胥中良

摘要 為了明確溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能差異，文章借助車(chē)轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，研究了溫拌技術(shù)和級(jí)配差異對(duì)AC-13、SMA-13和OGFC-13三種瀝青混合料路用性能的影響。結(jié)果表明：相對(duì)于AC-13和OGFC-13，無(wú)論熱拌還是溫拌SMA-13瀝青混合料的路用性能最佳；相對(duì)于熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料拌和溫度降低影響了壓實(shí)效果，溫拌劑的摻加也會(huì)影響混合料的界面強(qiáng)度和韌性，導(dǎo)致溫拌瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能略有下降。

關(guān)鍵詞 溫拌瀝青混合料；級(jí)配；拌和溫度；路用性能；界面強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào) U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）03-0109-03

0 引言

瀝青路面具有良好的抗滑性、平整度和耐久性等特點(diǎn)，是我國(guó)主要的路面形式，但由于熱拌瀝青混合料的拌和施工溫度較高，不僅易產(chǎn)生煙氣揚(yáng)塵污染環(huán)境，而且對(duì)施工人員的身體健康造成威脅[1-3]。因此，基于國(guó)家節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念，研究人員開(kāi)發(fā)了溫拌瀝青混合料技術(shù)方案[4]。溫拌瀝青混合料的生產(chǎn)及施工溫度比熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)及施工溫度低，是一種能夠節(jié)約能源同時(shí)降低有害氣體排放瀝青混合料，具有更廣闊的應(yīng)用范圍，如隧道和寒區(qū)道路等特殊路段的施工[5-6]。為了明確溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能差異，該文以AC-13、SMA-13和OGFC-13三種級(jí)配類(lèi)型的瀝青混合料為例，研究了溫拌瀝青混合料的高低性能，水穩(wěn)定性和抗凍性，具有工程實(shí)際意義。

1 原材料與級(jí)配

1.1 原材料

（1）瀝青。SBS改性瀝青因其優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性，在道路建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。為了提高混合料的性能，該研究三種瀝青混合料均采用SBS改性瀝青，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表1。

（2）粗集料。粗集料作為瀝青混合料的關(guān)鍵組成部分，對(duì)其整體性能具有決定性影響，玄武巖碎石具有良好的壓碎值和磨耗值，直接影響瀝青混合料的強(qiáng)度和耐久性。該研究粗集料選玄武巖碎石，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表2。

（3）細(xì)集料。在瀝青混合料的生產(chǎn)中，細(xì)集料的選擇至關(guān)重要，石灰?guī)r機(jī)制砂不僅有助于提高混合料的穩(wěn)定性和耐久性，而且能夠顯著提升瀝青混合料的整體性能和使用壽命。該研究細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表3。

1.2 礦料級(jí)配

該文采用《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）推薦的密級(jí)配AC-13、SMA-13和OGFC-13瀝青混合料的級(jí)配中值，并根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)確定最佳油石比和體積參數(shù)。

2 試驗(yàn)方法

為了全面評(píng)估不同級(jí)配和拌和技術(shù)對(duì)瀝青混合料性能的影響，該文采用車(chē)轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)瀝青混合料路用性能，即高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗凍性能。

（1）車(chē)轍試驗(yàn)。通過(guò)模擬夏季高溫條件下車(chē)輛輪胎對(duì)道路的壓力，檢驗(yàn)瀝青混合料在長(zhǎng)時(shí)間受力和高溫作用下的變形情況。

（2）小梁彎曲試驗(yàn)。通過(guò)模擬這些條件檢驗(yàn)材料在受到彎曲應(yīng)力時(shí)的反應(yīng)，用以評(píng)估瀝青混合料的耐久性。

（3）浸水馬歇爾試驗(yàn)。通過(guò)浸水條件來(lái)模擬雨水對(duì)道路的影響，測(cè)試材料在長(zhǎng)時(shí)間暴露于水中后的穩(wěn)定性。

