新型溫拌劑降溫效果評價

朱 晶

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，湖北 武漢 430051)

新型溫拌劑降溫效果評價

朱 晶

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，湖北 武漢 430051)

采用密度作為衡量溫拌瀝青混合料壓實效果的指標，通過溫拌瀝青混合料與普通瀝青混合料的密度比較來確定最佳壓實溫度，在此溫度下制作瀝青混合料試件，并評價其路用性能，試驗結果表明：添加自行研制溫拌降粘材料的瀝青混合料的路用性能與普通熱拌瀝青混合料相當，但壓實溫度與普通熱拌瀝青混合料相比最多可以降低45 ℃。

道路工程，溫拌瀝青混合料，降溫效果，密度

0 引言

溫拌瀝青混合料(WMA)相比熱拌瀝青混合料(HMA)不僅具有減少能源消耗、大氣污染等優點而且其路用性能與HMA相當甚至更好。因WMA有許多熱拌瀝青混合料不具備的優點，應用前景十分廣闊，然而WMA相關理論并不十分成熟，許多問題有待深入研究。目前，確定WMA的拌合與壓實溫度沒有一個科學、有效的方法，因此，如何評價溫拌劑降溫效果及降溫后混合料路用性能是一個值得深入研究的課題。

一般地，根據施工經驗，WMA的拌合與壓實溫度比HMA低30 ℃左右，其路用性能與普通熱拌瀝青混合料相當[1]。由于我國引進WMA技術時間較短，相關理論不完善。雖然不少學者對WMA的拌合與壓實溫度進行了研究[2-5]，但多數是針對添加某種溫拌劑的混合料而言，是否適用其他的溫拌添加劑尤其是自行研發的溫拌劑有待研究。為此，本文用密度作為衡量壓實效果指標，通過比較HMA和添加自行研制的溫拌劑后瀝青混合料的密度有無顯著差異來確定壓實溫度，并通過室內試驗測定其路用性能來評價溫拌劑的降溫效果。

1 試驗用材料

1.1 瀝青及礦料

試驗采用SK70號A級道路石油瀝青，各項指標的測定均嚴格按照JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[6]的要求及規定的步驟進行；粗集料為玄武巖，細集料為石灰巖機制砂，礦粉為石灰巖礦粉，對所采用集料與礦粉分別進行主要指標的測試，各項指標的測定均按照JTG E42—2005公路工程集料試驗規程[7]的要求及規定的步驟進行，檢驗結果均達到JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術規范[8]規定的要求。

1.2 溫拌劑

溫拌降粘材料是通過費托工藝煤煉油過程中的提取物經過進一步的化學分離技術室內試制而得。通過將一定量的樣品添加到瀝青中，進行溫拌改性瀝青的基本性能試驗，以及對摻加樣品的溫拌改性瀝青進行SHRP性能檢測，并與摻Sasobit的瀝青進行對比，從而判斷溫拌降粘材料是否有降低瀝青粘度以及改善瀝青性能的作用。通過反復試驗，得到了3種溫拌降粘材料(簡稱為A，B，C)摻量為瀝青含量3%時，對瀝青性能的改進基本能夠達到摻溫拌劑Sasobit的效果，其主要技術指標見表1。

將A，B，C這三種溫拌降粘材料與試驗用的SK70號瀝青復合，對溫拌降粘材料在瀝青中是否存在較大的性能差異來進行性能驗證，最終綜合改性瀝青的性能數據來選取溫拌降粘材料，試驗結果見表2。通過溫拌降粘材料與SK70號瀝青復合后的性能數據對比可以看出：溫拌降粘材料起到降低瀝青粘度并改善瀝青性能的效果；A和B均能在一定程度上降低原樣瀝青的粘度、針入度，并且提高其軟化點，相比較而言A具有較好的熱穩定性；而對于樣品C，其加工工藝復雜，成本相對較高，但溫拌瀝青的性能并未得到明顯提高。因此，本文采用降粘材料A進行后續相關試驗。

