Evotherm温拌沥青混合料性能分析研究

2012-11-07许生福,旷小军,郭敏敏等

中国科技信息 2012年13期

关键词：温拌剂温拌稳定度

许生福1旷小军23郭敏敏2彭俊威2

1.武警水电三总队,四川成都 611130

2.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西西安 710064

3.武警水电二总队八支队,福建厦门 361006

试验采用AC-13级配，对Evotherm温拌沥青混合料(E-WMA)的各项性能指标进行了研究，结果表明，采用Evotherm技术可以降低混合料的拌和温度，其成型温度宜在120℃，其路用性能达到或超过热拌沥青混合料，且动稳定度得到提高，温拌沥青混合料具有很好的工程应用前景。

Evotherm；性能；温拌；沥青混合料

引言

温拌沥青混合料是一种绿色、节能、环保的路面新材料，成品温拌沥青混合料的性能相当甚至优于热拌沥青混合料性能，是一种新型环保的沥青混合料。目前常用的温拌技术主要有Asphalt-Min、WAMFoam、Sasobit和Evotherm-WMA等4种，其力学性能和路用性能不亚于传统的热拌沥青混合料，但生产施工温度可以降低30℃～60℃。它的研究始于20世纪90年代，尤其是《京都议定书》签署后，温拌沥青混合料(WMA)得到了深入的研究和应用。

Evotherm温拌技术是指介于热拌沥青混合料和常温拌合混合料之间的沥青混合料技术，它是美国Meadwestvaeo公司开发出的一种基于乳化沥青分散技术的WMA，通过向沥青中添加Evotherm乳化剂可以有效提高混合料裹覆性能、施工性能、结构强度以及粘附性。

1 试验材料与试验方案

1.1 试验材料

基质沥青采用韩国SKA-90#，其主要技术指标如表1，粗细集料均采用玄武岩，机制砂、矿粉采用石灰岩，温拌添加剂均选用美国美德维实维克公司生产的Evotherm，添加量为2.5kg/t混合料，所有材料均满足现行规范要求[1]。

表1 沥青主要技术指标

1.2 试验方案:

本次试验采用了温拌技术，采用的级配为SAC13级配（表2），试验方案采用在热拌工艺的技术上进行修改[2]，通过添加温拌添加剂来降低沥青混合料的拌合温度，通过对混合料路用性能的分析验证活性剂对混合料性能的影响，从而对沥青混合料的性能进行评价[3]。

表2 SAC13级配通过率

1.3 Evotherm改性沥青的粘温特性

较低的拌合温度与压实温度是温拌混合料区别于热拌混合料的主要特征，也是温拌混合料能够节约能源、保护环境的主要原因。温拌混合料的拌合温度与碾压温度由沥青的粘温曲线确定。因此有必要测定掺加不同剂量Evotherm的改性沥青在不同温度下的黏度（如图表3），并分析其粘温曲线[2]。

表3 Evotherm改性沥青的黏度

粘度测试温度为110℃、120℃、130℃、160℃。试验前可以按照如下所述方法进行沥青样本的制作，先确定Evotherm的剂量分别为0%、1%、2%、3%、4%、5%后，加入160℃的沥青中，均匀搅拌1 min，然后放置于烘箱中15min～20min，保持恒温160℃。其黏度利用布氏旋转黏度计测试，方法如下:将制备好的沥青放入盛样筒中，将转子与盛样筒放在黏度计上，使沥青试样在恒温容器中保温，达到试验所需的平衡温度(15min)，最后开机测试。黏度结果如表4所示，由试验结果可知，Evotherm改性沥青的黏度随Evotherm剂量的增加而减小，其黏度低于基质沥青的黏度，体现了Evotherm的降温效果[3]。

图1 Evotherm改性沥青的黏度曲线

2 添加温拌剂沥青混合料路用性能分析

通过对温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的路用性能进行研究，按照规范要求对混合料进行高温稳定性、低温抗裂性能及水稳定的性能研究，分别进行车辙试验、弯曲试验以及冻融劈裂试验，通过试验数据进行性能对比分析评价。

2.1 添加温拌剂后混合料高温稳定性分析

一般车辙试验通过测定沥青混合料的动稳定度，来评价混合料的高温稳定性。高温稳定性能通常是指在较高的工作温度下抵抗因交通荷载的反复作用而产生车辙、推移、拥包等永久变形的能力。混合料添加温拌剂后，通过对比热拌混合料，对混合料的路用性能进行分析，其试验数据如下表图:

