AC-13溫拌瀝青混合料的路用性能研究

楊維寧，陳 勇

（西安市政設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

0 前言

溫拌瀝青混合料不同于熱拌瀝青混合料的技術(shù)原理決定了其設(shè)計方法應(yīng)該有其自身特點，材料技術(shù)要求、試驗配合比設(shè)計等指標的計算方法、路用性能檢驗指標及方法等，應(yīng)該根據(jù)溫拌瀝青混合料自身的特點以及環(huán)境氣候條件而確定。

WMA于1995年起源于歐洲，并在1996年進行了現(xiàn)場試驗[1]。美國NCHRP項目09-43已對此展開專門研究，其目標是針對溫拌瀝青混合料，開發(fā)一種體積設(shè)計方法，確定一整套合適的路用性能測試方法和標準來評估溫拌瀝青混合料。我國溫拌瀝青混合料技術(shù)研究起步于2004年，現(xiàn)階段，在對溫拌技術(shù)的研究方面取得了一些顯著的成果[2-5]。

截至2009年，溫拌瀝青混合料技術(shù)已經(jīng)在十多個省市成功應(yīng)用于高速公路、城市快速路、隧道道面和低溫季節(jié)路面的施工等，路用性能良好，節(jié)能減排效果顯著，對道路建設(shè)和養(yǎng)護領(lǐng)域的節(jié)能減排工作起到了良好的示范作用[6]。

本文在借鑒上述研究的基礎(chǔ)上，選取AC-13摻加Sasobit作為溫拌瀝青混合料，測試了粗、細集料的技術(shù)指標，在確定AC-13級配的基礎(chǔ)上，采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗評價了溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性，采用小梁疲勞試驗評價了溫拌瀝青混合料的疲勞性能。

1 試驗原材料

本文采用的粗、細集料均為石灰?guī)r，礦粉也為石灰?guī)r礦粉。根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42-2005）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實施手冊》（JTG F40-2004）對集料進行性能評價，且其常規(guī)性能指標的試驗結(jié)果見表1、表2，瀝青結(jié)合料為SK 70#基質(zhì)瀝青，摻加的降粘劑為Sasobit。

表1 粗集料技術(shù)指標

表2 細集料技術(shù)性能指標

由表1、表2可知，所列材料的技術(shù)指標都滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實施手冊》（JTG F40-2004）的要求，可以用于瀝青混凝土面層。

2 AC-13溫拌瀝青混合料的級配

目前用于HMA的設(shè)計方法主要有馬歇爾設(shè)計法、Superpave設(shè)計法和GTM設(shè)計法等。而WMA的設(shè)計基本是沿用HMA的設(shè)計思路[7-8]，包括馬歇爾設(shè)計法和Superpave設(shè)計法。本文采用最為廣泛的馬歇爾試驗方法進行瀝青混合料配合比設(shè)計，選取AC-13混合料來進行研究。

參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實施手冊》（JTG F40-2004）中熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計流程和相關(guān)研究成果，得到AC-13合成級配曲線（見圖 1）。

圖1 AC-13集料合成級配曲線

3 AC-13溫拌瀝青混合料的路用性能

3.1 水穩(wěn)定性

為了研究AC-13溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，本文針對不同摻量Sasobit制備的溫拌瀝青混合料，利用常規(guī)的浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見表3。

表3 AC-13溫拌混合料水穩(wěn)定性試驗

由表3可知，隨著降粘劑Sasobit摻量的增加，浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗的殘留強度比以3%摻量為分界點，當摻量為3%時，殘留穩(wěn)定度達到91.2%，殘留強度比為87.5%，當摻量大于3%后，殘留穩(wěn)定度和殘留強度比隨著摻量的增加而降低，均滿足規(guī)范要求。因此，Sasobit摻量不宜超過基質(zhì)瀝青質(zhì)量的3%。

3.2 疲勞性能

試驗中采用5 cm×5 cm×25 cm的棱柱體梁式試件，利用MTS對試件以三分點加載方式施加半正弦波荷載，加載頻率為10 Hz，應(yīng)力比為0.4，試驗溫度為15℃。按應(yīng)力控制方式回歸疲勞方程，得到回歸參數(shù)k和n。

