殼牌成品溫拌瀝青混合料性能評價

蔣子龍，劉黎萍，李 迪，徐周聰

（同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，上海 201804）

在道路溫拌改性瀝青混合料的施工過程中，常需要增加添加溫拌劑的環(huán)節(jié)，有時還需要對現(xiàn)有設(shè)備進行改造［1－4］.這增加了施工的復(fù)雜度，并帶來了一定程度的安全隱患.另一方面，雖然拌合溫度降低了，但是基礎(chǔ)瀝青仍需加熱到高溫，使得節(jié)能減排效果大打折扣.

市面上的溫拌產(chǎn)品多為溫拌添加劑.與其他公司的溫拌產(chǎn)品不同，殼牌公司并不是提供溫拌添加劑，而是提供加入了溫拌劑的成品瀝青.因此，在混合料的生產(chǎn)過程中，就可去掉添加溫拌劑的工序，使得其溫拌瀝青混合料的試驗和施工工序與普通熱拌瀝青混合料完全一樣；而且成品瀝青只需要加熱到較低的溫度即可進行拌合.作者依托崇明生態(tài)道路項目，擬對殼牌成品溫拌改性瀝青混合料進行研究，并通過與熱拌瀝青混合料進行對比，評價殼牌成品溫拌改性瀝青混合料的路用性能.

1 殼牌成品溫拌改性瀝青的性能

因為已經(jīng)是成品溫拌瀝青，所以直接對殼牌成品溫拌改性瀝青（簡稱為殼改瀝青）進行相關(guān)指標的測試，整個過程與熱拌瀝青混合料的試驗過程完全一樣［5］.

1.1 三大指標試驗

瀝青的三大指標，即針入度、軟化點和延度，是評價瀝青性能最基礎(chǔ)也是最重要的指標.根據(jù)規(guī)范的要求，殼改瀝青三大指標的測定結(jié)果為針入度（25 ℃，100g，5s）60.5（0.1mm）、軟化點TR＆B77.0℃和延度（5℃，5cm／m）30.5cm.

由試驗數(shù)據(jù)可以看出，殼改瀝青與SBS I－C類改性瀝青的三大指標沒有明顯差別.

1.2 粘度試驗

粘度是評價瀝青性能的重要指標之一，對其路用性能影響很大.采用布氏粘度指標來評價殼改瀝青的粘度.殼改瀝青的粘度－溫度曲線如圖1所示.135℃溫度時，SBSI－C類改性瀝青的粘度為2.32Pa·s.

圖1 殼改瀝青的粘度—溫度曲線Fig.1 Viscosity and temperature curve of Shell－finished warm asphalt

從圖1中可以看到，殼改瀝青的粘度較SBSIC改性瀝青的要低，這也就是殼改瀝青能降低混合料拌合溫度的原因所在.

2 殼牌成品溫拌改性瀝青混合料的性能

為了全面評價殼牌成品溫拌改性瀝青混合料（簡稱為殼改瀝青混合料）的性能，采用馬歇爾試驗設(shè)計法，測定混合料的體積參數(shù)和路用性能.同時使用殼牌SBS瀝青成型熱拌瀝青混合料試件，與殼改瀝青混合料的各項性能進行對比.

2.1 溫度控制

依據(jù)以往的研究［6－8］和經(jīng)驗，經(jīng)過不斷調(diào)整確定了溫度控制方案，見表1.

表1 各環(huán)節(jié)溫度控制Table 1 Temperature control ℃

2.2 級配設(shè)計

試驗中，礦料為玄武巖，采用AC－13級配，通過試配法確定混合料級配，見表2.試驗油石比后確定兩種混合料的最佳油石比并進行驗證，其結(jié)果見表3.

表2 瀝青混合料（AC－13）級配設(shè)計Table 2 AC－13gradation design of asphalt mixtures

2.3 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性為瀝青混合料在高溫和外力作用下抵抗流動變形的能力，采用車轍試驗中的動穩(wěn)定度來評價兩種混合料的高溫穩(wěn)定性.按照規(guī)范要求，試驗溫度60℃（5h保溫時間＋1h車輪荷載作用時間），車輪速度為42次／min，車輪荷載0.7MPa.測定的動穩(wěn)定度數(shù)據(jù)見表4.

從表4中可以看出，殼改瀝青混合料的動穩(wěn)定度好于熱拌改性瀝青混合料的，兩者都遠遠超過了規(guī)范要求.

表3 最佳油石比及體積參數(shù)Table 3 Optimum asphalt content and the volume parameters of the asphalt mixture

表4 動穩(wěn)定度測試結(jié)果Table 4 Test results of dynamic stability

2.4 水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性表征混合料抵抗水損害的能力，試驗指標需要在一定程度上反映瀝青路面在行車荷載和水的聯(lián)合作用下不致產(chǎn)生松散等水損害現(xiàn)象的能力.依據(jù)規(guī)范要求，選取凍融劈裂抗拉強度比作為評判標準，試驗結(jié)果見表5.

表5 凍融劈裂強度測試結(jié)果Table 5 Test result of TSR

從表5中可以看到，殼改瀝青混合料的水穩(wěn)定性比熱拌改性瀝青混合料的要差，剛滿足規(guī)范要求.針對殼改瀝青混合料的凍融劈裂強度較低的情況，分別用水泥和消石灰替代1%的礦粉，用成型試件測試這兩種情況下殼改瀝青混合料的凍融劈裂比，試驗結(jié)果見表6.

