趙吉明，李 強(qiáng)

（1.青海省收費(fèi)公路管理處，青海810008；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

青海省高寒地區(qū)溫拌瀝青混合料耐久性研究

趙吉明1，李 強(qiáng)2

（1.青海省收費(fèi)公路管理處，青海810008；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

青海省高寒地區(qū)溫差大，紫外線輻射強(qiáng)，對(duì)瀝青混合料的使用性能有較高的要求。文章依托青海省S101省道對(duì)溫拌瀝青混合料在高寒地的應(yīng)用進(jìn)行研究，并與常規(guī)熱拌瀝青混合料性能進(jìn)行比較，重點(diǎn)分析了溫拌瀝青混合料的低溫性能及光老化性能，研究表明溫拌劑在高寒地區(qū)有較好的耐久性。

溫拌瀝青混合料；低溫性能；老化性能；高寒地區(qū)

瀝青混合料溫拌技術(shù)（WMA）具有節(jié)能減排、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。其拌和、生產(chǎn)溫度比常規(guī)熱拌瀝青混合料低20～30℃，而路用性能與熱拌瀝青混合料相當(dāng)，能有效減少能源消耗，大大減少環(huán)境污染，提高路面壓實(shí)度并延長施工季節(jié)［1］。青海省大部分地區(qū)深處內(nèi)陸高原，緯度低、海拔高，具有氣候寒冷、紫外線輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、有效工期短等明顯區(qū)域特點(diǎn)，瀝青路面施工技術(shù)有較高的要求；同時(shí)凍融病害和紫外輻射易導(dǎo)致瀝青混合料的耐久性能不足。因此溫拌技術(shù)的采用將為改善青海省寒冷地區(qū)施工條件差的狀況提供很好的選擇。

目前，溫拌技術(shù)主要分為3類，即泡沫瀝青溫拌技術(shù)、有機(jī)降黏劑法和表面活性溫拌技術(shù)。從施工應(yīng)用情況來看，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的應(yīng)用研究，技術(shù)工藝也相對(duì)比較成熟，3種技術(shù)的應(yīng)用均有其技術(shù)特點(diǎn)［2-3］。高寒地區(qū)惡劣的施工環(huán)境對(duì)瀝青路面的使用性能和施工工藝均提出更高的要求，本文針對(duì)上述高寒地區(qū)施工環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)比研究高寒地區(qū)溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的使用性能，重點(diǎn)比較其耐久性能。

1 溫拌瀝青混合料設(shè)計(jì)方法研究

本文室內(nèi)試驗(yàn)原材料采用青海省S101省道A標(biāo)生產(chǎn)的石灰?guī)r集料，試驗(yàn)所用瀝青混合料類型均為AC-13混合料，瀝青為110#克拉瑪依道路石油瀝青，油石比為5.2%，溫拌劑為有機(jī)降黏劑類，溫拌劑摻量為瀝青混合料的3‰。本文所用瀝青混合料級(jí)配如表1所示。

為了更好地分析現(xiàn)場(chǎng)施工溫度對(duì)溫拌瀝青混合料壓實(shí)度的影響，本文采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，按照不同擊實(shí)溫度成型2種混合料的馬歇爾試件，并測(cè)量空隙率，研究溫拌瀝青混合料的最佳施工溫度范圍，試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

表1 試驗(yàn)所用AC-13瀝青混合料級(jí)配

表2 添加溫拌劑混合料室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表3 未摻加溫拌劑室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

通過以上試驗(yàn)結(jié)果可知：摻加溫拌劑后，混合料最大理論密度的變化不大。相同擊實(shí)溫度條件下，馬歇爾試件的空隙率有所降低，說明溫拌劑對(duì)于瀝青混合料的壓實(shí)起到積極作用；相比于熱拌瀝青混合料，溫拌劑的加入在較低溫度下可以保證混合料的體積指標(biāo)滿足要求，隨溫度的逐步降低，摻加溫拌劑的瀝青混合料性能指標(biāo)也有衰減的趨勢(shì)，說明溫拌劑對(duì)瀝青混合料性能的改善存在一定的溫度區(qū)間范圍。本試驗(yàn)確定溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度不低于125 ℃。

2 溫拌瀝青混合料的耐久性影響研究

高寒地區(qū)的氣候特征對(duì)瀝青路面使用的壽命影響較大。本文對(duì)青海省S101省道2種類型的瀝青混合料進(jìn)行長期光老化及凍融條件模擬試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行混合料的疲勞和低溫性能試驗(yàn)，以綜合評(píng)價(jià)其耐久性。溫拌瀝青混合料的成型溫度為130 ℃，低溫性能試驗(yàn)采用小梁試件。

