直投式工藝制備彩色瀝青混凝土的路用性能研究

徐志承

上海浦興路橋建設(shè)工程有限公司 上海 201210

彩色瀝青混凝土是指用脫色瀝青或人工配制的淺色膠結(jié)料、集料和顏料等拌制的混凝土，應(yīng)用于路面后具有美觀、安全警示、舒適等功能[1-2]。

常規(guī)制備彩色瀝青混凝土的工藝主要分為2種[3-5]：一種是用芳烴油、石油樹脂、添加劑和顏料預(yù)先配制彩色膠結(jié)料，然后再用機(jī)械設(shè)備將其與集料、填充料拌制成彩色瀝青混凝土；另一種工藝則是用芳烴油、石油樹脂和添加劑預(yù)先混合制備淺色膠結(jié)料，而后用機(jī)械設(shè)備拌和淺色膠結(jié)料、顏料、集料和填充料來制備彩色瀝青混凝土。這2種工藝的穩(wěn)定性、成熟度和效果均經(jīng)過了大量工程應(yīng)用實(shí)踐的驗(yàn)證。

然而隨著社會(huì)和民眾對(duì)環(huán)境保護(hù)效益的日益注重，這2種常規(guī)工藝在環(huán)保方面的不足日顯突出。這是因?yàn)樵诟邷丶庸ゎA(yù)制彩色膠結(jié)料、淺色膠結(jié)料、將顏料直接投放入生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備等工藝步驟過程中，排放的氣體和顏料粉塵，對(duì)空氣有一定程度的污染[6]。此外，高溫預(yù)制膠結(jié)料會(huì)造成膠結(jié)料老化。因此，本文探索和研究了一種直接投放式工藝，以期避免上述不足。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

本文以常規(guī)工藝制備彩色瀝青混凝土為參考，對(duì)比研究采用直接投放式工藝制備彩色瀝青混凝土的性能，試驗(yàn)的原材料包括芳烴油、石油樹脂、SBS（苯乙烯系熱塑性彈性體）、無機(jī)顏料和集料。

1.1 常規(guī)工藝制備彩色瀝青混凝土

先將石油樹脂加熱至120～150 ℃，然后加入芳烴油，機(jī)械攪拌混合均勻，之后將這2種物質(zhì)的共混體系加熱至170～180 ℃，接著將SBS加入，繼續(xù)機(jī)械攪拌混合均勻并剪切混合體系，最后將顏料加入該混合體系，繼續(xù)攪拌混合均勻，由此制備得到彩色膠結(jié)料。依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（下稱《規(guī)程》），用制備好的彩色膠結(jié)料與集料、填充料拌制彩色瀝青混凝土。

1.2 直接投放式工藝制備彩色瀝青混凝土

直接投放式制備彩色瀝青混凝土工藝由3個(gè)工藝步驟組成：

1）將石油樹脂加熱至100～130 ℃，加入SBS并攪拌與剪切，待二者混合混勻后再加入顏料繼續(xù)攪拌均勻，待完成這3種物質(zhì)的混合后，將混合體放入－10～－5 ℃的環(huán)境箱中降溫，待混合體完全固化后，取出并破碎成尺寸不大于5 cm的顆粒。

2）將集料加熱，加熱溫度超出常規(guī)工藝制備彩色瀝青混凝土?xí)r集料溫度的5～10 K；加熱芳烴油，加熱溫度要比常規(guī)制備彩色瀝青混凝土工藝時(shí)彩色膠結(jié)料的溫度低10～20 K。

3）根據(jù)彩色瀝青混凝土的材料配比組成，將集料、破碎的顆粒和芳烴油依次放入拌缸，按常規(guī)拌和工藝拌制彩色瀝青混凝土。

1.3 材料組成與配合比

直接投放式工藝與常規(guī)工藝的材料組成和配比相同，膠結(jié)料中芳烴油占比為55%，SBS占比3%，石油樹脂占比42%；本文選擇AC-13型瀝青混凝土作為混凝土的類型，并根據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（下稱《規(guī)范》）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)（表1），確定膠結(jié)料的最佳用量為混凝土的5.5%，顏料用量為2.4%。

