[12-11 16:58:43] 来源：http://www.tmgc8.com 公路工程 阅读：3361次
摘 要：不同温拌剂对改性AC、SMA、OGFC等不同结构路面的性能的影响规律不同，在降温效果、路用性能等方面，结合不同类型路面结构特点、使用要求，分析了各温拌剂在不同结构路面中的使用效果。结果表明：沸石类对SMA混合料击实温度降低程度低于AC、OGFC；有机类对三种混合料高温性能作用不明显，对OGFC及AC混合料低温性能影响明显；乳化类在各结构类型混合料中温拌效果良好，对各类型混合料高温性能影响不明显，提升了各类混合料的水稳定性和低温变形能力。
0 引 言目前在建或已经建好的沥青路面中，传统的热拌沥青混合料HMA(Hot Mixture Asphalt) 依旧是主要的使用材料[1]，其生产过程是将集料与沥青分别加热至高温，并在160-180℃温度下拌合，要求出料温度在150-160℃左右，摊铺施工温度不低于135℃，低温施工不低于150℃，改性沥青及沥青混合料拌合、施工温度还要自此基础上增加10-20℃。将沥青与集料加热到如此高的温度，不仅会消耗大量的燃料，造成能源的浪费，且在拌合、运输、摊铺过程中，产生大量的CO2、粉尘及有害废气（CO、SO2及NOx）等污染物[2]。温拌沥青混合料(WMA)是一种拌和温度介于热拌沥青混合料(160-180℃)和冷拌沥青混合料(10-40℃)之间的新型环保节能材料，该种材料要求在降低拌和温度的同时，能达到或者接近热拌沥青混合料的使用性能。目前，WMA的拌和温度一般保持在110-120℃，摊铺和压实温度为80-110℃，相对于HMA，其拌和、成型温度均能降低30℃左右[3]。温拌沥青混合料能明显降低施工能耗、减少污染物排放、延长施工季节、保护施工人员身体健康。随着温拌沥青混合料的迅速发展，依据不同的温拌类型，现阶段已形成了以发泡降粘、有机降粘、乳化降粘三大类主流温拌体系齐头并进的格局[5-6]；另一方面，不同结构类型的沥青混合料有着各自的性能特点，级配类型的不同会从整体上影响沥青混合料的工作状态，现阶段工程应用最有代表性的三种结构类型混合料分别为AC（悬浮密实型），SMA（骨架密实型）及OGFC（骨架空隙型）[4]。因此，本文选取三种具有代表性的温拌剂，并分别对AC-13C、SMA-13、OGFC-13混合料的击实效果、路用性能进行测试分析。
1 原材料1.1 温拌剂的选择本文选取的温拌剂包括发泡中国沥青网降粘、有机降粘、乳化降粘三种，分别称作温拌剂A，温拌剂B和温拌剂C。温拌剂A是一种人工合成沸石（硅铝酸钠）粉末。该种沸石细度极高，并且含有18%-21%的水分。其内部水分分为自由水和结晶水，并能在不同温度区间（85℃-182℃ ）释放出水分，在沥青胶结料内部形成微小的喷水现象，水分与热沥青接触产生发泡效应，在较低的温度下增大沥青与集料的覆盖性，而达到温拌效果。温拌剂B是一类合成饱和碳氢脂肪族化合物，微观呈小球状颗粒，可以在100-120℃时溶解，形成大量液体，并能很好的溶于沥青中，与沥青混合后使结合料粘度明显降低，达到温拌效果。当温度低于其熔点时，该化合物会在沥青中结晶析出，并形成网状格栅结构，一定程度上提高低温下沥青的粘度，其基本物理指标见下表：表1 温拌剂B物理指标温拌剂B凝固点/℃闪点/℃135℃粘度/cp25℃ 密度/g·cm-325℃ 针入度/0.1mm
指标100290120.94<1
温拌剂C是一种基于乳化平台的温拌剂产品，外观为一种黄褐色液体，其主要成分是水和表面活性剂，表面活性剂含量在10%-20%之间。1.2 矿料、沥青的选择本实验粗集料采用南京金石磊交通工程材料有限公司生产的玄武岩粗集料，共有10～15mm、5～10mm两档规格料，细集料为0～3mm石灰岩机制砂，产地为黄陂区公路管理局采石厂，填料采用大冶金耀珠宝矿业有限责任公司石灰岩磨细矿粉。建好或者在建的工程项目中，AC-13C较多采用SBS改性沥青；SMA-13一般采用SBS改性沥青，少量工程项目采用高粘沥青；OGFC-13则一般采用高粘度改性沥青；因此，本文为使得研究具有代表性，使用SBS改性沥青成型AC-13C及SMA-13沥青混合料，使用高粘度改性沥青成型OGFC-13沥青混合料。