青海省高寒地区温拌沥青混合料耐久性研究

赵吉明，李 强

（1.青海省收费公路管理处，青海810008；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

青海省高寒地区温拌沥青混合料耐久性研究

赵吉明1，李 强2

（1.青海省收费公路管理处，青海810008；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

青海省高寒地区温差大，紫外线辐射强，对沥青混合料的使用性能有较高的要求。文章依托青海省S101省道对温拌沥青混合料在高寒地的应用进行研究，并与常规热拌沥青混合料性能进行比较，重点分析了温拌沥青混合料的低温性能及光老化性能，研究表明温拌剂在高寒地区有较好的耐久性。

温拌沥青混合料；低温性能；老化性能；高寒地区

沥青混合料温拌技术（WMA）具有节能减排、绿色环保等优点，近年来受到国内外的广泛关注。其拌和、生产温度比常规热拌沥青混合料低20～30℃，而路用性能与热拌沥青混合料相当，能有效减少能源消耗，大大减少环境污染，提高路面压实度并延长施工季节［1］。青海省大部分地区深处内陆高原，纬度低、海拔高，具有气候寒冷、紫外线辐射强、昼夜温差大、有效工期短等明显区域特点，沥青路面施工技术有较高的要求；同时冻融病害和紫外辐射易导致沥青混合料的耐久性能不足。因此温拌技术的采用将为改善青海省寒冷地区施工条件差的状况提供很好的选择。

目前，温拌技术主要分为3类，即泡沫沥青温拌技术、有机降黏剂法和表面活性温拌技术。从施工应用情况来看，国内外已经进行了大量的应用研究，技术工艺也相对比较成熟，3种技术的应用均有其技术特点［2-3］。高寒地区恶劣的施工环境对沥青路面的使用性能和施工工艺均提出更高的要求，本文针对上述高寒地区施工环境特点，对比研究高寒地区温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的使用性能，重点比较其耐久性能。

1 温拌沥青混合料设计方法研究

本文室内试验原材料采用青海省S101省道A标生产的石灰岩集料，试验所用沥青混合料类型均为AC-13混合料，沥青为110#克拉玛依道路石油沥青，油石比为5.2%，温拌剂为有机降黏剂类，温拌剂掺量为沥青混合料的3‰。本文所用沥青混合料级配如表1所示。

为了更好地分析现场施工温度对温拌沥青混合料压实度的影响，本文采用马歇尔设计方法进行室内试验，按照不同击实温度成型2种混合料的马歇尔试件，并测量空隙率，研究温拌沥青混合料的最佳施工温度范围，试验结果如表2、表3所示。

表1 试验所用AC-13沥青混合料级配

表2 添加温拌剂混合料室内马歇尔试验结果

表3 未掺加温拌剂室内马歇尔试验结果

通过以上试验结果可知：掺加温拌剂后，混合料最大理论密度的变化不大。相同击实温度条件下，马歇尔试件的空隙率有所降低，说明温拌剂对于沥青混合料的压实起到积极作用；相比于热拌沥青混合料，温拌剂的加入在较低温度下可以保证混合料的体积指标满足要求，随温度的逐步降低，掺加温拌剂的沥青混合料性能指标也有衰减的趋势，说明温拌剂对沥青混合料性能的改善存在一定的温度区间范围。本试验确定温拌沥青混合料的压实温度不低于125 ℃。

2 温拌沥青混合料的耐久性影响研究

高寒地区的气候特征对沥青路面使用的寿命影响较大。本文对青海省S101省道2种类型的沥青混合料进行长期光老化及冻融条件模拟试验，同时进行混合料的疲劳和低温性能试验，以综合评价其耐久性。温拌沥青混合料的成型温度为130 ℃，低温性能试验采用小梁试件。

青海省S101省道所在区域太阳辐射约为6500MJ·m-2·a-1，本研究采用P=500 W/m2的老化试验箱光照强度，进行等效计算，得出自然老化一年室内试验约需要8.8 d。得出2种沥青混合料在等效3年期的光老化结果如表4、图1所示。