式（1）中：Nf——達到破壞時的重復(fù)荷載作用次數(shù)，次；

σ0——初始的彎拉應(yīng)力（應(yīng)力水平），MPa；

k、n——回歸系數(shù)。

當對應(yīng)力水平σ和疲勞壽命Nf取雙對數(shù)進行線性擬合時，直線的截距和斜率即為疲勞方程的參數(shù)k和n。k值表征疲勞曲線的線位高低，其值越大，疲勞曲線的線位越高，材料的抗疲勞性能越好；n值越大，疲勞曲線越陡，表明疲勞壽命對應(yīng)力水平變化越敏感。試驗結(jié)果見表4。

表4 AC-13溫拌瀝青混合料疲勞試驗

由表4可知，在相同的應(yīng)力比條件下，溫拌瀝青混合料的抗疲勞性能優(yōu)于普通的熱拌瀝青混合料。隨著摻量的增加，疲勞次數(shù)增大，在Sasobit摻量為3%時達到最大，Sasobit摻量高于3%后，疲勞次數(shù)減小。因此，對于所選摻量而言，3%的摻量為最佳，且摻量為3%時，溫拌瀝青混合料的疲勞次數(shù)與基質(zhì)瀝青相比，增加了16.4%，疲勞性能增強效果顯著。

3.3 低溫性能

通過溫拌瀝青混合料的低溫彎曲試驗來評價降粘劑對混合料低溫性能的影響。按照《混合料試驗規(guī)程》（T0715-1993）規(guī)定，采用MTS材料試驗機進行試驗，試驗溫度-10±0.5℃，加載速率50mm/min，試驗結(jié)果見表5。

表5 AC-13溫拌混合料的低溫彎曲試驗

上述實驗結(jié)果可知，Sasobit溫拌瀝青混合料的-10℃抗彎拉強度相比普通熱拌瀝青混合料稍有增大，其值與添加劑摻量的關(guān)系不大。-10℃彎拉破壞應(yīng)變相比普通熱拌瀝青混合料有所減小，并且與添加劑摻量關(guān)系較大，Sasobit摻量為2%和3%時，Sasobit溫拌瀝青混合料的-10℃彎拉破壞應(yīng)變與普通熱拌瀝青混合料的相比變化不大，均能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實施手冊》（JTGF40-2004）中對熱拌瀝青混合料在年極端最低氣溫的要求。隨著Sasobit摻量的增加，混合料的彎拉破壞應(yīng)變會逐漸減小?？梢?，Sasobit摻量過多會對混合料的低溫抗裂性能不利，其摻量不宜超過基質(zhì)瀝青質(zhì)量的3%。

4 結(jié)語

本文以溫拌瀝青混合料作為研究對象，測定了所選用的粗、細集料的技術(shù)指標，在確定AC-13瀝青混合料級配的基礎(chǔ)上，以SK70#基質(zhì)瀝青摻加一定Sasobit降粘劑制備了溫拌瀝青混合料。為了評價溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性和疲勞性能，進行了浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和小梁疲勞試驗，比較分析了不同摻量下溫拌瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、殘留強度比和疲勞次數(shù)。試驗結(jié)果表明，摻加一定比例的Sasobit降粘劑制備的溫拌瀝青混合料，可提高其路用性能。

[1]Koenclers BG,Stoker DA,Bowen C,et al.Innovatite processes in asphalt production and application to obtain lower operating temperature[C].2nd Euroasphalt&Eurobitume Congress,Barcelona,2000.

[2]楊小娟，李淑明，史保華.溫拌瀝青混合料的技術(shù)與應(yīng)用分析[J].石油瀝青，2007，21（4）：8-61.

[3]仰建崗.溫拌瀝青混合料應(yīng)用現(xiàn)狀與性能[J].公路交通科技，2006，（8）：5-28.

[4]郭紅兵，陳拴發(fā).Asphx-min溫拌瀝青混合料技術(shù)現(xiàn)狀與路用性能[J].中外公路，2008，28（2）：152-155.

[5]秦永春，黃頌昌，徐劍，等.溫拌瀝青混合料節(jié)能減排效果的測試與分析[J].公路交通科技，2009，26（8）：33-37.

[6]第三批節(jié)能減排示范項目推廣材料之十七——溫拌瀝青混合料技術(shù)在道路建設(shè)中的應(yīng)用[R].北京：交通運輸部公路科學(xué)研究院，2010.

[7]李大鵬.超薄瀝青混凝土面層性能研究[D].南京：東南大學(xué)，2007.

[8]Stacey.D Diefenderfer,Kevin K.Mcghee,Bridgest M.Donaldson.Installation of Warm Mix Asphalt Projects in Virginia[R].Virginia Transportation Research Council research report Final Report VTRC07-25.