直投式工艺制备彩色沥青混凝土的路用性能研究

徐志承

上海浦兴路桥建设工程有限公司 上海 201210

彩色沥青混凝土是指用脱色沥青或人工配制的浅色胶结料、集料和颜料等拌制的混凝土，应用于路面后具有美观、安全警示、舒适等功能[1-2]。

常规制备彩色沥青混凝土的工艺主要分为2种[3-5]：一种是用芳烃油、石油树脂、添加剂和颜料预先配制彩色胶结料，然后再用机械设备将其与集料、填充料拌制成彩色沥青混凝土；另一种工艺则是用芳烃油、石油树脂和添加剂预先混合制备浅色胶结料，而后用机械设备拌和浅色胶结料、颜料、集料和填充料来制备彩色沥青混凝土。这2种工艺的稳定性、成熟度和效果均经过了大量工程应用实践的验证。

然而随着社会和民众对环境保护效益的日益注重，这2种常规工艺在环保方面的不足日显突出。这是因为在高温加工预制彩色胶结料、浅色胶结料、将颜料直接投放入生产机械设备等工艺步骤过程中，排放的气体和颜料粉尘，对空气有一定程度的污染[6]。此外，高温预制胶结料会造成胶结料老化。因此，本文探索和研究了一种直接投放式工艺，以期避免上述不足。

1 试验内容

本文以常规工艺制备彩色沥青混凝土为参考，对比研究采用直接投放式工艺制备彩色沥青混凝土的性能，试验的原材料包括芳烃油、石油树脂、SBS（苯乙烯系热塑性弹性体）、无机颜料和集料。

1.1 常规工艺制备彩色沥青混凝土

先将石油树脂加热至120～150 ℃，然后加入芳烃油，机械搅拌混合均匀，之后将这2种物质的共混体系加热至170～180 ℃，接着将SBS加入，继续机械搅拌混合均匀并剪切混合体系，最后将颜料加入该混合体系，继续搅拌混合均匀，由此制备得到彩色胶结料。依据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（下称《规程》），用制备好的彩色胶结料与集料、填充料拌制彩色沥青混凝土。

1.2 直接投放式工艺制备彩色沥青混凝土

直接投放式制备彩色沥青混凝土工艺由3个工艺步骤组成：

1）将石油树脂加热至100～130 ℃，加入SBS并搅拌与剪切，待二者混合混匀后再加入颜料继续搅拌均匀，待完成这3种物质的混合后，将混合体放入－10～－5 ℃的环境箱中降温，待混合体完全固化后，取出并破碎成尺寸不大于5 cm的颗粒。

2）将集料加热，加热温度超出常规工艺制备彩色沥青混凝土时集料温度的5～10 K；加热芳烃油，加热温度要比常规制备彩色沥青混凝土工艺时彩色胶结料的温度低10～20 K。

3）根据彩色沥青混凝土的材料配比组成，将集料、破碎的颗粒和芳烃油依次放入拌缸，按常规拌和工艺拌制彩色沥青混凝土。

1.3 材料组成与配合比

直接投放式工艺与常规工艺的材料组成和配比相同，胶结料中芳烃油占比为55%，SBS占比3%，石油树脂占比42%；本文选择AC-13型沥青混凝土作为混凝土的类型，并根据JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》（下称《规范》）进行配合比设计（表1），确定胶结料的最佳用量为混凝土的5.5%，颜料用量为2.4%。

表1 彩色沥青混凝土合成级配

1.4 性能测试

根据《规程》的相关试验方法，对由2种工艺制备的彩色沥青混凝土分别进行体积指标测量、马歇尔稳定度测定、高温车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验，来评价直接投放式制备工艺对彩色沥青混凝土高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等性能的影响情况。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

2.1.1 体积指标

根据《规程》，测量由2种工艺制备的彩色AC-13型沥青混凝土体积指标——孔隙率。检测结果显示，直投式工艺制备彩色混凝土的孔隙率指标与常规工艺制备的基本相近，这说明共混颗粒对彩色混凝土的孔隙率没有影响。

2.1.2 马歇尔稳定度

由2种工艺制备的混凝土试样的马歇尔稳定度指标结果可以看出，直投式工艺制备的试样的马歇尔稳定度不仅满足规范要求，而且略微高于常规工艺制备的试样。

2.1.3 动稳定度

动稳定度是评价沥青混凝土高温性能的主要指标，从2种工艺制备的沥青混凝土的动稳定度指标可知，直投式工艺制备的试样的高温性能要优于常规工艺制备的试样。

2.1.4 冻融劈裂试验

就低温抗裂性能而言，直投式工艺制备的试样的破坏应变不如常规工艺制备的试样，但仍能满足规范标准的要求，数值在2 700～3 000之间。

2.1.5 残留稳定度和劈裂强度比

一般用马歇尔残留稳定度和劈裂强度比来评价沥青混凝土的水稳定性能。《规范》对AC-13型沥青混凝土的浸水马歇尔残留稳定度要求是不低于85%，冻融劈裂试验的劈裂强度比不低于80%。直投式工艺制备的试样的这2个指标基本能够满足规范要求，但与常规工艺制备的试样有一定的差距。

2.2 讨论与分析

试验结果表明，采用直接投放工艺制备彩色沥青混凝土，其对应试样的稳定度和动稳定度指标要比常规工艺制备的试样高，但在低温抗裂性、水稳定性方面要差。造成这种现象的本质原因可能与直投式颗粒物在沥青混凝土中的分散情况有关。

常规工艺是先预制彩色胶结料或浅色胶结料，在拌和彩色沥青混凝土之前，这些胶结料已经经历了充分的熔胀、熔解和分散，因而在拌制彩色沥青混凝土的过程中，胶结料的各成分能够与集料、填充料之间形成均匀的混合。相比之下，在相同的混凝土拌和工艺条件下，直投式颗粒物在拌和过程中没有完全熔解和分散，其未完全分解的颗粒物在沥青混凝土中充当了骨料的作用[7]，对彩色沥青混凝土的高温性能有利，但不能充分发挥胶结料的作用，致使混凝土的低温和水稳定性能不足。

3 结语

本文从试验角度探索和研究了用一种直接投放式工艺制备的彩色沥青混凝土性能，其各项性能指标基本能够达到规范要求，但部分指标，如水稳定性、低温抗裂性不如常规工艺制备的彩色沥青混凝土。分析认为这可能是由彩色沥青混凝土拌和过程中直投式颗粒物熔解分散效果不佳造成的。

因此，为了提高直投式工艺制备的彩色沥青混凝土的低温稳定性和水稳定性，后续有必要深化研究颗粒物与芳烃油、集料、填充料的优化型拌和工艺[8]，并在此基础上规模化、工厂化生产直接投放式彩色颗粒，结合实际工程情况，与芳烃油、集料、填充料直接拌和生产彩色沥青混凝土。