1.3 配合比确定按照各温拌剂产品厂家推荐，本文在AC-13C、SMA-13、OGFC-13中分别掺入温拌剂A、B、C，掺量为：温拌剂A掺入混合料质量的3‰，温拌剂B掺入沥青质量的3%，温拌剂C掺量与沥青质量比=5:95。本文参照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》分别对AC-13C，SMA-13，OGFC-13进行配合比设计，设计过程不再敖述，各类型沥青混合料矿料合成级配及沥青、纤维用量如表2所示。表2 矿料合成级配表类型筛孔通过率/%油石比/%纤维‰www.tmgc8.com
1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075
AC-13C97.872.038.325.618.613.39.78.16.997.85.0—
SMA-13100.095.962.127.722.518.415.113.712.210.26.13
OGFC-1310093.665.121.014.610.58.26.55.35.04.83
2 温拌剂对不同类型混合料击实性能及路用性能影响本文通过测试不同击实温度下各类型沥青混合料的体积指标，来表征温拌剂的温拌效果，确定合适的击实成型温度；在合适的击实温度下将各类型温拌沥青混合料成型试样，进行车辙实验以表征高温性能；测试浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂比表征混合料低温性能；测试低温小梁弯曲变形表征混合料低温性能，实验方法参照JTJ052-2000《公路工程沥青混合料试验规程》。2.1 击实性能沥青混合料的拌合、压实温度一般参照沥青的粘度确定，规范规定，在沥青粘度为0.17±0.02Pa·s时，混合料有较好的拌合性能；沥青粘度在0.28±0.03Pa·s时，混合料具有较好的压实特性[7]。但改性沥青粘度较大，达到以上粘度范围，其压实温度需在190℃以上，这对生产、施工及混合料性能而言，都是不合适的。因此本文通过改变击实温度，并测定混合料试件空隙率指标，来确定加入不同温拌剂后，各类型沥青混合料的合适击实成型温度。不同击实温度下，不同温拌剂对各类型沥青混合料击实效果如表3~表5所示。表3 不同温拌剂对AC-13C体积指标影响AC-13C击实温度/℃160150140130
空白组空隙率4.4———
温拌剂A4.24.34.65.3
温拌剂B3.94.24.45
温拌剂C44.14.34.9
表4 不同温拌剂对SMA-13体积指标影响SMA-13击实温度/℃170160150140
空白组空隙率3.6———
温拌剂A3.53.63.94.6
温拌剂B3.43.53.74.1
温拌剂C3.43.43.54
表5 不同温拌剂对OGFC-13体积指标影响OGFC-13击实温度/℃170160150140
空白组空隙率20.1———
温拌剂A19.619.820.123.5
温拌剂B19.119.620.223.8
温拌剂C19.319.419.921.8
以上数据表明，在达到相同的空隙率指标时，温拌剂A、B、C均能降低各类型沥青混合料的击实成型温度。无论对哪种结构类型的沥青混合料，温拌剂C均有着最好的温拌效果，且随着击实温度的降低，其温拌效果体现的越明显；温拌剂B在150℃能保证各沥青混合料的击实密实度，且其温拌效果不随着混合料类型的改变而发生明显变化；温拌剂A对SMA-13温拌效果最差，对OGFC-13温拌效果最明显。各类型路面使用不同温拌剂的最佳击实成型温度如表6所示。表6 最佳击实温度混合料种类空白组温拌剂A温拌剂B温拌剂C
AC-13C击实温度/℃160145±5140±5135±5
SMA-13击实温度/℃170160±5150±5145±5
OGFC-13击实温度/℃170150±5150±5145±5
