高海拔地區(qū)溫拌瀝青混合料路用性能分析

夏洋洋，張 根

（西藏大學(xué)工學(xué)院，西藏 拉薩 850000）

0 引言

西藏地區(qū)的公路建設(shè)近年來取得了顯著進展。據(jù)最新的報道，2024 年，西藏計劃實施公路交通項目417個。截至3 月中旬，已有110 個項目開復(fù)工，二季度續(xù)建項目將全面復(fù)工，工程建設(shè)開局良好，西藏地區(qū)的重要公路項目包括G4218 拉薩至日喀則機場段等在建重點公路項目，以及G109 格爾木至那曲段提質(zhì)改造工程等新建項目前期工作。此外，還有281 個行政村通暢項目的推進，目標(biāo)是新增175 個行政村通硬化路[1]。

西藏地處世界屋脊，平均海拔在4000m 以上，強烈的紫外線與環(huán)境脆弱的特性，這使得公路建設(shè)和運營面臨極大的挑戰(zhàn)。高海拔地區(qū)的氣候條件惡劣，道路建設(shè)和節(jié)能減排都提出了更高要求，隨著我國一帶一路建設(shè)的推進，高原地區(qū)的經(jīng)濟得到快速的發(fā)展，交通運輸業(yè)迎來黃金發(fā)展期，道路建設(shè)迅速增加。由于高原獨特的地理氣候等原因，生態(tài)脆弱，而在道路建設(shè)中往往伴隨著大量的煙塵等環(huán)境污染。溫拌瀝青混合料是一種全新的節(jié)能道路材料[2-4]，在生產(chǎn)和使用中具有煙塵排放少，對使用溫度要求低等特點。

溫拌瀝青是一種在較低溫度下進行瀝青混合料拌和的施工技術(shù)，它能夠在一定程度上減少能源消耗和環(huán)境污染[5]，同時也能改善瀝青混合料的施工性能和路面的使用壽命。當(dāng)前關(guān)于溫拌瀝青的研究主要集中在以下方面。

研究者們正在探索不同溫度下的溫拌工藝對瀝青混合料性能的影響[6]，包括瀝青的混合性能、力學(xué)性能和耐久性能。通過對不同溫度下的溫拌工藝進行實驗，可以比較不同溫度下的溫拌工藝對瀝青混合料性能的影響，從而找出最佳的溫拌工藝為了優(yōu)化溫拌工藝，研究人員會對溫度、混合時間、混合速率等參數(shù)進行實驗，并通過測試不同參數(shù)下瀝青混合料的力學(xué)性能等性能指標(biāo)，確定最優(yōu)的溫拌參數(shù)組合方案，研究還將進一步分析溫拌瀝青混合料在道路建設(shè)中的應(yīng)用，探究溫拌瀝青混合料對道路使用壽命和安全性的影響，并給出溫拌瀝青混合料的具體應(yīng)用方案已有證據(jù)表明，溫拌瀝青技術(shù)的應(yīng)用可以節(jié)省燃油消耗20%，溫室氣體排放量減少50%，污染環(huán)境的“瀝青煙”減少80%。因此，研究也在探討如何在保證瀝青混合料性能的同時，進一步提高環(huán)保效益和經(jīng)濟性。

溫拌瀝青混合料采用130℃的拌和溫度，普通熱拌瀝青混合料采用165℃的拌和溫度。兩種瀝青混合料均采用傳統(tǒng)的馬歇爾法進行攪拌擊實。將制作完成的試件放置室外自然冷卻。同時為了模擬高寒地區(qū)的自然溫度。對其進行吹風(fēng)。加速其冷卻。之后進行路用性能試驗，測試溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的路用性能，探究溫拌瀝青混合料是否適合在高原地區(qū)使用[3]。

1 試驗材料與方法

為了更好的比較兩種瀝青混合料的路用性能，兩種瀝青混合料均采用相同的集料與礦粉，隨著高原地區(qū)的交通量的增加，應(yīng)該選擇適應(yīng)大交通量的瀝青，同時還有較好的低溫性能[4]。故本文選擇A 級90＃瀝青作為兩種瀝青混合料的黏結(jié)劑，溫拌劑選擇直接加入3 種不同公司生產(chǎn)的溫拌劑。表1 為粗集料技術(shù)性能，表2 為細集料技術(shù)性能，表3 為溫拌劑物理性質(zhì)。

表1 粗集料技術(shù)性能

表2 細集料技術(shù)性能

表3 溫拌劑物理性質(zhì)

