温拌沥青混合料在广东高速公路中的应用研究

梁勇

(广东省长大公路工程有限公司，广东广州 511431)

0 引言

温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是用添加剂或其他方法，降低沥青在给定温度下的粘度，从而使沥青混合料能在相对较低的温度下进行拌和与施工。以目前的技术水平，WMA的拌和温度一般在120℃ ～130℃，摊铺和碾压的温度为100℃ ～110℃，相对HMA，温度降低了至少30℃。同时，就工程性质而言，WMA又具备与HMA相当的施工和易性与路面使用性能。随着公路建设的进一步发展，在沥青混合料生产过程中降低能源消耗、减少环境污染，是公路发展的需要，也是公路建设发展到一定程度后的必然。为适应这种发展，借鉴国内外初步研究成果，作者在广东高速公路沥青路面中试验性铺筑了温拌沥青混合料试验路，对WMA应用技术进行了初步的研究与探索。

1 温拌试验路简介

温拌试验路铺筑长度为1 km。该路段设计为一级公路，路面宽15 m，路面结构为4 cm AC-13上面层+粘层+6 cm AC-20中面层+透层+34 cm 5%水泥稳定碎石基层+18 cm 4%水泥稳定碎石底基层，沥青用SBS改性沥青。在温拌试验路段，作者共进行了4种温拌混合料的铺筑。

试验路结构：

1)方案1：6 cm AC-20，70号石油沥青，掺沥青质量的3.5% Sasobit®，500 m;

2)方案2：6 cm AC-20，70号石油沥青，掺Seam添加剂(Seam与沥青质量之比为40%∶60%)，500 m;

3)方案3：4 cm AC-13，改性沥青，掺沥青质量的2.0%Sasobit®，500 m;

4)方案4：4 cm AC-13，SBS改性沥青，掺沥青质量的3.0% EC-120，500 m。

在方案1与方案2的石油沥青WMA试验路铺筑中，混合料的最低出料温度为120℃;方案3与方案4的SBS改性沥青WMA最低出料温度为150℃，相应的摊铺与初压温度比其出料温度低10℃，均取得了较好的压实效果。

在温拌试验路铺筑之前，作者在室内对WMA的路用性能进行了比较系统的研究，四种混合料的路用性能均达到了HMA混合料的水平，有些技术指标甚至还优于HMA。下面仅以掺Sasobit®的石油沥青混合料性能为例，对WMA的性能做一简单介绍。

2 温拌混合料路用性能

沥青混合料的路用性能主要有高温稳定性、抗水损害能力、低温抗裂性、力学性能等，相应的常规评价指标有马歇尔稳定度、动稳定度;残留稳定度与冻融劈裂强度比;低温弯曲应变;回弹模量与弯拉强度等。为方便使用与比较，本研究采用了上述参数来评价Sasobit®WMA的路用性能。

2.1 试验用原材料

1)基质沥青。室内试验用的石油沥青为中海36-1 70号A级道路石油沥青，其主要指标均满足JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范［3］(以下简称JTG F40)的要求。

2)集料。试验用集料为石灰岩碎石与矿粉，均满足JTG F40要求。

3)温拌改性剂。选用南非Sasol-Wax公司生产的Sasobit®，它是Fischer-Tropsch(FT)过程从煤气化中生产的长链脂肪族烃，也叫FT固体石蜡。其基本性能见表1。

表1 Sasobit®改性剂性质［4］

室内试验用了4种Sasobit®掺量同级配的沥青混合料，Sasobit®掺量分别为0%，2%，3%和4%。由沥青的粘—温曲线确定普通HMA的拌和与压实温度的中值分别为155℃和145℃。对于3种不同Sasobit®掺量的WMA，其拌和与压实均采用比普通HMA低30℃的温度进行试验。表2列出了室内混合料的试验温度。

表2 混合料试验温度 ℃

根据普通HMA配合比设计试验结果，其最佳油石比为4.0%，为了与普通HMA使用性能进行对比，其余3种掺Sasobit®的WMA也采用4.0%来进行各项性能试验。

2.2 马歇尔试验

对于3种不同掺量的WMA和HMA进行标准的马歇尔试验，其结果见图1，图2。

由图1可见，Sasobit®掺量对混合料的马歇尔稳定度MS有一定影响，掺量越多，马歇尔稳定度MS越大;当掺量为3%时，WMA的马歇尔稳定度MS与HMA相比变化不大;而掺量超过3%以后，混合料的马歇尔稳定度MS随掺量增加而增大的幅度减小。图2显示流值随Sasobit®掺量的增加变化不明显。

作为参考，表3给出了Sasobit®WMA的主要马歇尔试验技术指标。由表3可见，Sasobit®WMA满足规范对热拌沥青混合料的马歇尔试验技术指标要求。

图1 马歇尔稳定度试验结果

图2 流值试验结果

表3 Sasobit®WMA马歇尔试验结果

2.3 动稳定度试验

对于3种不同掺量的Sasobit®WMA和HMA，按标准试验方法进行了动稳定对比试验，其结果见图3。

图3 动稳定度试验结果

由图3可见，Sasobit®掺量对WMA的动稳定度DS有较大影响，WMA的动稳定度DS比HMA增加较大。另一方面混合料并未因生产过程中拌和与压实温度过低出现压实不足或因沥青老化减轻而引起车辙试件松散破坏。Sasobit®WMA的动稳定度DS较HMA有显著提高。