2.2 高温性能在各类温拌沥青混合料最佳成型温度下成型相关试件，通过车辙动稳定度指标来评价不同温拌剂对各类型沥青混合料高温性能的影响情况，具体数据见图1所示。
图1 温拌剂对车辙的影响从图1中可以看出，三种温拌剂对OGFC-13的车辙动稳定度均没有太大影响，温拌剂B对AC与SMA型混合料车辙有一定程度的提升，对AC-13C动稳定度提效果最为明显，但提升幅度也仅为16%。这是因为改性沥青粘度较大，改性沥青混合料本身已经具有很好的高温稳定性，SMA与OGFC的骨架钳挤结构能很好的抵抗高温车辙病害，因此相对于改性AC-13C，温拌剂对SMA-13与OGFC-13高温性能的影响更小。2.3 水损害性能对于AC-13C及SMA-13而言，其设计空隙率均低于6%，水分难以进入；而OGFC-13空隙率一般在20%左右，较多的连通空隙率能及时排除集料内部水分，不至于发生持续破坏，因此这三类路面结构均有较好的抗水损害性能。添加了不同种类温拌剂后，各类路面的抗水损害性能指标如表7、表8所示。表7 浸水马歇尔实验混合料类型温拌剂稳定度/KN浸水48h后稳定度/KN残留稳定度%
AC-13C空白组12.4611.4892.1
A12.2811.2591.6
B12.3711.5193.0
C12.1711.5594.9
SMA-13空白组9.669.1594.7
A9.589.0894.8
B9.499.195.9
C9.318.9696.2
OGFC-13空白组8.237.8695.5
A8.427.9294.1
B8.558.1395.1
C8.177.8696.2
由浸水马歇尔实验结果可以看出，不论添加何种温拌剂，三种结构类型沥青混合料马歇尔残留稳定度均能大于90%；其中，温拌剂C对残留稳定度能提升2%，温拌剂A、B的影响程度则在1%左右，可以认为，浸水马歇尔指标已经无法区分各温拌剂对各类型沥青混合料水稳定性能的影响。因此对实验条件更为恶劣的冻融劈裂指标进行分析。www.tmgc8.com
表8 冻融劈裂实验混合料类型温拌剂平均劈裂强度/MPa冻融后平均劈裂强度/MPa冻融劈裂强度比%
AC-13C空白组0.950.8488.4
A1.040.8480.8
B1.140.9886.0
C0.920.8996.7
SMA-13空白组0.860.7890.7
A0.870.7485.1
B0.920.8188.0
C0.850.8296.5
OGFC-13空白组0.730.6690.4
A0.760.6382.9
B0.810.7390.1
C0.730.6893.2
图2 冻融劈裂性能对比表8和图2表明：温拌剂A对三种类型混合料水稳定性能均有一定程度的损害，其中对AC-13和OGFC-13的影响程度十分明显，其冻融劈裂比降低到了80.8%和82.9%。虽然能满足规范要求，但是仍然存在比较大的水损害隐患；温拌剂B则对各类混合料水稳定性能影响均不大；温拌剂C对各类型混合料水稳定性能均有一定程度的提升，其中对AC-13、SMA-13的提升效果最为显著，分别达到了96.7%和96.5%。从水损害性能来看，温拌剂A不适宜用于AC和OGFC型沥青混合料，温拌剂B则对水稳定性能无太大影响，温拌剂C则能提升各结构类型沥青混合料水稳定性能。2.4 低温性能沥青混合料-10℃低温弯曲试验是表征其低温抗裂指标的重要试验，弯拉应变/με越大，弯曲劲度模量/MPa越小，则沥青混合料的低温抗裂性能越好。由于不同结构类型胶浆种类、用量不同，集料接触形式，对混合料强度贡献程度均不相同，因此低温下变形能力也有一定差异。各温拌剂对不同结构类型沥青混合料低温抗裂性能测试数据见表9所示。表9数据表明，温拌剂A对三种结构类型的沥青混合料的劲度模量均没有明显的影响，温拌剂B则明显提高沥青混合料的劲度模量，对AC、SMA、OGFC型混合料劲度模量提升幅度分别为44%、24%和40%，表明温拌剂B降低了沥青混合料的柔性，对AC、OGFC类型沥青混合料影响更为明显；温拌剂C则一定程度的降低了各沥青混合料的模量。
