掺ET3100温拌剂的SBS改性沥青SMA混合料性能研究

2020-08-04邵晓峰孙立君张鹏飞

筑路机械与施工机械化 2020年6期

邵晓峰，孙立君，张鹏飞，宋雕

(1.兴安盟交通建设工程质量监督局，内蒙古乌兰浩特 137400；2.内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010050；3.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安 710064；4. 四川川交路桥有限责任公司，四川广汉 618000)

0 引言

沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种高性能混合料，具有良好的抗滑性能及高、低温稳定性[1-3]。SMA沥青混合料通常采用热拌技术生产，其拌合温度在170 ℃～180 ℃，存在能源消耗大、污染物排放多、易造成沥青老化等缺点[4-5]。随着节能环保意识的增强，国内外学者开始对温拌技术进行研究。Qazi Aurangze等通过对温拌再生沥青混合料与传统沥青混合料的对比试验发现，两者在抗车辙性与刚度方面性能近似[6]；周元臣等采用二次回归正交设计方法，研究了温拌SBS改性沥青黏温特性的影响因素[7]；延西利等通过黏温曲线定量分析了温拌沥青的温拌性能[8]；黄绍龙等研究了不同Sasobit掺量对沥青黏温曲线的影响[9]。

温拌剂ET3100是一种由有机高分子聚合物组成的新型表面活性剂，可短暂改变沥青的动力黏度，提高较低温度下混合料的拌合性能和压实性能。为了研究使用ET3100型温拌剂的SBS改性沥青SMA混合料性能，本文依托GW项目隧道沥青路面工程，依据相关规程进行试验，确定在温拌剂掺量为1%、拌合温度低于热拌沥青混合料30 ℃～40 ℃条件下的混合料路用性能，为类似工程提供参考。

1 项目概况

该项目路线全长35 km，采用双向四车道高速公路标准建设，其中隧道长约13 km，上面层采用4 cm厚SBS改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13。在长大隧道施工过程中，当沥青混合料温度高于140 ℃时，有害物质排放较多，严重影响施工人员的身体健康。为净化隧道内的施工环境、提高施工效率、节约能源，采用温拌技术拌制SMA改性沥青混合料。

2 原材料

SMA是一种骨架密实型沥青混合料，由粗集料、细集料、粉料和沥青等材料按间断级配加热拌合而成。在混合料的铺设及压实过程中，粗骨料相互嵌挤，形成骨架，细集料及粉料填充骨架空隙，沥青充分包裹，并将各组分集料黏结在一起。因此，成品料性能与原材料质量紧密相关，进行配合比设计前应对原材料进行检测。表1～5为该项目原材料的检测结果，由检测结果可以看出，项目所使用原材料均符合标准要求。

表1 沥青检测结果

表2 粗集料(9.5～16 mm)检测结果

表3 粗集料(4.75～9.5 mm)检测结果

表4 细集料检测结果

表5 矿粉检测结果

3 配合比设计

配合比设计即选定沥青混合料中各组分的比例关系，是沥青混合料生产中的关键步骤，直接决定混合料的生产质量及路用性能，还包括确定矿料级配及油石比。

3.1 确定矿料级配

根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)，矿料级配应符合其选配范围。结合工程实际，初选甲、乙、丙3种矿料级配，相应配合比见表6，各筛孔通过率及配合比曲线如表7和图1所示。

表6 矿料配比

表7 筛孔通过率

图1 SMA-13矿料级配曲线

在沥青用量为5.5%，ET3100型温拌剂掺量为沥青用量1%的条件下，对甲、乙、丙3种级配混合料进行马歇尔试件制备并检验，检验结果见表8。

表8 马歇尔试件体积参数指标

由表3可知，乙级配马歇尔试件体积参数相较于甲、丙2种级配而言更符合要求，因此，初选乙级配作为设计级配。

3.2 选定油石比

为确定沥青最佳用量，在经验值附近取3组不同油石比(5.7%、6.1%、6.5%)制备马歇尔试件并进行试验，结果见表9。

表9 马歇尔试验结果

为了显示各项指标与沥青用量的关系，以油石比为横坐标，分别以毛体积相对密度、空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度、稳定度为纵坐标绘制图2。

图2 各项检验指标与油石比之间的关系

由图2可以看出，毛体积相对密度和稳定度随油石比增加先增大后减小，在油石比为6.1%时达到最大值；空隙率随油石比增加逐渐减小，矿料间隙率以及有效沥青饱和度随油石比增加而增大，3项指标的中值同样在油石比6.1%附近。因此，当采用油石比6.1%，沥青混合料性能最好，由此可确定沥青最佳用量为5.7%，对应目标空隙率为3.4%。

4 混合料性能检验

混合料性能检验主要包括高温稳定性检验、低温抗裂性检验、水稳定性检验及渗水系数检验[10-11]，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)确定矿料级配和最佳沥青用量，并掺加ET3100型温拌剂1%，在拌合温度140 ℃(比热拌沥青混合料拌合温度低30 ℃～40 ℃)的条件下，制备试件进行试验，结果见表10～13，由检验结果可知，该混合料满足技术标准要求。