Evotherm溫拌瀝青混合料性能分析研究

許生福1曠小軍23郭敏敏2彭俊威2

1.武警水電三總隊(duì),四川 成都 611130

2.長(zhǎng)安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710064

3.武警水電二總隊(duì)八支隊(duì),福建 廈門 361006

試驗(yàn)采用AC-13級(jí)配，對(duì)Evotherm溫拌瀝青混合料(E-WMA)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，采用Evotherm技術(shù)可以降低混合料的拌和溫度，其成型溫度宜在120℃，其路用性能達(dá)到或超過熱拌瀝青混合料，且動(dòng)穩(wěn)定度得到提高，溫拌瀝青混合料具有很好的工程應(yīng)用前景。

Evotherm；性能；溫拌；瀝青混合料

引言

溫拌瀝青混合料是一種綠色、節(jié)能、環(huán)保的路面新材料，成品溫拌瀝青混合料的性能相當(dāng)甚至優(yōu)于熱拌瀝青混合料性能，是一種新型環(huán)保的瀝青混合料。目前常用的溫拌技術(shù)主要有Asphalt-Min、WAMFoam、Sasobit和Evotherm-WMA等4種，其力學(xué)性能和路用性能不亞于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，但生產(chǎn)施工溫度可以降低30℃～60℃。它的研究始于20世紀(jì)90年代，尤其是《京都議定書》簽署后，溫拌瀝青混合料(WMA)得到了深入的研究和應(yīng)用。

Evotherm溫拌技術(shù)是指介于熱拌瀝青混合料和常溫拌合混合料之間的瀝青混合料技術(shù)，它是美國Meadwestvaeo公司開發(fā)出的一種基于乳化瀝青分散技術(shù)的WMA，通過向?yàn)r青中添加Evotherm乳化劑可以有效提高混合料裹覆性能、施工性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及粘附性。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

基質(zhì)瀝青采用韓國SKA-90#，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1，粗細(xì)集料均采用玄武巖，機(jī)制砂、礦粉采用石灰?guī)r，溫拌添加劑均選用美國美德維實(shí)維克公司生產(chǎn)的Evotherm，添加量為2.5kg/t混合料，所有材料均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求[1]。

表1 瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方案:

本次試驗(yàn)采用了溫拌技術(shù)，采用的級(jí)配為SAC13級(jí)配（表2），試驗(yàn)方案采用在熱拌工藝的技術(shù)上進(jìn)行修改[2]，通過添加溫拌添加劑來降低瀝青混合料的拌合溫度，通過對(duì)混合料路用性能的分析驗(yàn)證活性劑對(duì)混合料性能的影響，從而對(duì)瀝青混合料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。

表2 SAC13級(jí)配通過率

1.3 Evotherm改性瀝青的粘溫特性

較低的拌合溫度與壓實(shí)溫度是溫拌混合料區(qū)別于熱拌混合料的主要特征，也是溫拌混合料能夠節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的主要原因。溫拌混合料的拌合溫度與碾壓溫度由瀝青的粘溫曲線確定。因此有必要測(cè)定摻加不同劑量Evotherm的改性瀝青在不同溫度下的黏度（如圖表3），并分析其粘溫曲線[2]。

表3 Evotherm改性瀝青的黏度

粘度測(cè)試溫度為110℃、120℃、130℃、160℃。試驗(yàn)前可以按照如下所述方法進(jìn)行瀝青樣本的制作，先確定Evotherm的劑量分別為0%、1%、2%、3%、4%、5%后，加入160℃的瀝青中，均勻攪拌1 min，然后放置于烘箱中15min～20min，保持恒溫160℃。其黏度利用布氏旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試，方法如下:將制備好的瀝青放入盛樣筒中，將轉(zhuǎn)子與盛樣筒放在黏度計(jì)上，使瀝青試樣在恒溫容器中保溫，達(dá)到試驗(yàn)所需的平衡溫度(15min)，最后開機(jī)測(cè)試。黏度結(jié)果如表4所示，由試驗(yàn)結(jié)果可知，Evotherm改性瀝青的黏度隨Evotherm劑量的增加而減小，其黏度低于基質(zhì)瀝青的黏度，體現(xiàn)了Evotherm的降溫效果[3]。