表1 溫拌降粘材料A，B和C的理化指標

表2 溫拌劑與SK70號復合后瀝青性能試驗結果

1.3 礦料級配

為避免礦料級配組成差異對試驗結果造成影響，本試驗中將集料逐漸篩分，級配采用AC-13型瀝青混合料級配中值，級配組成列于表3。

表3 試驗用AC-13的級配組成

2 溫拌瀝青混合料拌合與壓實溫度

HMA是根據粘溫曲線上對應粘度范圍為(0.17±0.02)Pa·s和(0.28±0.03)Pa·s時的溫度來確定拌合與壓實溫度[8]，而已有研究表明用等粘原則確定WMA的拌合與壓實溫度低估了溫拌劑的降溫效果[2]。本文采用密度作為衡量壓實效果的指標，以HMA的密度作為參考值，與不同溫度下WMA的密度相比較，將兩者密度相等或相近的那個最低溫度作為WMA的壓實溫度下限，并在此溫度下成型試件測定其路用性能。

因此，首先根據普通瀝青的粘溫曲線確定的拌和溫度和壓實成型溫度上下限分別作壓實試驗，測定普通瀝青混合料的密度，以此密度為參考值；然后以溫拌瀝青的拌和和壓實成型溫度范圍的上限作壓實試驗，與普通瀝青混合料的密度相比較，如密度無顯著差異，調整拌和與壓實成型溫度(降低溫度以5 ℃～10 ℃為間隔點)，再比較瀝青混合料密度是否有顯著差異，如無顯著差異，重復前面的試驗，直至密度有顯著差異為止。由于試驗需對試件成型溫度準確控制，因此，混合料拌合之后放入恒溫箱養護2 h后成型試件，并在成型時控制溫度在所需達到的溫度±2 ℃范圍內。

關于壓實瀝青混合料密度測試的精密度，規范[6]規定試件毛體積密度試驗重復性的允許誤差為0.020 g/cm3，試件毛體積相對密度試驗重復性的允許誤差為0.020。因此，本課題在判斷兩個密度有無顯著差異時，以重復性0.020 g/cm3作為判斷密度有無顯著差異的標準。

采用馬歇爾擊實方法成型試件，最佳油石比為4.2%，溫拌劑A摻量為瀝青含量的3%，根據粘溫曲線確定SK70號瀝青的拌合溫度與壓實溫度的中值分別為155 ℃和145 ℃。通過不同溫度下WMA與HMA的表觀密度差異來確定拌和以及壓實溫度。當拌和溫度降低到130 ℃以下后，為了保證混合料拌和均勻，后續的拌和溫度就不再降低，僅降低混合料的保溫溫度和壓實溫度。試驗結果見表4。由表4中數據可知，摻加3%A降粘材料的溫拌瀝青混合料的壓實溫度可降低至100 ℃，與普通瀝青混合料相比，其壓實溫度最多可降低45 ℃。

表4 WMA不同溫度下密度試驗結果

3 溫拌瀝青混合料路用性能

在確定的WMA拌合和壓實成型溫度下，本文對油石比為4.2%的普通瀝青混合料、摻3%A降粘劑的WMA進行高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性相關試驗來評價其路用性能。

3.1 高溫穩定性

瀝青是典型的粘—彈—塑性材料，瀝青混合料在高溫條件下或長時間承受荷載作用時會產生顯著的變形，容易產生車轍。通常用車轍試驗來評價瀝青混合料高溫穩定性。瀝青混合料車轍試驗結果見表5。

表5 車轍試驗結果 次/mm

試驗結果表明，WMA的動穩定度滿足公路瀝青路面施工技術規范中規定的不小于1 000次/mm的要求。相比HMA，WMA的動穩定度大幅提高，提高了一倍左右。從車轍試驗結果可以看出，摻加溫拌降粘材料可以很好的改善瀝青混合料的高溫性能，提高瀝青路面的高溫抗車轍能力。