表1 彩色瀝青混凝土合成級(jí)配

1.4 性能測試

根據(jù)《規(guī)程》的相關(guān)試驗(yàn)方法，對(duì)由2種工藝制備的彩色瀝青混凝土分別進(jìn)行體積指標(biāo)測量、馬歇爾穩(wěn)定度測定、高溫車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，來評(píng)價(jià)直接投放式制備工藝對(duì)彩色瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性等性能的影響情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 體積指標(biāo)

根據(jù)《規(guī)程》，測量由2種工藝制備的彩色AC-13型瀝青混凝土體積指標(biāo)——孔隙率。檢測結(jié)果顯示，直投式工藝制備彩色混凝土的孔隙率指標(biāo)與常規(guī)工藝制備的基本相近，這說明共混顆粒對(duì)彩色混凝土的孔隙率沒有影響。

2.1.2 馬歇爾穩(wěn)定度

由2種工藝制備的混凝土試樣的馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)結(jié)果可以看出，直投式工藝制備的試樣的馬歇爾穩(wěn)定度不僅滿足規(guī)范要求，而且略微高于常規(guī)工藝制備的試樣。

2.1.3 動(dòng)穩(wěn)定度

動(dòng)穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)瀝青混凝土高溫性能的主要指標(biāo)，從2種工藝制備的瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)可知，直投式工藝制備的試樣的高溫性能要優(yōu)于常規(guī)工藝制備的試樣。

2.1.4 凍融劈裂試驗(yàn)

就低溫抗裂性能而言，直投式工藝制備的試樣的破壞應(yīng)變不如常規(guī)工藝制備的試樣，但仍能滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，數(shù)值在2 700～3 000之間。

2.1.5 殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比

一般用馬歇爾殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比來評(píng)價(jià)瀝青混凝土的水穩(wěn)定性能?！兑?guī)范》對(duì)AC-13型瀝青混凝土的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度要求是不低于85%，凍融劈裂試驗(yàn)的劈裂強(qiáng)度比不低于80%。直投式工藝制備的試樣的這2個(gè)指標(biāo)基本能夠滿足規(guī)范要求，但與常規(guī)工藝制備的試樣有一定的差距。

2.2 討論與分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用直接投放工藝制備彩色瀝青混凝土，其對(duì)應(yīng)試樣的穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)要比常規(guī)工藝制備的試樣高，但在低溫抗裂性、水穩(wěn)定性方面要差。造成這種現(xiàn)象的本質(zhì)原因可能與直投式顆粒物在瀝青混凝土中的分散情況有關(guān)。

常規(guī)工藝是先預(yù)制彩色膠結(jié)料或淺色膠結(jié)料，在拌和彩色瀝青混凝土之前，這些膠結(jié)料已經(jīng)經(jīng)歷了充分的熔脹、熔解和分散，因而在拌制彩色瀝青混凝土的過程中，膠結(jié)料的各成分能夠與集料、填充料之間形成均勻的混合。相比之下，在相同的混凝土拌和工藝條件下，直投式顆粒物在拌和過程中沒有完全熔解和分散，其未完全分解的顆粒物在瀝青混凝土中充當(dāng)了骨料的作用[7]，對(duì)彩色瀝青混凝土的高溫性能有利，但不能充分發(fā)揮膠結(jié)料的作用，致使混凝土的低溫和水穩(wěn)定性能不足。

3 結(jié)語

本文從試驗(yàn)角度探索和研究了用一種直接投放式工藝制備的彩色瀝青混凝土性能，其各項(xiàng)性能指標(biāo)基本能夠達(dá)到規(guī)范要求，但部分指標(biāo)，如水穩(wěn)定性、低溫抗裂性不如常規(guī)工藝制備的彩色瀝青混凝土。分析認(rèn)為這可能是由彩色瀝青混凝土拌和過程中直投式顆粒物熔解分散效果不佳造成的。

因此，為了提高直投式工藝制備的彩色瀝青混凝土的低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，后續(xù)有必要深化研究顆粒物與芳烴油、集料、填充料的優(yōu)化型拌和工藝[8]，并在此基礎(chǔ)上規(guī)?；⒐S化生產(chǎn)直接投放式彩色顆粒，結(jié)合實(shí)際工程情況，與芳烴油、集料、填充料直接拌和生產(chǎn)彩色瀝青混凝土。