不同溫拌劑對GAC-16型改性瀝青混合料性能的影響研究

嚴 超 張國民

(公路交通安全與應急保障技術及裝備交通運輸行業研發中心1) 廣州 510042)(廣東華路交通科技有限公司2) 廣州 510042)

0 引 言

改性瀝青混合料攤鋪溫度一般在160～175 ℃，在秋冬季施工溫度較低時，視需要混合料出場溫度要保證在175～185 ℃之間才利于施工攤鋪碾壓.但較高的拌和溫度會顯著加速瀝青的老化，導致混合料的性能降低，且過高的溫度將會帶來更多能源消耗及各種廢氣污染，排放的碳指標更大[1-2].為了解決此狀況，溫拌瀝青混合料應運而生且已發展到一定規模.目前，國內外應用比較成熟的溫拌技術主要有瀝青發泡降黏技術、有機降黏技術和表面活性劑改性技術等[3-5].其中瀝青發泡降黏的代表作品有深圳某公司生產的EC130；有機降黏技術的代表作品有深圳某公司生產的EC120和南非某公司生產的Sasobit，兩種溫拌材料均基于有機蠟降黏技術.

為了更好的發展溫拌瀝青混合料，積極響應國家要求的碳達峰、碳中和要求，文中從路用性能角度出發，對比分析了基于不同溫拌技術研發的溫拌材料之間的溫拌實際效果.

1 原材料及配合比設計

1.1 瀝青

采用東莞某公司生產的PG76-10改性瀝青，檢測指標見表1.

表1 改性瀝青檢測指標

1.2 溫拌劑

1)有機蠟EC120 EC120為一種有機蠟材料，熔點在90～100 ℃，與熱瀝青拌和后能起到潤滑降黏的作用，摻量一般為瀝青質量的3.5%，可降低混合料成型溫度20～25 ℃.

2)沸石EC130 EC130為一種內部含水的白色粉末狀物質，該溫拌劑與瀝青拌和時，內部的水分蒸發出來對瀝青進行發泡，從而降低瀝青的黏度，技術原理為溫拌泡沫瀝青法，摻量一般為瀝青混合料質量的0.3%，可降低混合料成型溫度20～25 ℃.

3)Sasobit Sasobit為一種有機添加劑，屬于一種聚烯烴類改性劑，熔點在100 ℃左右，與熱瀝青融化后起到潤滑作用，從而有效降低瀝青的黏度[6].改性原理與海川公司的EC120類似，摻量一般為瀝青質量的3%，可降低混合料成型溫度25 ℃左右.

1.3 礦料及配合比設計

粗集料來自廣東河源某石場，集料粒徑為10～20，5～10和3～5 mm；細集料為石灰巖機制砂.礦粉由蕉嶺縣興達精細碳酸鈣粉廠生產；水泥為某公司生產的P·O32.5普通硅酸鹽水泥.礦料級配曲線見圖1.

圖1 GAC-16C瀝青混合料礦料合成級配曲線圖

1.4 最佳油石比下馬歇爾試驗

最佳油石比下，按最佳擊實溫度成型試件，馬歇爾體積指標見表2.

表2 馬歇爾試驗結果

由表2可知，三種不同溫拌改性瀝青混合料的馬歇爾體積指標均滿足規范要求.相較SBS改性瀝青混合料，空隙率較接近，穩定度呈現一定程度降低.

2 溫拌劑對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響研究

2.1 水穩定性試驗研究

現行規范常采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價瀝青混合料的水穩定性能[7].但大量研究表明：浸水馬歇爾試驗與路面的實際狀況相差較遠，其評價指標也未能反映出瀝青混合料水穩定性的真實情況[8].凍融劈裂試驗模擬的試驗條件并不完全適用于廣東高溫多雨的典型氣候特征，在評價瀝青混合料水穩定性能上均存在一定的局限性.文中在室內試驗和工程驗證的基礎上引入了肯塔堡浸水飛散試驗，從多角度評價不同溫拌劑對SBS瀝青混合料水穩定性的影響規律.

其中SBS改性瀝青混合料成型溫度按165～170 ℃控制，溫拌改性瀝青混合料成型溫度為145～150 ℃.

2.1.1浸水馬歇爾穩定度試驗

浸水馬歇爾穩定度試驗評價指標為浸水殘留穩定度，計算方法為瀝青混合料試件浸水48 h的穩定度與浸水30～40 min的穩定度的比值.具體結果見表3.

表3 浸水馬歇爾穩定度試驗結果

由表3可知：三種溫拌改性瀝青混合料的殘留穩定度均滿足規范要求.添加溫拌劑后，殘留穩定度均出現些許下降，相較而言，EC130溫拌改性瀝青混合料的殘留穩定度>EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料.

2.1.2凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗評價指標為殘留穩定度，即凍融循環前后劈裂抗拉強度比.具體試驗結果見表4.

由表4可知：三種溫拌改性瀝青混合料的殘留強度比均滿足規范要求，相比SBS改性瀝青混合料，溫拌改性瀝青混合料的劈裂抗拉強度均呈不同程度降低，EC120溫拌改性瀝青混合料最低，其次是Sasobit溫拌，EC130溫拌降低程度最小.從殘留強度比上看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

表4 凍融劈裂試驗結果

2.1.3肯塔堡浸水飛散試驗

多年的室內試驗研究及工作驗證發現，肯塔堡浸水飛散試驗能夠很好的與路面水損壞機理及形式相一致，該方法在評價瀝青用量或黏結能力不足造成的路面集料脫落和散失程度方面有較明顯的優勢，根據經驗將瀝青混合料抗水損害能力劃分為五個等級，見表5.