青海省S101省道所在區(qū)域太陽輻射約為6500MJ·m-2·a-1，本研究采用P=500 W/m2的老化試驗(yàn)箱光照強(qiáng)度，進(jìn)行等效計(jì)算，得出自然老化一年室內(nèi)試驗(yàn)約需要8.8 d。得出2種瀝青混合料在等效3年期的光老化結(jié)果如表4、圖1所示。

表4 不同時(shí)間光老化后小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

圖1 光老化隨時(shí)間延長小梁試件性能變化趨勢(shì)

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著光老化時(shí)間的延長，小梁試件的力學(xué)性能出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，但溫拌瀝青混合料比熱拌瀝青混合料力學(xué)性能衰減趨勢(shì)緩和，其光老化等效半年期的小梁應(yīng)變值衰減幅度較熱拌瀝青混合料小3.1%，1年期的小4.1%，2年期的小5%，3年期的小5%。勁度模量隨著老化時(shí)間的延長逐步上升，等效半年期時(shí)溫拌瀝青混合料較熱拌瀝青混合料勁度模量小5%，1年期小5%，2年期小15%，3年期小32%。低溫小梁的應(yīng)變值越大低溫性能越好，從2種類型的瀝青混合料衰減趨勢(shì)來看，溫拌瀝青混合料相對(duì)于熱拌瀝青混合料具有較好的路用耐久性。

考慮到青海省高寒地區(qū)的雨雪綜合影響，在光老化的過程中增設(shè)附加雨水和低溫因素的外部條件，對(duì)光老化期間的小梁試件每隔6個(gè)月進(jìn)行一次凍融試驗(yàn)，按照T0715—2011瀝青混合料彎曲試驗(yàn)要求成型低溫小梁試件，按照T0717標(biāo)準(zhǔn)的飽水試驗(yàn)方法真空飽水，在97.3～98.7 kPa（730～740 mmHg）真空條件下保持15 min，然后打開閥門，恢復(fù)常壓，試件在水中放置0.5 h。取出試件放入塑料袋中，加入約10 mL的水，扎緊袋口，將試件放入溫度為-18 ℃± 2 ℃的恒溫冰箱，保持4 h。凍融試驗(yàn)結(jié)束后升至常溫再進(jìn)行光老化試驗(yàn)，實(shí)際老化時(shí)間仍以室內(nèi)等效模擬累計(jì)時(shí)間計(jì)算。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表5所示。

由結(jié)果可知，在增加凍融條件后隨著光老化時(shí)間的延長，小梁試件的力學(xué)性能出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，而勁度模量隨著老化時(shí)間的延長也出現(xiàn)大幅的上升，可見低溫環(huán)境下光老化對(duì)青海省瀝青路面的低溫性能影響更大，但溫拌瀝青混合料要比熱拌瀝青混合料表現(xiàn)出更好的耐久性，其光老化等效1年期的小梁應(yīng)變值衰減幅度較熱拌瀝青混合料小7%， 2年期的小6%，3年期的小8.3%。而勁度模量隨著老化時(shí)間的延長逐步上升，等效1年期時(shí)溫拌瀝青混合料較熱拌瀝青混合料勁度模量小8.8%，2年期小13.1%，3年期小19.6%。同時(shí)在低溫和光老化綜合影響下，第2年的衰減幅度最大，之后逐步趨于平緩。

表5 凍融條件下模擬室內(nèi)外光老化時(shí)間對(duì)照表

試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 光老化+凍融后小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比3年周期內(nèi)單純光老化和光老化+凍融后瀝青混合料的低溫性能衰減趨勢(shì)結(jié)果可知，凍融條件加劇了混合料低溫性能衰減的趨勢(shì)，導(dǎo)致低溫性能出現(xiàn)的大幅衰減，第2年的衰減幅度增加最大，之后趨于平緩。因此，高寒地區(qū)光老化和凍融條件對(duì)瀝青混合料低溫性能影響巨大，而溫拌瀝青混合料相對(duì)于熱拌瀝青混合料具有良好的耐久性。

3 結(jié)語

綜合來看，加入溫拌劑后，在保證混合料體積指標(biāo)的前提下可以有效降低施工溫度，其拌和溫度比常規(guī)熱拌瀝青混合料降低約20 ℃。相對(duì)于熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料在高寒地區(qū)光老化和凍融循環(huán)條件下表現(xiàn)出更好的路用耐久性能，可以在一定程度上延長高寒地區(qū)瀝青路面的使用壽命。

［1］黃文元，秦永春.瀝青溫拌技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.上海公路，2008（3）：1-4.

［2］秦永春.基于表面活性劑的溫拌瀝青混合料的設(shè)計(jì)及相關(guān)性能研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2009．

［3］楊通明.摻加新型國產(chǎn)溫拌劑的瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)［J］.公路交通技術(shù)，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）

趙吉明（1985-），男，陜西咸陽人，工程師，主要從事道路新材料和瀝青路面方面的研究工作。