掺加不同温拌改性剂的沥青混合料性能研究

黄小亚

(重庆鹏方路面工程技术研究院有限公司，重庆　400025)



掺加不同温拌改性剂的沥青混合料性能研究

黄小亚

(重庆鹏方路面工程技术研究院有限公司，重庆400025)

文章利用GTM试验方法对普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料进行了配合比设计，并在最佳油石比条件下，分别对不掺加、掺加温拌改性剂(Sasobit、ZYF)的沥青混合料的高温性能、抗水损害能力及低温抗裂能力进行了试验研究。结果表明：两种温拌改性剂均能有效降低沥青混合料的压实温度，且能使沥青混合料具有良好的路用性能。

温拌沥青混合料；温拌改性剂；GTM试验方法；路用性能

0　引言

温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是一种可以代替热拌沥青混合料HMA(Hot Mix Asphalt)的节能环保型材料。与HMA相比，WMA是通过一定的技术处理降低沥青黏度，从而实现在较低温度下混合料的拌合与摊铺，与此同时保持和HMA一样的施工和易性和路用性能。由于WMA具有良好的环保性能，近年来得到各国沥青路面研究人员的广泛关注[1，2]。

本文通过对沥青(SK70#沥青和SBS改性沥青)掺加不同温拌改性剂进行湿法改性，采用GTM方法对掺加不同温拌改性剂的温拌沥青混合料的路用性能进行试验研究，以期对实际工程应用提供相关试验支撑材料。

1　材料与方法

1.1原材料

温拌改性剂采用Sasobit和自行研发温拌剂(简写为ZYF，是通过费托工艺室内试制而得)，温拌改性剂的掺量均为沥青掺量的3%[3]。

本文采用SK70#A级道路石油沥青和SBS I-D级改性沥青，粗集料、细集料均为石灰岩，填料为矿粉，所有原材料的各项技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关技术要求。

1.2矿料级配

为避免矿料级配组成差异对试验结果造成影响，本试验采用逐档配料的方法合成级配，级配采用AC-13型沥青混合料建议级配范围中值(见表1)，并且采用GTM试验方法确定沥青混合料的最佳油石比。

表1　AC-13型沥青混合料级配设计表

1.3制备方法

温拌沥青混合料的制备方法：采用湿拌的方式制备温拌沥青混合料。即先将沥青加热至140 ℃(SK70#沥青)/160 ℃(SBS改性沥青)，将一定剂量的温拌改性剂添加入原样沥青中并搅拌均匀(温度≥120 ℃，以140 ℃～160 ℃为佳，搅拌时间30～60 min，搅拌速度在100 r/min左右)，即形成温拌沥青。再将温拌沥青与矿料进行拌合形成温拌沥青混合料。

为便于对比，本文将添加SK70#沥青、SK70#沥青+3%Sasobit、SK70#沥青+3%ZYF的AC-13型沥青混合料分别简写为“普通AC-13”“Sasobit温拌AC-13”“ZYF温拌AC-13”。将添加SBS改性沥青、SBS改性沥青+3%Sasobit、SBS改性沥青+3%ZYF的AC-13型沥青混合料分别简写为“SBS类AC-13”“Sasobit温拌SBS类AC-13”“ZYF温拌SBS类AC-13”。

2　结果与讨论

2.1最佳油石比的确定

GTM试验方法的工作参数及试件成型条件为[4]：

(1)垂直压强：0.7 MPa；初始角θ=1.6°。

(2)试件成型控制方式：极限平衡状态控制。

(3)成型温度：普通AC-13为140 ℃～145 ℃；SBS类AC-13为150 ℃～155 ℃。

AC-13型沥青混合料GTM试验结果、试件的体积参数、马歇尔试验结果见表2及图1～2。

表2　AC-13型沥青混合料的体积参数及马歇尔试验结果表

(a)GSI曲线

(b)GSF曲线

(a)毛体积相对密度曲线

(b)W曲线

(c)VMA曲线

(d)VFA曲线

对于普通AC-13和SBS类AC-13，当油石比分别大于4.2%、4.5%时，GSI(反映沥青混合料试件受剪应力作用的变形稳定程度参数)曲线呈急剧增加趋势，两种沥青混合料的塑性变形过大(见图1(a))；从GSF(反映沥青混合料抗剪强度方面的强度稳定性参数)随油石比的变化情况来看，当油石比分别大于4.2%、4.5%时，GSF呈加速下降趋势。各混合料的体积参数与油石比的关系(见图2)亦表明，在不发生过大的塑性变形所对的油石比处，空隙率值均<4.0%，基本上位于VMA最小值附近。综合考虑GTM试验结果和体积参数变化趋势，普通AC-13和SBS类AC-13沥青混合料的最大油石比分别为：4.2%、4.5%。

根据图1～2，还可确定出普通AC-13和SBS类AC-13沥青混合料的最佳油石比范围，该范围内油石比变化不会对混合料性能造成显著的、不可接受的影响。最佳油石比范围为：普通AC-13为4.0%～4.4%；SBS类AC-13为4.3%～4.7%。