圖1 Evotherm改性瀝青的黏度曲線

2 添加溫拌劑瀝青混合料路用性能分析

通過對(duì)溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的路用性能進(jìn)行研究，按照規(guī)范要求對(duì)混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能及水穩(wěn)定的性能研究，分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行性能對(duì)比分析評(píng)價(jià)。

2.1 添加溫拌劑后混合料高溫穩(wěn)定性分析

一般車轍試驗(yàn)通過測(cè)定瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，來評(píng)價(jià)混合料的高溫穩(wěn)定性。高溫穩(wěn)定性能通常是指在較高的工作溫度下抵抗因交通荷載的反復(fù)作用而產(chǎn)生車轍、推移、擁包等永久變形的能力?；旌狭咸砑訙匕鑴┖螅ㄟ^對(duì)比熱拌混合料，對(duì)混合料的路用性能進(jìn)行分析，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表圖:

表4 不同溫度車轍試驗(yàn)

圖2 不同溫度動(dòng)穩(wěn)定度值的變化圖

對(duì)表4和圖2進(jìn)行分析可知，成型溫度對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度值的影響很大，其隨著溫度的升高而增加，溫度在120℃及以上時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定度值比110℃的高出三分之一左右，而在120℃之后動(dòng)穩(wěn)定度值變化較小，可知溫度在120℃以上時(shí)，混合料成型動(dòng)穩(wěn)定性好。

在熱拌和溫拌條件情況下，對(duì)添加Evotherm添加劑和沒有Evotherm添加劑的混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試件按照規(guī)范要求成型，其成型溫度均為120℃，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:

表5 熱拌和溫拌下有無添加劑車轍試驗(yàn)

圖3 熱拌和溫拌下有無添加劑車轍對(duì)比圖

從以上數(shù)據(jù)和對(duì)比圖可以看出，熱拌情況下，添加溫拌劑與沒有添加溫拌劑的混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相差甚微，說明在熱拌情況下溫拌劑對(duì)于提高混合料高溫性能的意義不大，而溫拌劑對(duì)于提高低溫下混合料的性能具有明顯效果，在同等條件下，添加溫拌劑的混合料的動(dòng)穩(wěn)定度比沒有添加溫拌劑的混合料高出44.4%，由此可見，Evotherm添加劑改善了瀝青膠結(jié)料和石料之間的裹覆作用，增強(qiáng)了兩者之間的粘附性，其不僅有效降低了混合料的拌和與壓實(shí)溫度，同時(shí)也改善了混合料的高溫性能，提高了路面的抗車轍能力。

2.2 添加溫拌劑混合料低溫性能分析

低溫彎曲試驗(yàn)用于測(cè)定瀝青混合料在規(guī)定溫度和加載速率下彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)，小梁試件的破壞彎拉應(yīng)變?cè)酱螅瑒t說明路面越不容易產(chǎn)生低溫開裂。試驗(yàn)中對(duì)混合料添加Evotherm添加劑后，進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)后分析，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖表:

表6 添加Evotherm添加劑后低溫彎曲試驗(yàn)

圖4 添加Evotherm添加劑彎曲值對(duì)比圖

從表6和圖4可以看出，添加Evotherm添加劑后溫拌瀝青混合料的最大破壞應(yīng)變均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范對(duì)瀝青混合料的要求，分別為規(guī)范要求限值的1.2倍以上，表明其具有優(yōu)良的低溫抗裂性能。同時(shí)低溫彎曲值隨著溫度的升高而不斷的增加，且在120℃以上時(shí)，添加Evotherm添加劑后混合料的低溫彎曲值受溫度的影響較小。

在相同條件下對(duì)有無添加劑的混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，得如下試驗(yàn)數(shù)據(jù):

