不同温拌剂对GAC-16型改性沥青混合料性能的影响研究

严 超 张国民

(公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心1) 广州 510042)(广东华路交通科技有限公司2) 广州 510042)

0 引 言

改性沥青混合料摊铺温度一般在160～175 ℃，在秋冬季施工温度较低时，视需要混合料出场温度要保证在175～185 ℃之间才利于施工摊铺碾压.但较高的拌和温度会显著加速沥青的老化，导致混合料的性能降低，且过高的温度将会带来更多能源消耗及各种废气污染，排放的碳指标更大[1-2].为了解决此状况，温拌沥青混合料应运而生且已发展到一定规模.目前，国内外应用比较成熟的温拌技术主要有沥青发泡降黏技术、有机降黏技术和表面活性剂改性技术等[3-5].其中沥青发泡降黏的代表作品有深圳某公司生产的EC130；有机降黏技术的代表作品有深圳某公司生产的EC120和南非某公司生产的Sasobit，两种温拌材料均基于有机蜡降黏技术.

为了更好的发展温拌沥青混合料，积极响应国家要求的碳达峰、碳中和要求，文中从路用性能角度出发，对比分析了基于不同温拌技术研发的温拌材料之间的温拌实际效果.

1 原材料及配合比设计

1.1 沥青

采用东莞某公司生产的PG76-10改性沥青，检测指标见表1.

表1 改性沥青检测指标

1.2 温拌剂

1)有机蜡EC120 EC120为一种有机蜡材料，熔点在90～100 ℃，与热沥青拌和后能起到润滑降黏的作用，掺量一般为沥青质量的3.5%，可降低混合料成型温度20～25 ℃.

2)沸石EC130 EC130为一种内部含水的白色粉末状物质，该温拌剂与沥青拌和时，内部的水分蒸发出来对沥青进行发泡，从而降低沥青的黏度，技术原理为温拌泡沫沥青法，掺量一般为沥青混合料质量的0.3%，可降低混合料成型温度20～25 ℃.

3)Sasobit Sasobit为一种有机添加剂，属于一种聚烯烃类改性剂，熔点在100 ℃左右，与热沥青融化后起到润滑作用，从而有效降低沥青的黏度[6].改性原理与海川公司的EC120类似，掺量一般为沥青质量的3%，可降低混合料成型温度25 ℃左右.

1.3 矿料及配合比设计

粗集料来自广东河源某石场，集料粒径为10～20，5～10和3～5 mm；细集料为石灰岩机制砂.矿粉由蕉岭县兴达精细碳酸钙粉厂生产；水泥为某公司生产的P·O32.5普通硅酸盐水泥.矿料级配曲线见图1.

图1 GAC-16C沥青混合料矿料合成级配曲线图

1.4 最佳油石比下马歇尔试验

最佳油石比下，按最佳击实温度成型试件，马歇尔体积指标见表2.

表2 马歇尔试验结果

由表2可知，三种不同温拌改性沥青混合料的马歇尔体积指标均满足规范要求.相较SBS改性沥青混合料，空隙率较接近，稳定度呈现一定程度降低.

2 温拌剂对SBS改性沥青混合料路用性能的影响研究

2.1 水稳定性试验研究

现行规范常采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价沥青混合料的水稳定性能[7].但大量研究表明：浸水马歇尔试验与路面的实际状况相差较远，其评价指标也未能反映出沥青混合料水稳定性的真实情况[8].冻融劈裂试验模拟的试验条件并不完全适用于广东高温多雨的典型气候特征，在评价沥青混合料水稳定性能上均存在一定的局限性.文中在室内试验和工程验证的基础上引入了肯塔堡浸水飞散试验，从多角度评价不同温拌剂对SBS沥青混合料水稳定性的影响规律.

其中SBS改性沥青混合料成型温度按165～170 ℃控制，温拌改性沥青混合料成型温度为145～150 ℃.

2.1.1浸水马歇尔稳定度试验

浸水马歇尔稳定度试验评价指标为浸水残留稳定度，计算方法为沥青混合料试件浸水48 h的稳定度与浸水30～40 min的稳定度的比值.具体结果见表3.

表3 浸水马歇尔稳定度试验结果

由表3可知：三种温拌改性沥青混合料的残留稳定度均满足规范要求.添加温拌剂后，残留稳定度均出现些许下降，相较而言，EC130温拌改性沥青混合料的残留稳定度>EC120温拌改性沥青混合料>Sasobit温拌改性沥青混合料.

2.1.2冻融劈裂试验

冻融劈裂试验评价指标为残留稳定度，即冻融循环前后劈裂抗拉强度比.具体试验结果见表4.

由表4可知：三种温拌改性沥青混合料的残留强度比均满足规范要求，相比SBS改性沥青混合料，温拌改性沥青混合料的劈裂抗拉强度均呈不同程度降低，EC120温拌改性沥青混合料最低，其次是Sasobit温拌，EC130温拌降低程度最小.从残留强度比上看，EC120温拌改性沥青混合料>Sasobit温拌改性沥青混合料>EC130温拌改性沥青混合料.

表4 冻融劈裂试验结果

2.1.3肯塔堡浸水飞散试验

多年的室内试验研究及工作验证发现，肯塔堡浸水飞散试验能够很好的与路面水损坏机理及形式相一致，该方法在评价沥青用量或黏结能力不足造成的路面集料脱落和散失程度方面有较明显的优势，根据经验将沥青混合料抗水损害能力划分为五个等级，见表5.

