摻加不同溫拌改性劑的瀝青混合料性能研究

黃小亞

(重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院有限公司，重慶　400025)

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摻加不同溫拌改性劑的瀝青混合料性能研究

黃小亞

(重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院有限公司，重慶400025)

文章利用GTM試驗方法對普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計，并在最佳油石比條件下，分別對不摻加、摻加溫拌改性劑(Sasobit、ZYF)的瀝青混合料的高溫性能、抗水損害能力及低溫抗裂能力進(jìn)行了試驗研究。結(jié)果表明：兩種溫拌改性劑均能有效降低瀝青混合料的壓實溫度，且能使瀝青混合料具有良好的路用性能。

溫拌瀝青混合料；溫拌改性劑；GTM試驗方法；路用性能

0　引言

溫拌瀝青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是一種可以代替熱拌瀝青混合料HMA(Hot Mix Asphalt)的節(jié)能環(huán)保型材料。與HMA相比，WMA是通過一定的技術(shù)處理降低瀝青黏度，從而實現(xiàn)在較低溫度下混合料的拌合與攤鋪，與此同時保持和HMA一樣的施工和易性和路用性能。由于WMA具有良好的環(huán)保性能，近年來得到各國瀝青路面研究人員的廣泛關(guān)注[1，2]。

本文通過對瀝青(SK70#瀝青和SBS改性瀝青)摻加不同溫拌改性劑進(jìn)行濕法改性，采用GTM方法對摻加不同溫拌改性劑的溫拌瀝青混合料的路用性能進(jìn)行試驗研究，以期對實際工程應(yīng)用提供相關(guān)試驗支撐材料。

1　材料與方法

1.1原材料

溫拌改性劑采用Sasobit和自行研發(fā)溫拌劑(簡寫為ZYF，是通過費托工藝室內(nèi)試制而得)，溫拌改性劑的摻量均為瀝青摻量的3%[3]。

本文采用SK70#A級道路石油瀝青和SBS I-D級改性瀝青，粗集料、細(xì)集料均為石灰?guī)r，填料為礦粉，所有原材料的各項技術(shù)指標(biāo)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的相關(guān)技術(shù)要求。

1.2礦料級配

為避免礦料級配組成差異對試驗結(jié)果造成影響，本試驗采用逐檔配料的方法合成級配，級配采用AC-13型瀝青混合料建議級配范圍中值(見表1)，并且采用GTM試驗方法確定瀝青混合料的最佳油石比。

表1　AC-13型瀝青混合料級配設(shè)計表

1.3制備方法

溫拌瀝青混合料的制備方法：采用濕拌的方式制備溫拌瀝青混合料。即先將瀝青加熱至140 ℃(SK70#瀝青)/160 ℃(SBS改性瀝青)，將一定劑量的溫拌改性劑添加入原樣瀝青中并攪拌均勻(溫度≥120 ℃，以140 ℃～160 ℃為佳，攪拌時間30～60 min，攪拌速度在100 r/min左右)，即形成溫拌瀝青。再將溫拌瀝青與礦料進(jìn)行拌合形成溫拌瀝青混合料。

為便于對比，本文將添加SK70#瀝青、SK70#瀝青+3%Sasobit、SK70#瀝青+3%ZYF的AC-13型瀝青混合料分別簡寫為“普通AC-13”“Sasobit溫拌AC-13”“ZYF溫拌AC-13”。將添加SBS改性瀝青、SBS改性瀝青+3%Sasobit、SBS改性瀝青+3%ZYF的AC-13型瀝青混合料分別簡寫為“SBS類AC-13”“Sasobit溫拌SBS類AC-13”“ZYF溫拌SBS類AC-13”。

2　結(jié)果與討論

2.1最佳油石比的確定

GTM試驗方法的工作參數(shù)及試件成型條件為[4]：

(1)垂直壓強(qiáng)：0.7 MPa；初始角θ=1.6°。

(2)試件成型控制方式：極限平衡狀態(tài)控制。

(3)成型溫度：普通AC-13為140 ℃～145 ℃；SBS類AC-13為150 ℃～155 ℃。

AC-13型瀝青混合料GTM試驗結(jié)果、試件的體積參數(shù)、馬歇爾試驗結(jié)果見表2及圖1～2。

表2　AC-13型瀝青混合料的體積參數(shù)及馬歇爾試驗結(jié)果表

(a)GSI曲線

(b)GSF曲線

(a)毛體積相對密度曲線

(b)W曲線

(c)VMA曲線

(d)VFA曲線

對于普通AC-13和SBS類AC-13，當(dāng)油石比分別大于4.2%、4.5%時，GSI(反映瀝青混合料試件受剪應(yīng)力作用的變形穩(wěn)定程度參數(shù))曲線呈急劇增加趨勢，兩種瀝青混合料的塑性變形過大(見圖1(a))；從GSF(反映瀝青混合料抗剪強(qiáng)度方面的強(qiáng)度穩(wěn)定性參數(shù))隨油石比的變化情況來看，當(dāng)油石比分別大于4.2%、4.5%時，GSF呈加速下降趨勢。各混合料的體積參數(shù)與油石比的關(guān)系(見圖2)亦表明，在不發(fā)生過大的塑性變形所對的油石比處，空隙率值均<4.0%，基本上位于VMA最小值附近。綜合考慮GTM試驗結(jié)果和體積參數(shù)變化趨勢，普通AC-13和SBS類AC-13瀝青混合料的最大油石比分別為：4.2%、4.5%。

