不同温拌外加剂对沥青混合料的降温效果研究

2013-08-16车常伟高晓月陈景雅

华东交通大学学报 2013年2期

车常伟，高晓月，陈景雅，陈俊

（河海大学土木与交通学院，江苏南京210098）

随着高等级道路的不断发展，沥青路面已成为主要的路面形式。我国的沥青路面大多采用热拌沥青混合料，这种混合料在拌和、摊铺及碾压时需要较高的温度，因而不仅需要消耗大量的能源，而且排出大量的废气和粉尘，影响周围的环境质量和施工人员的身体健康，同时较高的温度还会使沥青产生热老化而影响路用性能。温拌沥青混合料较热拌沥青混合料其燃料消耗量降低20%～30%，摊铺、碾压过程中烟气排放减少50%以上[1-3]。

温拌沥青混合料的关键技术是温拌外加剂，温拌外加剂主要是通过降低沥青胶结料的黏度，从而降低其温度[4-5]，然而，国内外对温拌沥青混合料的研究还处于探索阶段，本文主要是研究温拌外加剂对沥青混合料的降温效果，通过实验比较出降温效果比较好的温拌外加剂，从而对温拌沥青路面中温拌外加剂的选用提供参考，也为推动温拌技术的发展提供理论依据。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

本研究所使用的粗、细集料均为玄武岩，其中：1#料规格为10～15 mm，2#料规格为5～10 mm，3#料规格为3～5 mm，4#料规格为0～3 mm；沥青为SBS改性沥青。各集料的配合比例分别为30%，32%，5%，28%，其中矿粉的含量为5%，油石比为5.1%。

1.2 试验方法

本研究所用试验的具体添加流程如下：①用拌铲将干拌后的石料拉成一斜面，露出拌锅底部，同时将热沥青倒入露出的拌锅底部；②将拌合桨下降到正好可以将烧杯或纸杯探入的位置，将添加剂倒在沥青液面上，尽量避免倒在石料上；③继续下降搅拌桨，开始拌合，其余同热拌沥青混合料。拌合示意图如图1所示。

试验中，由于需要准确地控制混合料的成型温度，因此，在混合料拌和之后均放入恒温烘箱中，在目标温度下养护2 h，并在成型时控制温度以确保混合料的成型温度在目标温度的±2℃范围内。采取烘箱养护2 h的方法，此方法是借鉴了Superpave规范中有关旋转压实试件成型前的养护方法[6]，兼有模拟混合料在生产及运输过程中短期老化的目的。

图1 添加剂添加方式示意图Fig.1 Schematic diagram of additive methods

2 结果及讨论

2.1 DAT温拌外加剂

DAT温拌外加剂是美国新开发的一项技术，采用了化学外加剂和沥青分散技术。此种外加剂能够提高沥青与集料的裹覆能力及混合料和易性、提高粘附力等作用，并分散在含有70%的沥青的乳状液中。与传统沥青不同的是，DAT外加剂在80℃的情况下储存。当它与热集料拌和的时候，乳液中的水以蒸汽的形式释放出来，使其形成与热拌沥青相似的对集料的裹覆情况[7]。

本研究是根据经验选取5.1%的油石比进行不同温度下的马歇尔击实试验，其中，温拌外加剂与沥青的掺加比例为添加剂 ∶沥青=10 ∶90[8]，集料的加热及拌合温度如表1所示。

拌合完成后，在拌合的沥青混合料放入烘箱中保温至所需温度，然后进行马歇尔击实试验，试验结果如表2所示。

表1 沥青、集料加热及拌合温度Tab.1 The temperature of asphalt，aggregate heating and mixing

表2 不同温度下的DAT温拌沥青马歇尔击实试验结果Tab.2 The result of DAT warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

根据以上结果，对比温拌沥青试验结果，发现相同温度条件下，DAT温拌沥青混合料密度得到了提高，相应的空隙率降低，且150℃的马氏空隙率接近规范要求，说明DAT降温效果相对较好。

2.2 壳牌温拌沥青

壳牌温拌沥青属于第三代温拌技术，是一种新型温拌技术。其性能符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的相关规定。其检测/检验方法可参照普通热沥青结合料相应检测/检验方法，壳牌公司总结现有的应用成果，参考Shell Bitumen（壳牌沥青）在欧洲的研究资料、NCAT的研究报告和调查数据以及我国的国家规范和行业规范，完成了一份规范和指导温拌沥青混合料的设计、施工和竣工验收，保证采用温拌技术施工路面质量的技术指南。

