Sasobit温拌排水沥青混合料水稳定性研究＊

王 坤 陈景雅

（河海大学土木与交通学院 南京 210098）

0 引 言

温拌沥青混合料是一种新型的绿色道路材料，具有节能减排和改善施工环境的特点，目前在世界范围内得到广泛的推广和应用［1］.随着我国经济实力不断增长和人民生活水平的不断提高，公路运营要求由快捷畅通向安全、美观、舒适和环保转变.如何提高路面的服务水平减少交通安全事故，逐渐成为我国交通部门追求的新目标［2］.排水性路面因空隙率大、表面粗糙、构造深度大、防滑、抗车辙降低噪声等特点，在雨量比较大或噪声要求高的地段，铺筑该路面已受到业内人士的普遍欢迎.排水性沥青路面良好的透水降噪性都与沥青混合料较大的空隙率有关.反过来空隙率又影响其混合料强度和耐久性［3－4］.

添加剂的出现使得温拌技术与排水路面的结合成为现实，但也有许多问题亟待解决，例如，剥落.研究发现剥落与车辙是导致温拌沥青混合料路用性能降低的主要因素［5］.虽然，温拌排水沥青混合料的水稳定性在不掺加任何抗剥落剂的前提下能够满足标准要求，但是与热拌排水路面相比，还是有一定程度的下降［6］，所以研究温拌排水路面的抗水损害性，显得尤为重要.剥落是导致温拌沥青混合料路用性能降低的主要因素之一，随着时间的推移，剥落将会带来一系列的强度降低的病害，例如车辙、推移、裂缝、坑槽等［7］.因此，研究把重点放在了如何减轻甚至消除路面剥落的程度上来，除了沥青和集料本身粘结作用外，恰当的级配设计是预防剥落的首要条件，然而使用抗剥落剂也是非常有必要的［8］.含有消石灰的混合料因具有更好的强度，受车辙、水损害以及裂缝的影响较小，而得到广泛认可［9］.

考虑到温拌技术与大孔隙排水沥青路面两者对强度不利影响的叠加，目前温拌技术在排水沥青路面上的应用还罕有研究［10］，本文基于此，把研究的重点放在对Sasobit温拌排水沥青混合料的水稳定性上.

1 原材料的选择

1.1 沥青

排水沥青的大空隙结构使其具有良好的排水功能和雨天行车安全特性，但其强度和耐久性必然的会受其影响而有所损失；而且孔隙率越大，排水功能越好，损失程度越大，孔隙率也会随时间而下降，进而影响其排水功能［11］.为了减少这种损失，本试验采用优质的沥青胶结料——高粘沥青，并对其各指标进行检测，试验结果见表1.

表1 高粘沥青检测结果

对高粘沥青检测结果可得，各指标均满足要求［12］.

1.2 集料

温拌排水沥青混合料以粗集料为主，因此，粗集料质量至关重要，它直接决定路面的抗滑性能.为保证混合料排水功能，石料外形应具有近似立方体形状，针片状颗料比一般要求高，在日本要求5∶1针片状颗粒不得超过10%，而按BS812方法则要求不超过25%［13］.对集料的磨光值有较高要求，因为抵抗磨光性能强的石料作路面面层集料可提高路面防滑能力，从而可使公路交通雨天的事故减少，同时石料需有足够的强度、抗压碎性和抗冲击性，保证路面的耐久性及其表面功能性.要求采用洛杉矶法测定的磨耗率小于25%～30%.

本试验所采用的粗细集料为玄武岩，矿粉为石灰岩矿粉.集料的密度试验结果见表2.

表2 集料密度试验结果

粗集料、细集料、填料等的技术要求均应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）的相关规定.

1.3 温拌添加剂Sasobit

温拌添加剂有颗粒状及粉末状2种形态，见图1，其中粉末状适用于在熔融状态下掺入热的沥青中，颗粒状小球可直接掺入混合料，为保证施工便利及质量控制，推荐选用颗粒状形态的Sasobit温拌剂，其物理化学指标见表3.

图1 Sasobit温拌剂形态

表3 Sasobit的物理和化学性质

2 试验结果及其讨论

2.1 级配设计

在进行温拌排水沥青混合料级配设计前需要对混合料的原材料进行筛分试验，根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）在OGFC－13的级配范围内选择排水沥青混合料的3个级配，分别对3条级配的热拌沥青混合料进行马歇尔试验、肯塔堡飞散试验、谢伦堡析漏试验、车辙试，验并行进性能对比分析.3条级配的热拌沥青混合料试验结果见表4.

表4 热拌排水沥青混合料各级配试验结果

根据表4中3组级配初试沥青用量试验结果，级配C的空隙率大于要求的上限25%，级配A的空隙率小于要求的下限18%，根据试验结果并结合工程经验选择级配B为设计级配.其级配曲线图见图2.

图2 设计级配曲线图

按设计的矿料比例配料，按照5种油石比，聚酯纤维掺加量分别为混合料质量的0.25%，双面各击实50次制作马歇尔试件，并进行空隙率、肯塔堡飞散损失、马歇尔稳定度等相关指标试验，设计级配合成毛体积相对密度为2.825，合成表观相对密度为2.911，确定最佳油石比为5.4%.据此，进行最佳油石比下的马歇尔试验和肯塔堡飞散试验，试件采用5种不同的温度击实成型，根据测得的马歇尔指标以及飞散损失指标，最终确定本次试验的最佳击实温度.