根據(jù)圖1～2，還可確定出普通AC-13和SBS類AC-13瀝青混合料的最佳油石比范圍，該范圍內(nèi)油石比變化不會對混合料性能造成顯著的、不可接受的影響。最佳油石比范圍為：普通AC-13為4.0%～4.4%；SBS類AC-13為4.3%～4.7%。

2.2試件成型溫度

目前，WMA大多直接采用與HMA相同的配合比設(shè)計方法。因此，在本次試驗中，WMA直接采用HMA確定的級配和最佳油石比。

本文從普通AC-13、SBS類AC-13的拌合溫度入手，采用GTM試驗方法在不同溫度下對摻加溫拌改性劑的瀝青混合料成型試件，測試其空隙率、毛體積密度等體積參數(shù)，通過空隙率-溫度曲線確定溫拌瀝青混合料的壓實溫度試驗結(jié)果(見表3及圖3)。

表3　AC-13型瀝青混合料不同成型溫度下的體積指標(biāo)數(shù)值表

(a)普通瀝青混合料

(b)SBS改性瀝青混合料

由表3和圖3可知，摻加溫拌改性劑Sasobit、ZYF后，普通瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的孔隙率與壓實溫度之間分別呈二次拋物線關(guān)系、線性關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)均>0.95。達(dá)到與在最佳油石比下成型的普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料相同的空隙率時，混合料壓實溫度分別為110 ℃、135 ℃，降溫幅度分別為35 ℃、20 ℃，說明兩種溫拌改性劑均具有良好的降溫效果。

根據(jù)表3和圖3，列出了AC-13型瀝青混合料的壓實溫度(見表4)，以便評價溫拌瀝青混合料的路用性能。

表4　AC-13型瀝青混合料的壓實溫度表

2.3AC-13型瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果

在確定的最佳油石比條件下，GTM試驗方法設(shè)計的六種瀝青混合料(采用表4列出的壓實溫度)的路用性能檢驗結(jié)果見表5和圖4。

表5　AC-13型瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果表

對六種瀝青混合料的路用性能試驗結(jié)果進(jìn)行分析，可得如下結(jié)論：

(1)三種普通瀝青混合料的車轍動穩(wěn)定度均>1 000次/mm，三種SBS改性瀝青混合料的車轍動穩(wěn)定度均>2 800次/mm，都滿足JTJF40-2004規(guī)范要求。同時，摻加了溫拌改性劑的瀝青混合料動穩(wěn)定度均有所提高，對普通瀝青混合料動穩(wěn)定度提高的幅度較明顯。

(2)所有瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比均滿足JTJF40-2004規(guī)范要求。且摻加溫拌改性劑對瀝青混合料的抗水損害能力略有所提高。

(3)所有瀝青混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變均滿足JTJF40-2004規(guī)范中≥2 000με的要求。三種普通瀝青混合料的破壞應(yīng)變相差≤5%，三種SBS改性瀝青混合料的破壞應(yīng)變相差≤3%，即摻加溫拌改性劑瀝青混合料與不摻加溫拌改性劑瀝青混合料的低溫抗裂性能基本相當(dāng)。

(4)與溫拌改性劑Sasobit相比較，溫拌改性劑ZYF的高溫性能、抗水損害能力、低溫抗裂能力均略有下降，但都滿足規(guī)范要求。

(a)動穩(wěn)定度

(b)殘留穩(wěn)定度

(c)殘留強(qiáng)度比

(d)破壞應(yīng)變

(e)抗變拉強(qiáng)度

3　結(jié)語

(1)GTM試驗結(jié)果表明：普通AC-13的最佳油石比范圍為4.0%～4.4%，SBS類AC-13的最佳油石比范圍為4.3%～4.7%。

(2)在最佳油石比下，達(dá)到與普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料相同的空隙率時，摻加溫拌改性劑瀝青混合料的壓實溫度分別為110 ℃、135 ℃，降溫幅度分別可達(dá)35 ℃、20 ℃。

(3)與不摻加溫拌改性劑瀝青混合料相比，摻加溫拌改性劑瀝青混合料的高溫性能均有提高，抗水損害能力和低溫抗裂能力則基本相當(dāng)。

[1]郭平，祁峰，等.溫拌瀝青混合料的路用性能[J].長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，30(3)：10-13.

[2]王修山，凡濤濤，等.成型溫度對溫拌瀝青混合料路用性能的影響[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014，31(6)：651-654.

[3]王茂文，吳超凡，等.溫拌瀝青瀝青混合料路用性能研究[J].公路，2009(11)：175-179.

[4]天津市市政工程研究院.城市快速路高性能瀝青路面研究[R].2005.

Study on the Performance of Asphalt Mixtures with Different Warm-mix Modifiers

HUANG Xiao-ya

(Chongqing Pengfang Pavement Engineering Research Institute Co.，Ltd，Chongqing，400025)

This article used the GTM test method to conduct the mix ratio design for ordinary asphalt mixtures and SBS modified asphalt mixtures，and under optimal bitumen-aggregate ratio conditions，it conducted the experimental study respectively on the high temperature performance，water damage resistance and low-temperature crack resistance capability of asphalt mixtures with and without mixing by warm-mix modifiers(Sasobit，ZYF).The results showed that：these two kinds of warm-mix modifiers can both effectively reduce the compaction temperature of asphalt mixtures and make a good road performance of asphalt mixtures.

Warm-mix asphalt materials；Warm-mix modifiers；GTM test method；Road performance

U416.217

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.001

1673-4874(2016)08-0001-05

2016-06-04

黃小亞(1984—)，碩士，主要從事路基路面工程研究工作。