本研究是根据经验选取5.1%的油石比进行不同温度下的马歇尔击实试验，拌合完成后，在烘箱中保温至所需温度，然后进行马歇尔击实试验，试验结果如表3所示。

表3 不同温度下壳牌温拌沥青马歇尔击实试验结果Tab.3 The result of Shell warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

由实验结果可以看出，相同温度条件下，壳牌温拌沥青空隙率比DAT温拌沥青试件空隙率大，降温效果有较大差别。为保证试验结果的准确性，对此类温拌沥青降温效果进行进一步验证。由于油石比采用5.1%时空隙率偏大，因此，结合经验将油石比提高，以使空隙率接近规范值。选取5.3%的油石比进行不同温度下的马歇尔击实试验，拌合完成后，在烘箱中保温至所需温度，然后进行马歇尔击实试验，试验结果如表4所示。

表4 不同温度下的壳牌温拌沥青马歇尔击实试验结果Tab.4 The result of Shell warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

由于马歇尔试件的空隙率试验结果不满足规范要求，而且结果差别比较大。同时，在试验室发现当击实温度为145℃时，混合料的插捣还比较困难，热捣棒上还粘有很多集料，155℃时，仅达到与要求的接近位置，与达到相似空隙率的Sasobit添加剂的温度（145℃）相差10℃。根据以上结果可见壳牌温拌沥青的降温效果相对比较差。

2.3 Sasobit温拌外加剂

Sasobit技术在国内外应用较多，自1997年以来已有超过142个工程使用温拌添加剂Sasobit，铺筑面积达2 271 499 m2，工程涉及到澳大利亚、比利时、中国、捷克、丹麦、法国、德国、匈牙利、意大利、马来西亚、荷兰、新西兰、俄罗斯、南非、瑞典、瑞士、英国、美国等国家。

Sasobit的优点是在经济性和使用方便上。Sasobit可以增加沥青的高温稳定性，代替改性剂，较乳化沥青具有经济上的优势。同时，Sasobit可以直接添加，使用方便。且在使用温度下，Sasobit改性沥青的抗车辙能力增强。此外，据Sasol-Wax公司报道，在同样的滚轮荷载下，其压实性与非改性沥青相比有所增加。Sasol-Wax公司建议加入混合料质量的3%的Sasobit，以使粘度降到所需的标准，并且不应超过4%，以免对胶结料的低温性能产生不良影响[9]。

结合国内外大量研究以及对Sasobit温拌沥青试验研究，本研究首先对3%掺量Sasobit温拌沥青进行马歇尔击实试验，油石比采用5.3%，研究其降温效果。试验结果如表5所示。

由实验结果可以看出，在相同温度条件下，Sasobit温拌沥青混合料试件的空隙率明显小于壳牌温拌沥青，降温效果明显。根据以上结果，对比温拌沥青试验结果，发现不同温度的马氏密度都得到了提高，相应的空隙率降低了，可以满足施工技术规范[10]的要求，而且145℃的马氏空隙率接近规范要求。

表5 不同温度下Sasobit温拌沥青马歇尔击实试验结果Tab.5 The result of Sasobit warm mix asphalt Marshall compaction test under different temperatures

2.4 RH温拌外加剂

RH温拌沥青技术是基于交通运输部公路科学研究院开发的RH沥青温拌改性剂研发的成套技术，通过使用RH温拌改性剂材料制备温拌沥青，达到节能减排（ES型）和低温季节施工（CW型）促进压实的目的。RH温拌沥青技术具有国际前沿温拌技术的绝大多数优点与特性，在确保节能环保效果的前提下，不降低热拌沥青混合料各种路用性能；同时，与国内外常用的同类产品相比，公路院RH温拌技术还有以下优势：与沥青相容性和溶解分散特性更好，加工时只需简单搅拌即可与沥青混融均匀；与国外同类添加剂产品相比，温拌效果相当[11]。

由于Sasobit温拌外加剂效果较好，对RH温拌外加剂进行马歇尔击实试验，与Sasobit温拌外加剂进行对比研究，研究其效果。为保证试验具有对比性，本研究采用5.3%的油石比，进行不同温度下的马歇尔击实试验，所得试验结果如表6所示。