表5 沥青混合料抗水损坏能力评定标准

对三种温拌改性沥青混合料进行了肯塔堡浸水飞散试验，结果见表6.

表6 肯塔堡浸水飞散试验结果

由表6可知，三种温拌改性沥青混合料的浸水飞散损失均较小，抗水损害等级均为优，相较SBS改性沥青混合料，温拌混合料浸水飞散损失均增大，其中EC130温拌改性沥青混合料>EC120温拌改性沥青混合料>Sasobit温拌改性沥青混合料，整体相差不大.

2.2 高温稳定性试验

车辙试验是目前使用最为广泛的评价沥青混合料抗车辙能力的试验方法，其评价指标是动稳定度.然而，大量研究显示，动稳定度指标虽然与沥青混合料的永久变形存在一定的相关性，但并不能完全反映沥青混凝土路面实际发生的永久变形.文中在车辙试验的基础上，结合GTM试验及单轴贯入试验，多方面评价温拌改性沥青混合料的高温特性.因广东属亚热带气候地区，夏季路表温度最高可达70 ℃以上，60 ℃下标准车辙试验并不能完全反映路面高温特性，在此基础上，故增加70 ℃车辙试验.其中改性沥青混合料成型温度为165～170 ℃，温拌改性沥青混合料成型温度为145～150 ℃.

2.2.1车辙试验

不同试验条件下温拌改性沥青混合料车辙动稳定度试验结果见表7.

表7 车辙试验结果

由60℃标准车辙试验结果可得，EC120、EC130、Sasobit三种温拌改性沥青混合料车辙动稳定度分别为14 140，10 870和12 360 次/mm，相较SBS改性沥青混合料，变化幅度分别为+6.4%、-18.1%、-6.9%.

由70 ℃车辙试验结果可得，EC120、EC130、Sasobit三种温拌改性沥青混合料车辙动稳定度分别为6 700，6 325和6 313 次/mm，相较SBS改性沥青混合料，降低幅度分别为2.7%、8.1%、8.3%.

从高温抗车辙性能上看，EC120温拌改性沥青混合料>Sasobit温拌改性沥青混合料>EC130温拌改性沥青混合料.

2.2.2GTM试验

GTM试验采用旋转剪切压实法成型试件，并在成型过程中测出混合料的力学指标GSI和GSF，用以评价混合料的高温稳定性.其中GSI表征试件受剪应力作用的变形稳定程度的参数，GSF表征沥青混合料被压实到平衡状态时的抗剪切强度是否达到沥青路面所需的剪应力[9-11].温拌改性沥青混合料的GTM试验结果见表8.

表8 GTM试验结果

由表8可知:SBS改性沥青混合料添加EC120、EC130和Sasobit等温拌剂后，旋转稳定系数GSI值增大，抗剪安全系数GSF值降低，三种温拌改性沥青混合料抗剪强度系数较接近，均满足技术要求.

2.2.3单轴贯入试验

GTM试验与单轴贯入试验均可以表征沥青混合料的抗剪性能，但GTM得到的抗剪强度因子GSF是一个相对值，并未直接得到混合料实际抗剪强度值[12-13].基于此，现采用HYD-25型COOPER机对温拌SBS改性沥青混合料的抗剪强度进行试验，试件采用GTM试验机成型试件，试件尺寸Φ100×100 mm，剪应力系数：τ=0.34.结果见表9.

由表9可知，SBS改性沥青混合料抗剪强度约1.65 MPa，添加EC120、EC130、Sasobit的混合料抗剪强度分别为1.45，1.31和1.38 MPa，分别降低了12.1%、20.6%、16.4%.从单轴贯入试验结果看，EC120温拌改性沥青混合料>Sasobit改性沥青混合料>EC130温拌改性沥青混合料.

2.3 低温抗裂性试验

采用小梁弯曲试验对混合料的低温抗裂性能进行了试验分析，试验结果见表10.

表10 低温弯曲试验结果

由表10可知，添加温拌剂后，混合料的最大弯拉应变均变小，其中EC120、EC130、Sasobit温拌改性沥青混合料最大弯拉应变分别降低了11.3%、18.9%、14.2%.从低温抗裂性能上看，EC120温拌改性沥青混合料>Sasobit温拌改性沥青混合料>EC130温拌改性沥青混合料.

3 结 论

1)EC120、EC130、Sasobit温拌改性沥青混合料均具有良好的抗水损害性能，相较SBS改性沥青混合料，水稳定性均有些许降低，三者性能相当.

2)EC120、EC130、Sasobit温拌改性沥青混合料均具有良好的高温稳定性能，车辙试验结果显示，EC120温拌改性沥青混合料>Sasobit温拌改性沥青混合料>EC130温拌改性沥青混合料；GTM试验和单轴贯入试验结果显示，EC120温拌与Sasobit温拌改性沥青混合料抗剪切破坏效果相当，优于EC130温拌改性沥青混合料.

3)相较SBS改性沥青混合料，EC120、EC130、Sasobit温拌改性沥青混合料低温抗裂性能均有所下降，低温弯拉应变下降幅度分别为11.3%、18.9%、14.2%，EC120温拌改性沥青混合料低温性能最佳.

4)基于有机降黏技术的EC120、Sasobit温拌改性沥青混合料的高温性能、低温性能均优于基于发泡降黏技术的EC130温拌改性沥青混合料，三种温拌沥青混合料水稳定性能相当.