表6 改進方案的凍融劈裂強度Table 6 TSRresult of improved scheme

從表6中可以看出，水泥和消石灰的加入均可以增加凍融劈裂比，提高混合料的水穩(wěn)定性，其中消石灰的提高作用非常明顯，把凍融劈裂比提高了10%以上.這表明，對于殼改瀝青混合料，可以使用適量的水泥或消石灰替代一部分礦粉來提高混合料的水穩(wěn)定性，有條件的情況下，優(yōu)先考慮使用消石灰.

2.5 低溫抗裂性

低溫抗裂性是瀝青混合料的重要性能之一，選用低溫小梁彎曲試驗來評價混合料的低溫抗裂性能.試驗在（－10±0.5）℃的溫度條件下進行加載速率為50mm／min，試驗結(jié)果見表7.

表7 低溫彎曲試驗結(jié)果Table 7 Test result of low temperature bending

從表7中可以看到，殼改瀝青混合料的低溫抗裂性能好于熱拌改性瀝青混合料的，兩者都遠遠超過了規(guī)范要求.

2.6 抗疲勞性能

選取應(yīng)力控制模式進行混合料的疲勞性能試驗，采用MTS試驗設(shè)備，三分點加載，試件尺寸為50mm×50mm×250mm.測試試件在不同應(yīng)力比下的疲勞壽命.試驗過程中，發(fā)現(xiàn)殼改瀝青混合料和熱拌改性瀝青混合料的疲勞曲線有很大差別，因此又增加了一組溫拌瀝青混合料試驗組，該組混合料使用某外摻溫拌劑和殼牌SBS改性瀝青，其試驗結(jié)果如圖2所示.

圖2 疲勞壽命曲線Fig.2 Fatigue lifetime and the stress ratio of different mixtures

從圖2中可以看出，隨著應(yīng)力級位的增加，熱拌瀝青混合料的疲勞壽命迅速下降；而溫拌瀝青混合料疲勞壽命的下降幅度要小很多.

對于兩種溫拌瀝青混合料，疲勞曲線走勢相近.但是殼改瀝青混合料在各應(yīng)力比下，疲勞性能都略優(yōu)于外摻式溫拌瀝青混合料，這是因為殼牌成品瀝青的在混合料拌合前只需加熱到160～165℃，外摻式溫拌瀝青混合料需要加入SBS瀝青，而SBS瀝青需要加到180℃，從而增加了瀝青老化程度.

3 結(jié)論

1）殼牌成品溫拌改性瀝青的三大指標（針入度、軟化點和延度）與普通改性瀝青沒有明顯差別，其高溫粘度比普通改性瀝青的低.

2）使用殼牌成品溫拌改性瀝青，使混合料可以在低于熱拌30℃的溫度條件下進行拌合，并且所有性能均滿足熱拌瀝青混合料的規(guī)范要求.

4）使用殼牌成品改性瀝青，減少了添加溫拌劑的環(huán)節(jié)，其溫拌混合料的試驗和施工工序與熱拌瀝青混合料完全一樣，施工更加安全、方便.

5）試驗（施工）過程中，殼牌成品瀝青工作溫度可以一直控制在165℃以下，這進一步地減少了碳排放和環(huán)境污染，也使了混合料的老化程度進一步降低.

（References）：

［1］陳國強，劉黎萍.Sasobit改性瀝青混合料的性能評價［J］.公路工程，2009，34（6）：64—67.（CHEN Guoqiang，LIU Li－ping.Performance evaluation of asphalt mixture with sasobit［J］.Highway Engineering，2009，34（6）：64—67.（in Chinese））

［2］張鎮(zhèn)，劉黎萍.基于表面活性溫拌技術(shù)在河南駐泌高速中的首次應(yīng)用［J］.公路工程，2009，34（3）：11—14，32.（ZHANG Zhen，LIU Li－ping.The first application of the DAT technology in Henan Zhumi Highway［J］.Highway Engineering，2009，34（3）：11—1432.（in Chinese））

［3］秦永春.基于表面活性劑的溫拌瀝青混合料的設(shè)計及相關(guān)性能研究［D］.上海：同濟大學(xué)，2009.（QING Yong－chun.Design and related performance of WMA based on evotherm－DAT warm－mixed additive［D］Shanghai：Tongji University，2009.（in Chinese））

［4］Gandhi T.Effects of warm asphalt additives on asphalt binder and mixture properties［D］.Clemson South Carolina：Clemson University，2008.

［5］交通部公路科學(xué)研究所.JTJ 052—2000，公路工程瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社2000.（Research Institute of Highway，Ministry of Communieations.JTJ 052—2000，Highway asphalt mixture testing procedures［S］.Beijing：China Communications Press，2000.（in Chinese））

［6］Arif C，Joe B.A review of warm mix asphalt［R］Springfield，Virginia：Texas Transportation Institute 2008.

［7］Steven P.Synthesis of warm mix asphalt paving strategies for use in Montana highway construction［R］.Montana：The State of Montana，2009.

［8］Graham H，Brian P.Evaluation of potential processes for use in warm mix asphalt［R］.Alabama：Auburn University，2006.