（4）凍融劈裂試驗(yàn)。模擬在冰凍條件下水分在混合料內(nèi)部凝結(jié)和膨脹的過(guò)程，檢驗(yàn)材料在凍融循環(huán)中的性能表現(xiàn)，用以評(píng)估材料的抗凍性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 高溫穩(wěn)定性

研究了三種級(jí)配的熱拌和溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，三種級(jí)配瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，三種級(jí)配瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性存在較大差異，無(wú)論是熱拌還是溫拌的SMA-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性均最佳，相對(duì)于AC-13和OGFC-13，SMA-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性分別提高了18.7%～21.4%和7.1%～9.9%。原因在于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性主要取決于混合料的粗集料骨架強(qiáng)度和瀝青砂漿的填充黏結(jié)力。SMA混合料具有“三多一少”的組成特點(diǎn)，即粗集料多、礦粉多、瀝青多、細(xì)集料少，其中粗集料形成骨架結(jié)構(gòu)，而細(xì)集料、礦粉、纖維和瀝青組成的瑪蹄脂填充于骨架之中，起到支撐骨架和填充黏結(jié)的作用，這樣可以在保證混合料SMA混合料的同時(shí)兼具良好的骨架強(qiáng)度和黏結(jié)力，因此SMA-13具有較好的高溫穩(wěn)定性。而AC-13混合料屬于懸浮密實(shí)級(jí)配，由于沒(méi)有足夠的粗集料形成嵌擠骨架抵抗車(chē)輪荷載碾壓，導(dǎo)致高溫穩(wěn)定性較差；OGFC-13混合料雖然具有良好的骨架，但是瀝青砂漿填充不足，也會(huì)對(duì)混合料高溫性能造成影響，但影響程度相對(duì)較小，因此OGFC的高溫抗車(chē)轍性能優(yōu)于AC。

相對(duì)于熱拌瀝青混合料，三種級(jí)配溫拌瀝青混合料的高溫性能均有所下降，但并未改變級(jí)配對(duì)高溫性能的影響趨勢(shì)，溫拌SMA-13瀝青混合料的高溫性能最佳。相對(duì)于熱拌瀝青混合料，溫拌AC-13、SMA-13和OGFC-13混合料動(dòng)穩(wěn)定度分別降低了8.4%，10.8%和8%，原因在于溫拌瀝青混合料的拌和溫度降低，盡管通過(guò)溫拌劑或其他手段增大了瀝青在低溫時(shí)的黏附性，但很難恢復(fù)到高溫時(shí)瀝青的流動(dòng)度，在壓實(shí)過(guò)程中顆粒間的潤(rùn)滑程度不足，內(nèi)摩阻力增大，壓實(shí)效果下降，因此溫拌瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍能力下降。

3.2 低溫抗裂性

研究了三種級(jí)配的熱拌和溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性，三種級(jí)配瀝青混合料的彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，三種級(jí)配的瀝青混合料中，SMA-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性均最佳，相對(duì)于AC-13和OGFC-13，SMA-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性分別提高了25.1%～25.8%和126.2%～127.2%。分析原因可知，SMA-13和AC-13中瀝青砂漿的含量充足，可以完全裹覆在粗集料表面，填充空隙，從而具有較大的黏聚力，提高了瀝青混合料的韌性，增大了試件在承受彎拉荷載時(shí)的抗性，其中SMA-13混合料中的骨架結(jié)構(gòu)對(duì)彎拉應(yīng)力的擴(kuò)散提供了阻力，從而進(jìn)一步增大了混合料的抗裂性。而OGFC瀝青混合料中由于細(xì)集料較少，混合料中粗集料點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，在承受彎拉荷載時(shí)很快發(fā)生了斷裂，從而低溫性能最差。

