HMA的小，HMA的TSR為88%，而3%Sasobit?WMA的TSR只有78%，相比下降了10%;其他兩個摻量下，混合料的TSR更小，并且不能滿足JTG F40規(guī)范表5.3.4-2中對HMA在年降雨量大于1 000 mm潮濕區(qū)TSR≥75%的要求。其原因可能是，一方面由于拌和溫度的降低，集料中的水分不能完全蒸發(fā)而被瀝青封閉在集料表面上;另一方面，由于拌和溫度降低，瀝青流動性能不夠，瀝青膜過厚，引起粘結(jié)力不足，最終導(dǎo)致水損害［7］。

圖5 凍融劈裂強度比TSR試驗結(jié)果

為改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，本研究采用了添加瀝青質(zhì)量的0.35%的ASA-9304固體抗剝落劑的方法來改善WMA的水穩(wěn)定性，其凍融劈裂試驗結(jié)果亦見圖5。由圖5可見，拌和與壓實溫度的降低，會給混合料帶來一定程度的水損害，對于WMA，建議在生產(chǎn)過程中采用摻適當(dāng)?shù)目箘兟鋭﹣硖岣呋旌狭系乃€(wěn)定性。

2.5 溫拌瀝青混合料性能小結(jié)

本節(jié)對Sasobit?WMA的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性、力學(xué)性能做了較為詳細的研究，討論了WMA的使用性能，并與HMA的使用性能進行了比較，綜合試驗結(jié)果可知，摻加Sasobit?后，在比HMA低30℃下拌和與擊實成型的WMA，除TSR指標(biāo)偏低外，其余各項使用性能均不低于HMA，個別性能如DS值還優(yōu)于HMA。

3 結(jié)語

WMA試驗路竣工已近一年，經(jīng)過了一個冬季低溫的考驗，至目前為止，路面完整無任何缺陷，在外觀上與HMA路面沒有任何差別，因此，作者初步可以得出如下結(jié)論：

1)WMA的路用性能不低于同材料的HMA，個別性能如DS還優(yōu)于HMA，可以用于高等級公路路面各層。

2)WMA的水穩(wěn)定性比同材料的HMA稍低，建議在WMA中添加適當(dāng)?shù)慕?jīng)檢驗有效的抗剝落劑來提高WMA的抗水損害能力。

由于時間、條件等因素，本研究工作還不夠深入和全面，尚存在一些問題和不足，在深度、廣度以及施工工藝方面還有待進一步研究和完善。

［1］ Hurley，G.C，B.D.Prowell.Evaluation of Sasobit?for Use in Warm Mix Asphalt［R］.NCAT Report 05-06，National Center for Asphalt Technology，Auburn University，Auburn，Alabama，2006.

［2］ 左 鋒，葉 奮.國外溫拌瀝青混合料技術(shù)與性能評價［J］.中外公路，2007，27(6)：164-168.

［3］ JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 中交科技.Sasobit普適瀝青改性劑技術(shù)手冊.http：//www.cctmpofun.com，2008-10-16.

［5］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Evotherm?for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 06-02.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2006.

［6］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Aspha-min?Zeolite for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 05-04.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2005.

［7］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Sasobit?for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 05-06.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2005.

［8］ JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范［S］.

［9］ 夏 漾.Sasobit?溫拌瀝青混合料設(shè)計與使用性能［D］.長沙：湖南大學(xué)碩士論文，2008.