表4 不同时间光老化后小梁弯曲试验结果

图1 光老化随时间延长小梁试件性能变化趋势

试验结果表明，随着光老化时间的延长，小梁试件的力学性能出现明显的下降趋势，但温拌沥青混合料比热拌沥青混合料力学性能衰减趋势缓和，其光老化等效半年期的小梁应变值衰减幅度较热拌沥青混合料小3.1%，1年期的小4.1%，2年期的小5%，3年期的小5%。劲度模量随着老化时间的延长逐步上升，等效半年期时温拌沥青混合料较热拌沥青混合料劲度模量小5%，1年期小5%，2年期小15%，3年期小32%。低温小梁的应变值越大低温性能越好，从2种类型的沥青混合料衰减趋势来看，温拌沥青混合料相对于热拌沥青混合料具有较好的路用耐久性。

考虑到青海省高寒地区的雨雪综合影响，在光老化的过程中增设附加雨水和低温因素的外部条件，对光老化期间的小梁试件每隔6个月进行一次冻融试验，按照T0715—2011沥青混合料弯曲试验要求成型低温小梁试件，按照T0717标准的饱水试验方法真空饱水，在97.3～98.7 kPa（730～740 mmHg）真空条件下保持15 min，然后打开阀门，恢复常压，试件在水中放置0.5 h。取出试件放入塑料袋中，加入约10 mL的水，扎紧袋口，将试件放入温度为-18 ℃± 2 ℃的恒温冰箱，保持4 h。冻融试验结束后升至常温再进行光老化试验，实际老化时间仍以室内等效模拟累计时间计算。试验设计如表5所示。

由结果可知，在增加冻融条件后随着光老化时间的延长，小梁试件的力学性能出现明显的下降趋势，而劲度模量随着老化时间的延长也出现大幅的上升，可见低温环境下光老化对青海省沥青路面的低温性能影响更大，但温拌沥青混合料要比热拌沥青混合料表现出更好的耐久性，其光老化等效1年期的小梁应变值衰减幅度较热拌沥青混合料小7%， 2年期的小6%，3年期的小8.3%。而劲度模量随着老化时间的延长逐步上升，等效1年期时温拌沥青混合料较热拌沥青混合料劲度模量小8.8%，2年期小13.1%，3年期小19.6%。同时在低温和光老化综合影响下，第2年的衰减幅度最大，之后逐步趋于平缓。

表5 冻融条件下模拟室内外光老化时间对照表

试验结果如表6所示。

表6 光老化+冻融后小梁弯曲试验结果

对比3年周期内单纯光老化和光老化+冻融后沥青混合料的低温性能衰减趋势结果可知，冻融条件加剧了混合料低温性能衰减的趋势，导致低温性能出现的大幅衰减，第2年的衰减幅度增加最大，之后趋于平缓。因此，高寒地区光老化和冻融条件对沥青混合料低温性能影响巨大，而温拌沥青混合料相对于热拌沥青混合料具有良好的耐久性。

3 结语

综合来看，加入温拌剂后，在保证混合料体积指标的前提下可以有效降低施工温度，其拌和温度比常规热拌沥青混合料降低约20 ℃。相对于热拌沥青混合料，温拌沥青混合料在高寒地区光老化和冻融循环条件下表现出更好的路用耐久性能，可以在一定程度上延长高寒地区沥青路面的使用寿命。

［1］黄文元，秦永春.沥青温拌技术在国内外的应用现状［J］.上海公路，2008（3）：1-4.

［2］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．

［3］杨通明.掺加新型国产温拌剂的沥青混合料路用性能评价［J］.公路交通技术，2015（2）：49-52.

Research on Durability Performance of Warm-mix Asphalt Mixture in Cold Regions of Qinghai Province

Zhao Jiming1, Li Qiang2
（1. The toll road management in Qinghai province，Qinghai 810008; 2. JSTI Group, Nanjing 211112, China）

In alpine region of Qinghai province, the requirements for asphalt mixture performance is higher because of the high altitude temperature difference and strong ultraviolet radiation. In this paper, based on highway S101 in Qinghai province, the application of warm-mix asphalt mixture in cold regions is researched, and the performances are compared with conventional hot mix asphalt mixture performance. The low temperature performance and aging performance of warm-mix asphalt mixture are analyzed emphasisly. The research shows that temperature mixing agent has good durability in cold area.

warm-mix asphalt mixture; low temperature performance; aging performance; cold region

U414

A

1672-9889（2016）05-0013-03

2015-11-16）

赵吉明（1985-），男，陕西咸阳人，工程师，主要从事道路新材料和沥青路面方面的研究工作。