溫拌瀝青混合料中級(jí)配對(duì)低溫性能的影響與熱拌瀝青混合料相似，溫拌SMA-13瀝青混合料的低溫性能最佳，相對(duì)于熱拌瀝青混合料，溫拌AC-13、SMA-13和OGFC-13混合料動(dòng)穩(wěn)定度分別降低了27.2%，33.4%和28.5%。相對(duì)于高溫性能，溫拌瀝青混合料的低溫性能下降更為顯著，原因在于溫拌劑的摻加除了對(duì)混合料壓實(shí)性能的影響外，同時(shí)對(duì)瀝青延度造成負(fù)面影響，降低了瀝青混合料的韌性，從而對(duì)低溫抗裂性能不利。因此，高寒地區(qū)要嚴(yán)格控制溫拌劑的使用，防止對(duì)瀝青路面的低溫抗裂性造成影響。

3.3 水穩(wěn)定性

研究了三種級(jí)配的熱拌和溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性，三種級(jí)配瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，級(jí)配類(lèi)型對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響較小，其中SMA和AC兩種混合料的殘留穩(wěn)定度不相上下，兩者比OGFC-13的殘留穩(wěn)定度分別高2.3%～3.4%和3.2%～5.7%，SMA-13殘留穩(wěn)定度略高，原因在于SMA和AC混合料是密實(shí)級(jí)配，空隙率在4%左右，水分浸入的難度較大，難以浸蝕到瀝青混合料內(nèi)部而對(duì)混合料力學(xué)性能造成影響，而OGFC-13是間斷級(jí)配，空隙率大于20%，當(dāng)其在恒溫水箱中浸泡時(shí)，水分沿著混合料的連通空隙不斷地沖刷浸蝕瀝青—集料界面，在長(zhǎng)時(shí)間的浸泡下導(dǎo)致混合料界面強(qiáng)度降低，從而影響混合料的水穩(wěn)定性。溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性更低的原因在于，溫拌混合料的水穩(wěn)定性不僅受到溫度降低對(duì)混合料空隙的影響，同時(shí)溫拌劑不可避免會(huì)對(duì)瀝青的黏附性造成影響，從而影響瀝青混合料的界面強(qiáng)度，因此溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性更差。

3.4 抗凍性

研究了三種級(jí)配的熱拌和溫拌瀝青混合料的抗凍性能，三種級(jí)配瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，三種級(jí)配的瀝青混合料中，SMA-13瀝青混合料的抗凍性能均最佳，相對(duì)于AC-13和OGFC-13，SMA-13瀝青混合料的抗凍性能分別提高了2.7%～4.4%和6.9%～12.3%。分析原因可知，瀝青混合料發(fā)生凍脹破壞與瀝青混合料中浸入的水分和混合料自身抗裂性有關(guān)，混合料凍結(jié)時(shí)，瀝青混合料內(nèi)部的水分凝結(jié)成冰，而相同質(zhì)量下冰的體積較大，會(huì)對(duì)空隙周?chē)募虾蜑r青產(chǎn)生壓應(yīng)力，重復(fù)凍結(jié)產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷，集料在凍脹力作用下產(chǎn)生微裂縫，空隙率更大的OGFC混合料侵入更多水分，承受更大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致抗凍性能下降。

4 結(jié)論

該論文研究了溫拌技術(shù)和級(jí)配差異對(duì)AC-13、SMA-13和OGFC-13三種瀝青混合料路用性能的影響，主要結(jié)論如下：

（1）三種瀝青混合料中，無(wú)論熱拌還是溫拌SMA-13瀝青混合料的路用性能均最佳，OGFC-13除了高溫穩(wěn)定性高于AC-13外，其余各項(xiàng)性能均最低。

（2）溫拌瀝青混合料的拌和溫度降低，在壓實(shí)過(guò)程中顆粒間的潤(rùn)滑程度不足，內(nèi)摩阻力增大，壓實(shí)效果下降，同時(shí)溫拌劑不可避免對(duì)瀝青的黏附性和延度產(chǎn)生負(fù)面影響，會(huì)影響瀝青混合料的界面強(qiáng)度和韌性，從而降低了混合料的路用性能。

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