3.2 低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫抗裂性通過低溫彎曲試驗評價。低溫彎曲試驗適用于測定瀝青混合料的破壞應變，應變越大，低溫柔韌性越好，抗裂性越好。瀝青混合料低溫彎曲試驗結果如表6所示。

表6 低溫彎曲破壞應變試驗結果 με

從表6中試驗結果可以看出，WMA的低溫彎曲破壞應變滿足JTJ F40—2004公路瀝青路面施工技術規范中不小于2 000 με的要求，其破壞應變與HMA相差不大，即WMA的低溫抗裂性能與HMA基本相當。

3.3 水穩定性

瀝青混合料的水穩定性通過浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗兩種試驗評價。浸水馬歇爾試驗是測定混合料試件在受到水損壞前后的馬歇爾穩定度，根據殘留穩定度來評價瀝青混合料水穩定性。凍融劈裂試驗適用于測定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的抗拉強度，根據試驗結果計算的凍融劈裂試驗殘留強度比，用于評價瀝青混合料水穩定性。試驗結果如表7所示。

表7 水穩定性試驗結果 %

從表7可以看出，WMA的浸水馬歇爾試驗其殘留穩定度、凍融劈裂試驗殘留強度比均滿足JTJ F40—2004公路瀝青路面施工技術規范的要求，其結果與HMA無顯著區別，WMA的抗水損害能力并沒有降低。

4 結語

本文通過室內試驗，探討了自行研制的降粘材料A的降溫效果，并對其路用性能進行了評價，其結果表明：

1)降粘材料A能夠降低原樣瀝青的粘度、針入度，并提高瀝青的軟化點。

2)采用混合料密度作為衡量壓實效果的指標，摻加3%A降粘材料的溫拌瀝青混合料的壓實溫度可降低至100 ℃，與普通瀝青混合料相比，其壓實溫度最多可降低45 ℃。

3)通過車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗驗證了本文提出的方法制備的溫拌瀝青混合料的路用性能，運用密度指標確定溫拌瀝青混合料的拌合與壓實溫度的方法是可行的，新型溫拌劑A能夠降低混合料的拌合與壓實溫度，起到節能、減排等作用。

[1] 徐世法，顏 彬，季 節，等.高節能低排放型溫拌瀝青混合料的技術現狀與應用前景[J].公路，2005(1)：195-198.

[2] 吳超凡，曾夢瀾，王茂文，等.添加Sasobit溫拌瀝青混合料的拌合與壓實溫度確定[J].湖南大學學報，2010(8)：1-5.

[3] 肖 鑫，黃開斌，張肖寧.基于毛體積密度的WMA壓實溫度的確定及路用性能研究[J].公路交通科技，2013(3)：7-12.

[4] 劉春雨，陳改霞.AC與SMA溫拌瀝青路面降溫效果及路用性能對比研究[J].內蒙古公路與運輸，2012(6)：54-56.

[5] 趙桂娟，郭 平，程 承.HH-X溫拌劑降溫效果評價試驗[J].長安大學(自然科學版)，2013(4)：18-22.

[6] JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[7] JTG E42—2005，公路工程集料試驗規程[S].

[8] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

The cooling effect evaluation of new type warm mix agent

Zhu Jing

(ChinaRailwayMajorBridgeObservationandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Wuhan430051,China)

This paper used the density as a measure index of the compaction effect of warm mix asphalt mixture, through the density comparison of warm mix asphalt mixture and common asphalt mixture to determine the optimal compaction temperature, based on this made asphalt mixture specimen, and evaluated its road performance, the experimental results showed that the road performance of asphalt mixture addition of self developed warm mix asphalt viscosity materials was correspond to common hot mix asphalt mixture, but the compaction temperature compared could reduce up to 45 degrees compared with the common hot mix asphalt mixture.

road engineering, warm mix asphalt mixture, cooling effect, density

2015-02-10

朱 晶(1981- )，女，工程師

1009-6825(2015)11-0103-03

TU528.042

A