表5 瀝青混合料抗水損壞能力評定標準

對三種溫拌改性瀝青混合料進行了肯塔堡浸水飛散試驗，結果見表6.

表6 肯塔堡浸水飛散試驗結果

由表6可知，三種溫拌改性瀝青混合料的浸水飛散損失均較小，抗水損害等級均為優，相較SBS改性瀝青混合料，溫拌混合料浸水飛散損失均增大，其中EC130溫拌改性瀝青混合料>EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料，整體相差不大.

2.2 高溫穩定性試驗

車轍試驗是目前使用最為廣泛的評價瀝青混合料抗車轍能力的試驗方法，其評價指標是動穩定度.然而，大量研究顯示，動穩定度指標雖然與瀝青混合料的永久變形存在一定的相關性，但并不能完全反映瀝青混凝土路面實際發生的永久變形.文中在車轍試驗的基礎上，結合GTM試驗及單軸貫入試驗，多方面評價溫拌改性瀝青混合料的高溫特性.因廣東屬亞熱帶氣候地區，夏季路表溫度最高可達70 ℃以上，60 ℃下標準車轍試驗并不能完全反映路面高溫特性，在此基礎上，故增加70 ℃車轍試驗.其中改性瀝青混合料成型溫度為165～170 ℃，溫拌改性瀝青混合料成型溫度為145～150 ℃.

2.2.1車轍試驗

不同試驗條件下溫拌改性瀝青混合料車轍動穩定度試驗結果見表7.

表7 車轍試驗結果

由60℃標準車轍試驗結果可得，EC120、EC130、Sasobit三種溫拌改性瀝青混合料車轍動穩定度分別為14 140，10 870和12 360 次/mm，相較SBS改性瀝青混合料，變化幅度分別為+6.4%、-18.1%、-6.9%.

由70 ℃車轍試驗結果可得，EC120、EC130、Sasobit三種溫拌改性瀝青混合料車轍動穩定度分別為6 700，6 325和6 313 次/mm，相較SBS改性瀝青混合料，降低幅度分別為2.7%、8.1%、8.3%.

從高溫抗車轍性能上看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

2.2.2GTM試驗

GTM試驗采用旋轉剪切壓實法成型試件，并在成型過程中測出混合料的力學指標GSI和GSF，用以評價混合料的高溫穩定性.其中GSI表征試件受剪應力作用的變形穩定程度的參數，GSF表征瀝青混合料被壓實到平衡狀態時的抗剪切強度是否達到瀝青路面所需的剪應力[9-11].溫拌改性瀝青混合料的GTM試驗結果見表8.

表8 GTM試驗結果

由表8可知:SBS改性瀝青混合料添加EC120、EC130和Sasobit等溫拌劑后，旋轉穩定系數GSI值增大，抗剪安全系數GSF值降低，三種溫拌改性瀝青混合料抗剪強度系數較接近，均滿足技術要求.

2.2.3單軸貫入試驗

GTM試驗與單軸貫入試驗均可以表征瀝青混合料的抗剪性能，但GTM得到的抗剪強度因子GSF是一個相對值，并未直接得到混合料實際抗剪強度值[12-13].基于此，現采用HYD-25型COOPER機對溫拌SBS改性瀝青混合料的抗剪強度進行試驗，試件采用GTM試驗機成型試件，試件尺寸Φ100×100 mm，剪應力系數：τ=0.34.結果見表9.

由表9可知，SBS改性瀝青混合料抗剪強度約1.65 MPa，添加EC120、EC130、Sasobit的混合料抗剪強度分別為1.45，1.31和1.38 MPa，分別降低了12.1%、20.6%、16.4%.從單軸貫入試驗結果看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

2.3 低溫抗裂性試驗

采用小梁彎曲試驗對混合料的低溫抗裂性能進行了試驗分析，試驗結果見表10.

表10 低溫彎曲試驗結果

由表10可知，添加溫拌劑后，混合料的最大彎拉應變均變小，其中EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料最大彎拉應變分別降低了11.3%、18.9%、14.2%.從低溫抗裂性能上看，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料.

3 結 論

1)EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料均具有良好的抗水損害性能，相較SBS改性瀝青混合料，水穩定性均有些許降低，三者性能相當.

2)EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料均具有良好的高溫穩定性能，車轍試驗結果顯示，EC120溫拌改性瀝青混合料>Sasobit溫拌改性瀝青混合料>EC130溫拌改性瀝青混合料；GTM試驗和單軸貫入試驗結果顯示，EC120溫拌與Sasobit溫拌改性瀝青混合料抗剪切破壞效果相當，優于EC130溫拌改性瀝青混合料.

3)相較SBS改性瀝青混合料，EC120、EC130、Sasobit溫拌改性瀝青混合料低溫抗裂性能均有所下降，低溫彎拉應變下降幅度分別為11.3%、18.9%、14.2%，EC120溫拌改性瀝青混合料低溫性能最佳.

4)基于有機降黏技術的EC120、Sasobit溫拌改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能均優于基于發泡降黏技術的EC130溫拌改性瀝青混合料，三種溫拌瀝青混合料水穩定性能相當.