表4 不同温度车辙试验

图2 不同温度动稳定度值的变化图

对表4和图2进行分析可知，成型温度对动稳定度值的影响很大，其随着温度的升高而增加，温度在120℃及以上时的动稳定度值比110℃的高出三分之一左右，而在120℃之后动稳定度值变化较小，可知温度在120℃以上时，混合料成型动稳定性好。

在热拌和温拌条件情况下，对添加Evotherm添加剂和没有Evotherm添加剂的混合料进行车辙试验，试件按照规范要求成型，其成型温度均为120℃，试验数据如下:

表5 热拌和温拌下有无添加剂车辙试验

图3 热拌和温拌下有无添加剂车辙对比图

从以上数据和对比图可以看出，热拌情况下，添加温拌剂与没有添加温拌剂的混合料的动稳定度相差甚微，说明在热拌情况下温拌剂对于提高混合料高温性能的意义不大，而温拌剂对于提高低温下混合料的性能具有明显效果，在同等条件下，添加温拌剂的混合料的动稳定度比没有添加温拌剂的混合料高出44.4%，由此可见，Evotherm添加剂改善了沥青胶结料和石料之间的裹覆作用，增强了两者之间的粘附性，其不仅有效降低了混合料的拌和与压实温度，同时也改善了混合料的高温性能，提高了路面的抗车辙能力。

2.2 添加温拌剂混合料低温性能分析

低温弯曲试验用于测定沥青混合料在规定温度和加载速率下弯曲破坏的力学性质，小梁试件的破坏弯拉应变越大，则说明路面越不容易产生低温开裂。试验中对混合料添加Evotherm添加剂后，进行低温弯曲试验后分析，其试验数据如下图表:

表6 添加Evotherm添加剂后低温弯曲试验

图4 添加Evotherm添加剂弯曲值对比图

从表6和图4可以看出，添加Evotherm添加剂后温拌沥青混合料的最大破坏应变均远远超过了规范对沥青混合料的要求，分别为规范要求限值的1.2倍以上，表明其具有优良的低温抗裂性能。同时低温弯曲值随着温度的升高而不断的增加，且在120℃以上时，添加Evotherm添加剂后混合料的低温弯曲值受温度的影响较小。

在相同条件下对有无添加剂的混合料进行低温弯曲试验，得如下试验数据:

表7 有无Evotherm添加剂低温弯曲试验

从以上图表数据中可以看出，添加Evotherm添加剂后对于改善沥青混合料的低温性能的效果并不明显，添加Evotherm添加剂后的沥青混合料的最大破坏应变分别为无添加Evotherm添加剂混合料及热拌混合料的98.9%和89%。考虑试验误差，可以认为添加Evotherm添加剂后混合料拥有和热拌混合料相当的低温抗裂性能。

2.3 添加温拌剂混合料水稳定性分析

沥青混合料的水稳定性是决定沥青路面抗水损害能力的根本因素，其水稳定性测试采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验两种方法。沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与矿料的黏附力降低，导致损坏，最终表现为混合料的整体力学强度降低，因此沥青混合料的水稳定性最终由浸水条件下沥青混合料物理力学性能降低的程度来表征的。在温拌中，需要对添加Evotherm添加剂后的混合料进行水稳定性分析，对混合料在不同温度下按照规范成型试件，试验数据如下表图:

表8 不同温度下残留稳定度值

图5 不同温度下残留稳定度试验对比

由表8和图5可以看出，经浸水马歇尔试验后，添加Evotherm添加剂后混合料和没有添加剂的混合料的残留稳定度都随着成型温度的升高而增加，远远超过了规范要求。在低温下，没有Evotherm添加剂的混合料其残留稳定度数值较低，难以满足规范要求，在热拌条件下，添加Evotherm添加剂后对残留稳定度几乎没有任何影响，在添加Evotherm添加剂后的前提下，混合料残留稳定度值随着成型温度的升高而增大。

表9 不同温度下劈裂强度比值

图6 不同温度下劈裂强度比试验对比

由表9和图6可看出，经冻融劈裂试验后，添加Evotherm添加剂后的沥青混合料的残留强度能满足规范要求，且随着温度的升高而增大；在低温下，没有添加温拌剂的混合料其劈裂强度值较低，不能满足规范要求；添加Evotherm添加剂后的沥青混合料和无添加Evotherm添加剂后的沥青混合料的劈裂强度分别比相应热拌沥青混合料低2.9%和1.7%，虽然其满足规范要求，但仅仅超出1.7%，因此南方潮湿地区应用Evotherm温拌混合料时，建议采取一定的抗水损害措施，以确保混合料水稳定性达到要求。