2 實驗方法與實驗結(jié)果分析

按照我國相關(guān)規(guī)范，本文采用凍融劈裂試驗與浸水馬歇爾試驗來測試其加入溫拌劑后的瀝青混合料水穩(wěn)定性。在高原低溫區(qū)域，更加重視瀝青混合料的低溫性能，材料在低溫環(huán)境下容易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，主要是混合料中的瀝青本身形態(tài)的變化，由粘彈性變?yōu)榇嘈圆牧希瑢?dǎo)致在收到外力或收到內(nèi)部拉力時，容易導(dǎo)致路面大面積的開裂現(xiàn)象的發(fā)生，所以長用低溫環(huán)境下的彎拉試驗測試其瀝青混合料的低溫性能，本問級配使用AC-16 型級配。混合料級配組成如表4 所示，目前主要是采用低溫小梁進行試驗，本試驗材料使用尺寸為長寬高：250mm×30mm×35mm。

表4 混合料級配組成

2.1 溫拌瀝青混合料低溫性能

瀝青混合料低溫開裂采用小梁彎曲試驗進行測試，當(dāng)小梁破壞時的彎拉應(yīng)變越大，彎曲勁度模量越小，說明路面抗低溫開裂能力越強[6]。溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗結(jié)果如表5 所示。

表5 低溫彎曲試驗

由表5 可以看出來，瀝青混合料添加溫拌劑后，小梁的勁度模量有所增加，這表明，通過添加溫拌劑，能夠使瀝青混合料的勁度增強，主要原因是溫拌劑能夠在瀝青混合料低溫時增加混合料的軟度，當(dāng)溫度下降時，能夠保持具有較好的抗低溫特性。添加溫拌劑的抗彎拉強度差別不大，溫拌瀝青混合料抗彎拉強度略高于熱拌瀝青混合料，這是由于溫拌瀝青混合料加入了溫拌劑導(dǎo)致的，隨著黏結(jié)劑的增加，瀝青混合料的低溫性能有所提高，通過以上試驗可以看出，0.3%摻量的溫拌橡膠瀝青在低溫下的抗彎曲性能最好。

2.2 溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性

在西藏大部份地區(qū)，很多的瀝青混合料受到水的侵害比較多，在藏北等凍土區(qū)，受到凍融與地表降水等作用的影響，瀝青混合料出現(xiàn)坑槽與剝落現(xiàn)象較多，本實驗瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗采用浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗進行測試，由于3 種溫拌劑彼此相差并不大，故本文采用溫拌劑A 型進行試驗，溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗，水穩(wěn)定性試驗結(jié)果如表6 所示。

表6 水穩(wěn)定性試驗

溫拌劑還可以增加瀝青的抗變形能力，使混合料在承受荷載時不易發(fā)生變形，從而提高其穩(wěn)定度，減少空隙率：溫拌劑可以降低瀝青混合料的空隙率，減少水分的進入，避免混合料的松散和破壞，從而提高其穩(wěn)定度，本文繼續(xù)將以上的瀝青混合料進行凍融劈裂試驗，試驗結(jié)果如表7 所示。

表7 溫拌瀝青混合料凍融劈裂試驗

發(fā)現(xiàn)在參加溫拌劑以后，瀝青的馬歇爾穩(wěn)定度有所提高，同時在經(jīng)過浸水馬歇爾穩(wěn)定度同時也會有所提高，隨著溫拌劑添加量增加，穩(wěn)定度與殘留穩(wěn)定度都有所增加。溫拌劑可以改變?yōu)r青的分子結(jié)構(gòu)，使其具有更高的黏結(jié)能力，從而提高瀝青混合料的整體強度和穩(wěn)定性，從側(cè)面證明溫拌劑可以使瀝青在低溫下更容易流動，使得混合料在施工過程中更加均勻，從而提高其整體的穩(wěn)定度，增加抗變形能力：溫拌劑還可以增加瀝青的抗變形能力，使混合料在承受荷載時不易發(fā)生變形，從而提高其穩(wěn)定度，減少空隙率：溫拌劑可以降低瀝青混合料的空隙率，減少水分的進入，避免混合料的松散和破壞，從而提高其穩(wěn)定度。

3 結(jié)論

本文對3 種瀝青溫拌劑進行對比試驗，在低溫彎曲試驗，發(fā)現(xiàn)其基本性質(zhì)相差不大，從而采用一種溫拌劑進行后續(xù)的試驗，之后分別進行了馬歇爾試驗，凍融劈裂試驗，分別進行了瀝青混合料的低溫性能試驗與瀝青水穩(wěn)定性試驗，3 種試驗證明在實際的使用中，溫拌劑的參和量不宜大于0.3%，同時試驗結(jié)果也表明，溫拌瀝青混合料在低溫性能優(yōu)于普通熱拌瀝青混合料。由于溫拌瀝青混合料孔隙率較低，并且溫拌劑能夠增加了瀝青與集料之間的界面能。所以水穩(wěn)定性能明顯優(yōu)于普通熱拌瀝青混合料。通過實驗驗證了溫拌瀝青混合料更加適合高原寒冷地區(qū)的使用，從而達到節(jié)能減排的作用，更加利于高原地區(qū)的環(huán)境保護。