2.4 水稳定性试验

水损害是沥青路面的主要病害之一。沥青混合料的抗水损害能力是决定路面水稳定性的主要因素之一。

对于WMA，由于拌和温度的降低，集料中的水分可能不能完全蒸发而被沥青膜封闭在集料表面的开口孔隙中，从而导致沥青混合料的水损害［5-7］，因此，十分有必要对WMA的水稳定性进行检验。本研究采用常用的浸水马歇尔残留稳定度比R'和冻融劈裂试验强度比TSR来评价Sasobit®WMA的水稳定性。

1)残留稳定度试验。

浸水马歇尔稳定度试验用来评价沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力。对于3种不同掺量的WMA和HMA，进行了标准的浸水马歇尔试验，其结果见图4。

由图4可见，WMA的浸水残留稳定度强度比R'比HMA稍有减小，但变化不大;添加剂掺量对混合料的R'影响不大，不同掺量的WMA的R'均能满足规范中对HMA在年降雨量大于1 000 mm潮湿区浸水马歇尔试验残留稳定度R'不小于80%的要求。

图4 浸水残留强度试验结果

2)冻融劈裂试验。

冻融劈裂试验用于评价在规定条件下对沥青混合料进行冻融循环，测定混合料试件在受到水损坏前后劈裂破坏的抗拉强度比TSR，是评价沥青混合料水稳定性的重要指标。

对3种不同掺量的WMA和HMA进行了标准的冻融劈裂试验，其试验结果见图5。由图5可见，WMA的TSR比HMA的小，HMA的TSR为88%，而3%Sasobit®WMA的TSR只有78%，相比下降了10%;其他两个掺量下，混合料的TSR更小，并且不能满足JTG F40规范表5.3.4-2中对HMA在年降雨量大于1 000 mm潮湿区TSR≥75%的要求。其原因可能是，一方面由于拌和温度的降低，集料中的水分不能完全蒸发而被沥青封闭在集料表面上;另一方面，由于拌和温度降低，沥青流动性能不够，沥青膜过厚，引起粘结力不足，最终导致水损害［7］。

图5 冻融劈裂强度比TSR试验结果

为改善沥青混合料的水稳定性能，本研究采用了添加沥青质量的0.35%的ASA-9304固体抗剥落剂的方法来改善WMA的水稳定性，其冻融劈裂试验结果亦见图5。由图5可见，拌和与压实温度的降低，会给混合料带来一定程度的水损害，对于WMA，建议在生产过程中采用掺适当的抗剥落剂来提高混合料的水稳定性。

2.5 温拌沥青混合料性能小结

本节对Sasobit®WMA的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、力学性能做了较为详细的研究，讨论了WMA的使用性能，并与HMA的使用性能进行了比较，综合试验结果可知，掺加Sasobit®后，在比HMA低30℃下拌和与击实成型的WMA，除TSR指标偏低外，其余各项使用性能均不低于HMA，个别性能如DS值还优于HMA。

3 结语

WMA试验路竣工已近一年，经过了一个冬季低温的考验，至目前为止，路面完整无任何缺陷，在外观上与HMA路面没有任何差别，因此，作者初步可以得出如下结论：

1)WMA的路用性能不低于同材料的HMA，个别性能如DS还优于HMA，可以用于高等级公路路面各层。

2)WMA的水稳定性比同材料的HMA稍低，建议在WMA中添加适当的经检验有效的抗剥落剂来提高WMA的抗水损害能力。

由于时间、条件等因素，本研究工作还不够深入和全面，尚存在一些问题和不足，在深度、广度以及施工工艺方面还有待进一步研究和完善。

［1］ Hurley，G.C，B.D.Prowell.Evaluation of Sasobit®for Use in Warm Mix Asphalt［R］.NCAT Report 05-06，National Center for Asphalt Technology，Auburn University，Auburn，Alabama，2006.

［2］ 左 锋，叶 奋.国外温拌沥青混合料技术与性能评价［J］.中外公路，2007，27(6)：164-168.

［3］ JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.

［4］ 中交科技.Sasobit普适沥青改性剂技术手册.http：//www.cctmpofun.com，2008-10-16.

［5］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Evotherm®for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 06-02.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2006.

［6］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Aspha-min®Zeolite for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 05-04.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2005.

［7］ Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Sasobit®for Use in Warm Mix Asphalt，NCAT Report 05-06.Auburn：National Center for Asphalt Technology，2005.

［8］ JTG D50-2006，公路沥青路面设计规范［S］.

［9］ 夏 漾.Sasobit®温拌沥青混合料设计与使用性能［D］.长沙：湖南大学硕士论文，2008.