壳牌成品温拌沥青混合料性能评价

蒋子龙，刘黎萍，李 迪，徐周聪

（同济大学 交通运输工程学院，上海 201804）

在道路温拌改性沥青混合料的施工过程中，常需要增加添加温拌剂的环节，有时还需要对现有设备进行改造［1－4］.这增加了施工的复杂度，并带来了一定程度的安全隐患.另一方面，虽然拌合温度降低了，但是基础沥青仍需加热到高温，使得节能减排效果大打折扣.

市面上的温拌产品多为温拌添加剂.与其他公司的温拌产品不同，壳牌公司并不是提供温拌添加剂，而是提供加入了温拌剂的成品沥青.因此，在混合料的生产过程中，就可去掉添加温拌剂的工序，使得其温拌沥青混合料的试验和施工工序与普通热拌沥青混合料完全一样；而且成品沥青只需要加热到较低的温度即可进行拌合.作者依托崇明生态道路项目，拟对壳牌成品温拌改性沥青混合料进行研究，并通过与热拌沥青混合料进行对比，评价壳牌成品温拌改性沥青混合料的路用性能.

1 壳牌成品温拌改性沥青的性能

因为已经是成品温拌沥青，所以直接对壳牌成品温拌改性沥青（简称为壳改沥青）进行相关指标的测试，整个过程与热拌沥青混合料的试验过程完全一样［5］.

1.1 三大指标试验

沥青的三大指标，即针入度、软化点和延度，是评价沥青性能最基础也是最重要的指标.根据规范的要求，壳改沥青三大指标的测定结果为针入度（25 ℃，100g，5s）60.5（0.1mm）、软化点TR＆B77.0℃和延度（5℃，5cm／m）30.5cm.

由试验数据可以看出，壳改沥青与SBS I－C类改性沥青的三大指标没有明显差别.

1.2 粘度试验

粘度是评价沥青性能的重要指标之一，对其路用性能影响很大.采用布氏粘度指标来评价壳改沥青的粘度.壳改沥青的粘度－温度曲线如图1所示.135℃温度时，SBSI－C类改性沥青的粘度为2.32Pa·s.

图1 壳改沥青的粘度—温度曲线Fig.1 Viscosity and temperature curve of Shell－finished warm asphalt

从图1中可以看到，壳改沥青的粘度较SBSIC改性沥青的要低，这也就是壳改沥青能降低混合料拌合温度的原因所在.

2 壳牌成品温拌改性沥青混合料的性能

为了全面评价壳牌成品温拌改性沥青混合料（简称为壳改沥青混合料）的性能，采用马歇尔试验设计法，测定混合料的体积参数和路用性能.同时使用壳牌SBS沥青成型热拌沥青混合料试件，与壳改沥青混合料的各项性能进行对比.

2.1 温度控制

依据以往的研究［6－8］和经验，经过不断调整确定了温度控制方案，见表1.

表1 各环节温度控制Table 1 Temperature control ℃

2.2 级配设计

试验中，矿料为玄武岩，采用AC－13级配，通过试配法确定混合料级配，见表2.试验油石比后确定两种混合料的最佳油石比并进行验证，其结果见表3.

表2 沥青混合料（AC－13）级配设计Table 2 AC－13gradation design of asphalt mixtures

2.3 高温稳定性

高温稳定性为沥青混合料在高温和外力作用下抵抗流动变形的能力，采用车辙试验中的动稳定度来评价两种混合料的高温稳定性.按照规范要求，试验温度60℃（5h保温时间＋1h车轮荷载作用时间），车轮速度为42次／min，车轮荷载0.7MPa.测定的动稳定度数据见表4.

从表4中可以看出，壳改沥青混合料的动稳定度好于热拌改性沥青混合料的，两者都远远超过了规范要求.

表3 最佳油石比及体积参数Table 3 Optimum asphalt content and the volume parameters of the asphalt mixture

表4 动稳定度测试结果Table 4 Test results of dynamic stability

2.4 水稳定性

沥青混合料的水稳定性表征混合料抵抗水损害的能力，试验指标需要在一定程度上反映沥青路面在行车荷载和水的联合作用下不致产生松散等水损害现象的能力.依据规范要求，选取冻融劈裂抗拉强度比作为评判标准，试验结果见表5.

表5 冻融劈裂强度测试结果Table 5 Test result of TSR

从表5中可以看到，壳改沥青混合料的水稳定性比热拌改性沥青混合料的要差，刚满足规范要求.针对壳改沥青混合料的冻融劈裂强度较低的情况，分别用水泥和消石灰替代1%的矿粉，用成型试件测试这两种情况下壳改沥青混合料的冻融劈裂比，试验结果见表6.

