摻ET3100溫拌劑的SBS改性瀝青SMA混合料性能研究

邵曉峰，孫立君，張鵬飛，宋 雕

(1.興安盟交通建設工程質量監督局，內蒙古 烏蘭浩特 137400；2.內蒙古高等級公路建設開發有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010050；3.長安大學 道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064；4. 四川川交路橋有限責任公司，四川 廣漢 618000)

0 引 言

瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)是一種高性能混合料，具有良好的抗滑性能及高、低溫穩定性[1-3]。SMA瀝青混合料通常采用熱拌技術生產，其拌合溫度在170 ℃～180 ℃，存在能源消耗大、污染物排放多、易造成瀝青老化等缺點[4-5]。隨著節能環保意識的增強，國內外學者開始對溫拌技術進行研究。Qazi Aurangze等通過對溫拌再生瀝青混合料與傳統瀝青混合料的對比試驗發現，兩者在抗車轍性與剛度方面性能近似[6]；周元臣等采用二次回歸正交設計方法，研究了溫拌SBS改性瀝青黏溫特性的影響因素[7]；延西利等通過黏溫曲線定量分析了溫拌瀝青的溫拌性能[8]；黃紹龍等研究了不同Sasobit摻量對瀝青黏溫曲線的影響[9]。

溫拌劑ET3100是一種由有機高分子聚合物組成的新型表面活性劑，可短暫改變瀝青的動力黏度，提高較低溫度下混合料的拌合性能和壓實性能。為了研究使用ET3100型溫拌劑的SBS改性瀝青SMA混合料性能，本文依托GW項目隧道瀝青路面工程，依據相關規程進行試驗，確定在溫拌劑摻量為1%、拌合溫度低于熱拌瀝青混合料30 ℃～40 ℃條件下的混合料路用性能，為類似工程提供參考。

1 項目概況

該項目路線全長35 km，采用雙向四車道高速公路標準建設，其中隧道長約13 km，上面層采用4 cm厚SBS改性瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13。在長大隧道施工過程中，當瀝青混合料溫度高于140 ℃時，有害物質排放較多，嚴重影響施工人員的身體健康。為凈化隧道內的施工環境、提高施工效率、節約能源，采用溫拌技術拌制SMA改性瀝青混合料。

2 原材料

SMA是一種骨架密實型瀝青混合料，由粗集料、細集料、粉料和瀝青等材料按間斷級配加熱拌合而成。在混合料的鋪設及壓實過程中，粗骨料相互嵌擠，形成骨架，細集料及粉料填充骨架空隙，瀝青充分包裹，并將各組分集料黏結在一起。因此，成品料性能與原材料質量緊密相關，進行配合比設計前應對原材料進行檢測。表1～5為該項目原材料的檢測結果，由檢測結果可以看出，項目所使用原材料均符合標準要求。

表1 瀝青檢測結果

表2 粗集料(9.5～16 mm)檢測結果

表3 粗集料(4.75～9.5 mm)檢測結果

表4 細集料檢測結果

表5 礦粉檢測結果

3 配合比設計

配合比設計即選定瀝青混合料中各組分的比例關系，是瀝青混合料生產中的關鍵步驟，直接決定混合料的生產質量及路用性能，還包括確定礦料級配及油石比。

3.1 確定礦料級配

根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)，礦料級配應符合其選配范圍。結合工程實際，初選甲、乙、丙3種礦料級配，相應配合比見表6，各篩孔通過率及配合比曲線如表7和圖1所示。

表6 礦料配比

表7 篩孔通過率

圖1 SMA-13礦料級配曲線

在瀝青用量為5.5%，ET3100型溫拌劑摻量為瀝青用量1%的條件下，對甲、乙、丙3種級配混合料進行馬歇爾試件制備并檢驗，檢驗結果見表8。

表8 馬歇爾試件體積參數指標

由表3可知，乙級配馬歇爾試件體積參數相較于甲、丙2種級配而言更符合要求，因此，初選乙級配作為設計級配。

3.2 選定油石比

為確定瀝青最佳用量，在經驗值附近取3組不同油石比(5.7%、6.1%、6.5%)制備馬歇爾試件并進行試驗，結果見表9。

表9 馬歇爾試驗結果

為了顯示各項指標與瀝青用量的關系，以油石比為橫坐標，分別以毛體積相對密度、空隙率、礦料間隙率、有效瀝青飽和度、穩定度為縱坐標繪制圖2。

圖2 各項檢驗指標與油石比之間的關系

由圖2可以看出，毛體積相對密度和穩定度隨油石比增加先增大后減小，在油石比為6.1%時達到最大值；空隙率隨油石比增加逐漸減小，礦料間隙率以及有效瀝青飽和度隨油石比增加而增大，3項指標的中值同樣在油石比6.1%附近。因此，當采用油石比6.1%，瀝青混合料性能最好，由此可確定瀝青最佳用量為5.7%，對應目標空隙率為3.4%。

4 混合料性能檢驗

混合料性能檢驗主要包括高溫穩定性檢驗、低溫抗裂性檢驗、水穩定性檢驗及滲水系數檢驗[10-11]，依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)確定礦料級配和最佳瀝青用量，并摻加ET3100型溫拌劑1%，在拌合溫度140 ℃(比熱拌瀝青混合料拌合溫度低30 ℃～40 ℃)的條件下，制備試件進行試驗，結果見表10～13，由檢驗結果可知，該混合料滿足技術標準要求。

表10 高溫穩定性檢測結果

表11 低溫抗裂性能檢測結果

表12 水穩定性能檢測結果

表13 滲水試驗結果

5 結 語

通過對使用ET3100型溫拌劑的SBS改性瀝青SMA混合料進行性能研究，得出如下結論。

(1)ET3100型溫拌劑摻量為1%時，在比熱拌瀝青混合料拌合溫度低30 ℃～40 ℃的條件下，擊實SMA改性瀝青混合料可以得到符合規范要求的技術指標。

(2)試驗結果表明，通過優選級配和確定最佳瀝青含量，采用ET3100型溫拌制備的SBS改性瀝青SMA混合料具有優良的路用性能。