2.2试件成型温度

目前，WMA大多直接采用与HMA相同的配合比设计方法。因此，在本次试验中，WMA直接采用HMA确定的级配和最佳油石比。

本文从普通AC-13、SBS类AC-13的拌合温度入手，采用GTM试验方法在不同温度下对掺加温拌改性剂的沥青混合料成型试件，测试其空隙率、毛体积密度等体积参数，通过空隙率-温度曲线确定温拌沥青混合料的压实温度试验结果(见表3及图3)。

表3　AC-13型沥青混合料不同成型温度下的体积指标数值表

(a)普通沥青混合料

(b)SBS改性沥青混合料

由表3和图3可知，掺加温拌改性剂Sasobit、ZYF后，普通沥青混合料和SBS改性沥青混合料的孔隙率与压实温度之间分别呈二次抛物线关系、线性关系，相关性系数均>0.95。达到与在最佳油石比下成型的普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料相同的空隙率时，混合料压实温度分别为110 ℃、135 ℃，降温幅度分别为35 ℃、20 ℃，说明两种温拌改性剂均具有良好的降温效果。

根据表3和图3，列出了AC-13型沥青混合料的压实温度(见表4)，以便评价温拌沥青混合料的路用性能。

表4　AC-13型沥青混合料的压实温度表

2.3AC-13型沥青混合料路用性能试验结果

在确定的最佳油石比条件下，GTM试验方法设计的六种沥青混合料(采用表4列出的压实温度)的路用性能检验结果见表5和图4。

表5　AC-13型沥青混合料路用性能试验结果表

对六种沥青混合料的路用性能试验结果进行分析，可得如下结论：

(1)三种普通沥青混合料的车辙动稳定度均>1 000次/mm，三种SBS改性沥青混合料的车辙动稳定度均>2 800次/mm，都满足JTJF40-2004规范要求。同时，掺加了温拌改性剂的沥青混合料动稳定度均有所提高，对普通沥青混合料动稳定度提高的幅度较明显。

(2)所有沥青混合料的残留稳定度和残留强度比均满足JTJF40-2004规范要求。且掺加温拌改性剂对沥青混合料的抗水损害能力略有所提高。

(3)所有沥青混合料的低温弯曲破坏应变均满足JTJF40-2004规范中≥2 000με的要求。三种普通沥青混合料的破坏应变相差≤5%，三种SBS改性沥青混合料的破坏应变相差≤3%，即掺加温拌改性剂沥青混合料与不掺加温拌改性剂沥青混合料的低温抗裂性能基本相当。

(4)与温拌改性剂Sasobit相比较，温拌改性剂ZYF的高温性能、抗水损害能力、低温抗裂能力均略有下降，但都满足规范要求。

(a)动稳定度

(b)残留稳定度

(c)残留强度比

(d)破坏应变

(e)抗变拉强度

3　结语

(1)GTM试验结果表明：普通AC-13的最佳油石比范围为4.0%～4.4%，SBS类AC-13的最佳油石比范围为4.3%～4.7%。

(2)在最佳油石比下，达到与普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料相同的空隙率时，掺加温拌改性剂沥青混合料的压实温度分别为110 ℃、135 ℃，降温幅度分别可达35 ℃、20 ℃。

(3)与不掺加温拌改性剂沥青混合料相比，掺加温拌改性剂沥青混合料的高温性能均有提高，抗水损害能力和低温抗裂能力则基本相当。

[1]郭平，祁峰，等.温拌沥青混合料的路用性能[J].长安大学学报(自然科学版)，2010，30(3)：10-13.

[2]王修山，凡涛涛，等.成型温度对温拌沥青混合料路用性能的影响[J].浙江理工大学学报(自然科学版)，2014，31(6)：651-654.

[3]王茂文，吴超凡，等.温拌沥青沥青混合料路用性能研究[J].公路，2009(11)：175-179.

[4]天津市市政工程研究院.城市快速路高性能沥青路面研究[R].2005.

Study on the Performance of Asphalt Mixtures with Different Warm-mix Modifiers

HUANG Xiao-ya

(Chongqing Pengfang Pavement Engineering Research Institute Co.，Ltd，Chongqing，400025)

This article used the GTM test method to conduct the mix ratio design for ordinary asphalt mixtures and SBS modified asphalt mixtures，and under optimal bitumen-aggregate ratio conditions，it conducted the experimental study respectively on the high temperature performance，water damage resistance and low-temperature crack resistance capability of asphalt mixtures with and without mixing by warm-mix modifiers(Sasobit，ZYF).The results showed that：these two kinds of warm-mix modifiers can both effectively reduce the compaction temperature of asphalt mixtures and make a good road performance of asphalt mixtures.

Warm-mix asphalt materials；Warm-mix modifiers；GTM test method；Road performance

U416.217

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.001

1673-4874(2016)08-0001-05

2016-06-04

黄小亚(1984—)，硕士，主要从事路基路面工程研究工作。