表7 有無Evotherm添加劑低溫彎曲試驗(yàn)

從以上圖表數(shù)據(jù)中可以看出，添加Evotherm添加劑后對(duì)于改善瀝青混合料的低溫性能的效果并不明顯，添加Evotherm添加劑后的瀝青混合料的最大破壞應(yīng)變分別為無添加Evotherm添加劑混合料及熱拌混合料的98.9%和89%。考慮試驗(yàn)誤差，可以認(rèn)為添加Evotherm添加劑后混合料擁有和熱拌混合料相當(dāng)?shù)牡蜏乜沽研阅堋?/p>

2.3 添加溫拌劑混合料水穩(wěn)定性分析

瀝青混合料的水穩(wěn)定性是決定瀝青路面抗水損害能力的根本因素，其水穩(wěn)定性測(cè)試采用凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)兩種方法。瀝青混合料在浸水條件下，由于瀝青與礦料的黏附力降低，導(dǎo)致?lián)p壞，最終表現(xiàn)為混合料的整體力學(xué)強(qiáng)度降低，因此瀝青混合料的水穩(wěn)定性最終由浸水條件下瀝青混合料物理力學(xué)性能降低的程度來表征的。在溫拌中，需要對(duì)添加Evotherm添加劑后的混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性分析，對(duì)混合料在不同溫度下按照規(guī)范成型試件，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表圖:

表8 不同溫度下殘留穩(wěn)定度值

圖5 不同溫度下殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)對(duì)比

由表8和圖5可以看出，經(jīng)浸水馬歇爾試驗(yàn)后，添加Evotherm添加劑后混合料和沒有添加劑的混合料的殘留穩(wěn)定度都隨著成型溫度的升高而增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范要求。在低溫下，沒有Evotherm添加劑的混合料其殘留穩(wěn)定度數(shù)值較低，難以滿足規(guī)范要求，在熱拌條件下，添加Evotherm添加劑后對(duì)殘留穩(wěn)定度幾乎沒有任何影響，在添加Evotherm添加劑后的前提下，混合料殘留穩(wěn)定度值隨著成型溫度的升高而增大。

表9 不同溫度下劈裂強(qiáng)度比值

圖6 不同溫度下劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)對(duì)比

由表9和圖6可看出，經(jīng)凍融劈裂試驗(yàn)后，添加Evotherm添加劑后的瀝青混合料的殘留強(qiáng)度能滿足規(guī)范要求，且隨著溫度的升高而增大；在低溫下，沒有添加溫拌劑的混合料其劈裂強(qiáng)度值較低，不能滿足規(guī)范要求；添加Evotherm添加劑后的瀝青混合料和無添加Evotherm添加劑后的瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度分別比相應(yīng)熱拌瀝青混合料低2.9%和1.7%，雖然其滿足規(guī)范要求，但僅僅超出1.7%，因此南方潮濕地區(qū)應(yīng)用Evotherm溫拌混合料時(shí)，建議采取一定的抗水損害措施，以確?；旌狭纤€(wěn)定性達(dá)到要求。

3 結(jié)語

3.1 溫拌劑的添加改善了瀝青膠結(jié)料和石料之間的裹覆性和凝結(jié)力，其力學(xué)性能和路用性能可以滿足規(guī)范要求，達(dá)到或超過與熱拌瀝青混合料相同的路用性能，且動(dòng)穩(wěn)定度得到提高。

3.2 溫拌瀝青混合料的成型溫度宜在120℃，采用Evotherm技術(shù)可以降低混合料的拌和溫度，其在滿足施工規(guī)范的前提下，減小了瀝青材料在拌和過程中出現(xiàn)老化情況的可能，延長(zhǎng)了道路使用壽命，施工溫度可降低，從而使施工時(shí)間得到延長(zhǎng)，其具有很好的工程應(yīng)用前景。

[1] JTG F40～2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]

[2] JTJ 052～2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[ S]

[3] 嚴(yán)世祥.溫拌瀝青混合料的運(yùn)用技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2007

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.13.024