表6 改进方案的冻融劈裂强度Table 6 TSRresult of improved scheme

从表6中可以看出，水泥和消石灰的加入均可以增加冻融劈裂比，提高混合料的水稳定性，其中消石灰的提高作用非常明显，把冻融劈裂比提高了10%以上.这表明，对于壳改沥青混合料，可以使用适量的水泥或消石灰替代一部分矿粉来提高混合料的水稳定性，有条件的情况下，优先考虑使用消石灰.

2.5 低温抗裂性

低温抗裂性是沥青混合料的重要性能之一，选用低温小梁弯曲试验来评价混合料的低温抗裂性能.试验在（－10±0.5）℃的温度条件下进行加载速率为50mm／min，试验结果见表7.

表7 低温弯曲试验结果Table 7 Test result of low temperature bending

从表7中可以看到，壳改沥青混合料的低温抗裂性能好于热拌改性沥青混合料的，两者都远远超过了规范要求.

2.6 抗疲劳性能

选取应力控制模式进行混合料的疲劳性能试验，采用MTS试验设备，三分点加载，试件尺寸为50mm×50mm×250mm.测试试件在不同应力比下的疲劳寿命.试验过程中，发现壳改沥青混合料和热拌改性沥青混合料的疲劳曲线有很大差别，因此又增加了一组温拌沥青混合料试验组，该组混合料使用某外掺温拌剂和壳牌SBS改性沥青，其试验结果如图2所示.

图2 疲劳寿命曲线Fig.2 Fatigue lifetime and the stress ratio of different mixtures

从图2中可以看出，随着应力级位的增加，热拌沥青混合料的疲劳寿命迅速下降；而温拌沥青混合料疲劳寿命的下降幅度要小很多.

对于两种温拌沥青混合料，疲劳曲线走势相近.但是壳改沥青混合料在各应力比下，疲劳性能都略优于外掺式温拌沥青混合料，这是因为壳牌成品沥青的在混合料拌合前只需加热到160～165℃，外掺式温拌沥青混合料需要加入SBS沥青，而SBS沥青需要加到180℃，从而增加了沥青老化程度.

3 结论

1）壳牌成品温拌改性沥青的三大指标（针入度、软化点和延度）与普通改性沥青没有明显差别，其高温粘度比普通改性沥青的低.

2）使用壳牌成品温拌改性沥青，使混合料可以在低于热拌30℃的温度条件下进行拌合，并且所有性能均满足热拌沥青混合料的规范要求.

4）使用壳牌成品改性沥青，减少了添加温拌剂的环节，其温拌混合料的试验和施工工序与热拌沥青混合料完全一样，施工更加安全、方便.

5）试验（施工）过程中，壳牌成品沥青工作温度可以一直控制在165℃以下，这进一步地减少了碳排放和环境污染，也使了混合料的老化程度进一步降低.

（References）：

［1］陈国强，刘黎萍.Sasobit改性沥青混合料的性能评价［J］.公路工程，2009，34（6）：64—67.（CHEN Guoqiang，LIU Li－ping.Performance evaluation of asphalt mixture with sasobit［J］.Highway Engineering，2009，34（6）：64—67.（in Chinese））

［2］张镇，刘黎萍.基于表面活性温拌技术在河南驻泌高速中的首次应用［J］.公路工程，2009，34（3）：11—14，32.（ZHANG Zhen，LIU Li－ping.The first application of the DAT technology in Henan Zhumi Highway［J］.Highway Engineering，2009，34（3）：11—1432.（in Chinese））

［3］秦永春.基于表面活性剂的温拌沥青混合料的设计及相关性能研究［D］.上海：同济大学，2009.（QING Yong－chun.Design and related performance of WMA based on evotherm－DAT warm－mixed additive［D］Shanghai：Tongji University，2009.（in Chinese））

［4］Gandhi T.Effects of warm asphalt additives on asphalt binder and mixture properties［D］.Clemson South Carolina：Clemson University，2008.

［5］交通部公路科学研究所.JTJ 052—2000，公路工程沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社2000.（Research Institute of Highway，Ministry of Communieations.JTJ 052—2000，Highway asphalt mixture testing procedures［S］.Beijing：China Communications Press，2000.（in Chinese））

［6］Arif C，Joe B.A review of warm mix asphalt［R］Springfield，Virginia：Texas Transportation Institute 2008.

［7］Steven P.Synthesis of warm mix asphalt paving strategies for use in Montana highway construction［R］.Montana：The State of Montana，2009.

［8］Graham H，Brian P.Evaluation of potential processes for use in warm mix asphalt［R］.Alabama：Auburn University，2006.