温拌沥青混合料的路用性能研究

2013-08-21田静

山西建筑 2013年7期

田静

(山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是一种新型的沥青混合料，其实质是通过添加剂和工艺作用，能够在明显较低温度条件下实现沥青路面施工的沥青混合料。WMA通常可以比同类型热拌沥青混合料的施工操作温度下降30℃～60℃，因此减少了混合料生产过程中的燃油消耗，起到了降低成本、节约能源和保护环境的作用。本文从路用性能方面探讨WMA在降低施工温度的前提下，对沥青混合料的影响［1］。

1 材料

1)沥青。采用韩国SK-70号道路石油沥青，其技术性能指标试验结果见表1。

表1 沥青的基本性质

2)集料。粗集料采用产自泾阳的碱性集料石灰岩，表面比较粗糙，无风化、无杂质。石料压碎值为8%，表观相对密度为2.82，洛杉矶磨耗损失为21%，吸水率为0.7%，针片状颗粒含量为10%，泥土含量0.4%。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。试验中采用石灰岩碱性集料，与沥青有良好的粘结能力。表观相对密度为2.78，砂当量为72.1%。

3)填料。石灰岩磨细矿粉的表观密度为2.83 g/cm3，含水量为 0.5%，亲水系数为 0.68。

4)添加剂。试验中采用的沥青降粘剂是SasoWMA蜡，SasoWMA是一种新型的温拌沥青混合料改性剂［2］，属于长链脂肪族烃类物质，用于温拌沥青混合料中，不仅可以降低施工温度、改善施工和易性，而且可以提高温拌沥青混合料的路用性能。SasoWMA外观呈白色颗粒状，不溶于水，常温下为固态，对人体无害，其基本特性如表2所示。

5)温拌沥青的制备方法。SasoWMA熔点在100℃左右，是低熔点的有机材料，在温度高于120℃时就以液体的形式存在，可以和沥青均匀完美的融合在一起且不离析。因此可以直接添加，室内试验一般采取湿拌的方式来制备温拌沥青。a.加热沥青至135℃，确保沥青的良好流动性。b.按比例称取SasoWMA添加剂，缓缓加入基质沥青中，边加入边搅拌，一般应搅拌30 min左右，在搅拌的过程中也要保持沥青的温度稳定。SasoWMA按比例分次投入。

表2 SasoWMA基本性质

2 混合料设计

2.1 矿料级配

试验采用AC-16沥青混合料，其合成级配如图1所示(集料级配以方孔筛作为控制标准)。

图1 级配曲线图

2.2 最佳沥青用量

在确定了沥青混合料的矿料级配以后，采用马歇尔试验确定最佳沥青用量为4.8%。

2.3 温拌沥青混合料的配合比设计

温拌沥青混合料采用同热拌沥青混合料相同的级配和最佳沥青用量。本文温拌沥青混合料配合比设计的验证思路为:采用同热拌沥青混合料相同的配合比和材料，在不同温度下成型试件，进行路用性能测试，并与热拌沥青混合料的试件做比较。这样可以给热拌沥青混合料和温拌沥青混合料提供一个很好的比较平台，在同一压实水平下，能更准确地通过温拌沥青混合料与热拌沥青混合料性能上的差异找出问题的所在。同时验证几种温拌沥青混合料技术时，可节省很大的工作量。

拌和与压实温度是沥青混合料配合比设计和质量控制的重要影响因素［3］。目前SasoWMA温拌沥青混合料的拌和与压实温度较热拌沥青混合料低20℃～30℃。本文成型SasoWMA温拌沥青混合料试件采用的拌和与压实温度较热拌沥青混合料低30℃，WMA及HMA两种不同沥青混合料在拌制过程中各个环节的温度对比见表3。

表3 试验温度 ℃

3 试验结果与分析

3.1 车辙试验

车辙试验与实际沥青路面的车辙相关性较好，是最常用的沥青混合料高温性能评价试验。通过测定试件的变形与时间或车轮通过次数之间的关系，计算沥青混合料动稳定度DS(次/mm)。动稳定度是试验温度60℃、轮压0.7 MPa条件下得到的指标，反映每变形1 mm轮压所碾压的次数。车辙试验测得的动稳定度和车辙深度结果见图2。

图2 WMA与HMA的车辙试验结果

由图2可见，温拌沥青混合料的动稳定度比热拌沥青混合料有一定程度的提高，而车辙深度减小，说明温拌沥青混合料的高温稳定性能较好，没有因为混合料生产过程中拌和与压实温度的降低而出现压实不足或因沥青老化减轻而引起车辙破坏。其原因是路面正常使用温度下，SasoWMA在结合料中形成晶格结构，提高了路面的高温稳定性，增强了路面的抗车辙能力［4］。

3.2 弯曲试验

弯曲试验是在－10℃的低温条件下，测定沥青混合料在加载速率50 mm/min的条件下的抗弯拉强度RB、弯拉应变εB和弯曲破坏劲度模量SB，检验沥青混合料的低温抗裂性能。两种混合料的弯曲试验结果见表4。由表4可知，温拌沥青混合料的低温抗弯拉强度较大，说明其能承受更大的荷载，这是因为SasoWMA能与部分被它吸附又溶解它的饱和组分一起逐渐结晶析出，从而锁定这些饱和的油类、蜡类组分，提高了沥青的软化点和强度。温拌沥青混合料的抗弯拉应变较小，而抗弯拉应变越大的混合料低温抗裂性越好。温拌沥青混合料之所以低温抗裂性较差，是因为混合料的拌和和成型温度较低，影响了混合料的均匀性，使得混合料在低温条件下更容易开裂。温拌沥青混合料的低温性能主要由其基质沥青决定。掺入适量的SasoWMA不能改变其对沥青低温柔性的贡献。所以掺减粘剂的温拌沥青混合料的低温性能，主要取决于基质沥青。

表4 小梁弯曲试验结果

3.3 水稳定性试验

对于温拌沥青混合料，拌和温度的降低可能导致集料中的水分没有蒸发完全，而是被沥青封闭在集料表面上，从而导致沥青混合料发生水损害现象，因此，沥青混合料的水稳定性检验是非常必要的。1)浸水马歇尔试验。浸水马歇尔试验是评价沥青路面水稳定性的常用方法，根据浸水前后沥青混合料物理、力学性能的降低程度来表征其水稳定性。2)冻融劈裂试验。冻融劈裂试验也是评价沥青混合料水稳定性的试验方法。它比一般的浸水试验条件更苛刻，得到的试验结果与实际情况较为吻合，是目前使用较为广泛的试验。如图3所示为两种混合料的水稳定性试验结果。从图3可见，温拌沥青混合料的浸水残留稳定度与基质沥青混合料相比有所降低，而冻融劈裂强度与基质沥青混合料相差不大，说明降低混合料拌和与成型温度对混合料的水稳定性有一定的影响，但影响不大，满足了规范的要求。