2.2 最佳击实温度的确定

按设计的矿料比例配料，油石比为5.4%，聚酯纤维掺加量为混合料质量的0.25%，Sasobit温拌剂的掺量为沥青用量的2.5%，双面各击实50次制作马歇尔试件，其中，击实温度分别为140，145，150，155，160 ℃，测得的马歇尔各指标和飞散损失见表5和图3.

表5 马歇尔试验与飞散试验结果

图3 马歇尔与飞散指标与击实温度关系

由图3可知，马歇尔稳定度、毛体积相对密度随击实温度的增加而增加，空隙率、飞散损失随击实成型温度的升高呈现下降趋势.权衡四者关系，最终确定本次级配下的Sasobit温拌排水沥青混合料的最佳击实成型温度为150℃.

2.3 水稳定性试验

首先，为了对比分析Sasobit沥青混合料和普通沥青混合料的水稳定性能，分别进行了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验选取消石灰作为抗剥落剂来改善和提高Sasobit温拌沥青混合料的水稳定性，采用4种试验方法，一种是普通的热拌排水沥青混合料（OGFC－1），一种是未掺加抗剥落剂的Sasobit温拌排水沥青混合料（OGFC－2），一种是掺加1.5%消石灰的Sasobit温拌排水沥青混合料（OGFC－3），一种是掺加1.5%消石灰（含有杂质生石灰）的Sasobit温拌排水沥青混合料（OGFC－4），应用上述4种试验方法分别进行试验，评价水稳定性，优选出最佳的改善措施.试验结果如图4.

图4 不同混合料试验的MSO和TSR值

其次，为了对比分析热拌排水与Sasobit温拌排水沥青混合料的水稳定性随消石灰掺量的变化关系，按消石灰的掺量分别是混合料质量的0%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%进行5组试验，其中浸水残留稳定度试验结果如图5，一次与两次冻融循环下的冻融劈裂试验结果如图6，应用上述试验方法，最终确定此级配下的最佳消石灰掺量.

图5 浸水残留稳定度试验结果

图6 TSR随消石灰掺量的关系图

由图4可见，无论是热拌还是温拌浸水残留稳定度都是随消石灰掺量的增加呈现先增后降的趋势，而且，Sasobit温拌排水沥青混合料的水稳定性比相同条件下的热拌排水混合料的水稳定性低，消石灰的掺量超过1.5%后温拌排水沥青混合料的水稳定性增幅缓慢，超过2.0%呈现下降趋势.

由图5可见，浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比（TSR）的大小关系都是 OGFC－3＞OGFC－1＞OGFC－2＞OGFC－4，说明Sasobit温拌排水沥青混合料的水稳定性较传统的热拌方式有一定程度的下降，而加入消石灰对水稳定性有一定程度的有利影响，且加入消石灰后水稳定性基本上能达到甚至略微超过热拌的水稳定性，OGFC－4的两种强度比都大幅下降，说明生石灰的存在对水稳定性有负面作用，这是因为生石灰遇水发生反应（CaO＋H2O＝Ca（OH）2），体积膨胀，导致强度大幅降低，因此，Sasobit温拌排水沥青混合料应加入抗剥落剂消石灰来提高其抵抗水损害的能力，但是应避免消石灰中混入生石灰.

由图6可见，热拌和温拌的劈裂强度比都是随消石灰掺量的增加呈现先增后减的趋势，而且，Sasobit温拌排水沥青混合料的水稳定性比相同条件下的热拌排水混合料的水稳定性低，消石灰的掺量超过1.5%后温拌排水沥青混合料的水稳定性增幅缓慢，超过2.0%呈现下降趋势.从图中还可以得到一个重要的信息就是两次冻融循环后，未掺加与掺加消石灰的Sasobit温拌排水沥青混合料的水稳定性相比，增幅明显，说明消石灰用在Sasobit温拌排水沥青混合料中是非常有必要的.

由图4～6中可以得出，适合于本次试验级配条件下的最佳消石灰掺量为混合料总质量的1.5%，且消石灰中应避免生石灰的存在.

3 结 论

1）在相同的消石灰掺量下，马歇尔稳定度、毛体积相对密度随击实温度的增加而增加，空隙率、飞散损失随击实成型温度的升高呈现下降趋势，本次级配下的Sasobit温拌排水沥青混合料的最佳击实成型温度为150℃.

2）Sasobit温拌排水沥青混合料的水稳定性比相同条件下的热拌排水混合料的水稳定性低，加入消石灰可以增加其稳定性.适合于本次试验级配条件下的最佳消石灰掺量为混合料总质量的1.5%，消石灰掺量超过1.5%对水稳定性的影响增幅缓慢，掺量过多（大于2.0%）水稳定性反而降低.

3）生石灰对混合料的水稳定性产生不利影响，因此，应避免在消石灰中混入生石灰.

4）本次试验只是模拟了短期水稳定性试验，至于长期性能指标，还有待进一步完善；另外，消石灰的加入是否会影响到混合料的其他路用性能，还有待下一步研究.

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