DAT与SA温拌排水沥青混合料路用性能对比

王 坤，陈景雅，王 谦，瞿 翔

（1.河海大学土木与交通学院，江苏南京 210098；2.潍坊昌大建设集团，山东潍坊 261031）

在高等级公路建设中，热拌沥青混合料（hotmix asphalt，HMA）以其独特良好的使用性能受到各国的的青睐。迄今为止，HMA是应用最为广泛、路用性能最为优良的一种混合料［1］。但热拌沥青混合料也暴露出许多缺陷，主要表现在［2-4］：混合料生产过程中伴有有害气体排放，污染环境严重，对操作人员的身体健康产生不利影响；能源消耗量也相对较大；较为苛刻的施工条件加速了沥青胶结料的老化，降低了混合料路用性能；相对较短的施工季节造成机械人员很长时间的闲置，再有就是HMA施工工期长。相对于热拌，冷拌沥青混合料在能耗、环保方面有一定优势，但总体上其路用性能与HMA相比还有较大差距。因此，它只能用于沥青路面的修补，低、中重交通量路面的下面层和基层［5］。鉴于此，为控制环境污染，减少能源消耗，针对传统的HMA技术，各国科研工作者经过不断努力，相应提出了温拌沥青混合料（warmmix asphalt，WMA）技术［6-7］。目前，该方向的研究趋势就是通过一定的技术措施，降低沥青高温下的粘度，使沥青能在相对较低的温度下进行拌合及施工，同时又不致损害其路用性能。

温拌沥青混合料的主要优点有［6］：无需改造设备即可进行生产；可以降低拌合成本；可以降低沥青混合料的生产能耗，减轻老化，改善路用性能；可以减少有害气体排放量，降低环境污染，改善工作环境；可以延长施工季节，增加沥青路面施工的灵活性和便利性；可以延长沥青混合料拌合设备使用寿命，降低设备使用成本；可以较快开放交通。温拌技术的主要技术路线：降黏型温拌技术，添加高温黏度很低的有机降黏剂，降低胶结料黏度，以蜡或蜡状物（sasobit，SA）为主；发泡型温拌技术，通过自由水或结晶水，采用机械或细集料带水激发沥青发泡来临时性降低沥青的黏度；表面活性温拌技术［8］，与前两种不同，表面活性温拌技术采用分散沥青添加剂（disperseasphalt technology，DAT)、表面活性添加剂、水和沥青在拌合过程中共同作用，借助拌合的强大分散能力实现彼此交织。由于水膜润滑作用不受温度影响，温度下降时，水膜润滑作用能够很大程度抵消沥青黏度增大的作用，从而实现温拌效果。

由于温拌技术与排水路面的大空隙结构对强度产生不利影响的叠加，使得目前温拌技术在排水沥青路面上的应用极为罕见，所以，温拌技术应用于排水沥青路面非常值得研究。通过空隙率指标变化确定SA温拌与DAT温拌排水沥青混合料的合理的拌合击实温度，并对2种温拌排水路面的路用性能进行对比，用以验证温拌技术的可行性及确定合适的温拌添加剂。

1 原材料

1.1 沥青

排水沥青的大空隙结构使其具有良好的排水功能和雨天行车安全特性的同时，必然使其耐久性与强度有所损失；而且空隙率越大，排水功能越好，这种损失程度也随之增大［9］。为了减少这种损失，本次试验选取粘度较高的沥青胶结料—高粘沥青，并对其各指标进行检测，检测结果见表1。由表1可以看出，本次试验选取的髙粘沥青的各项相关指标均满足规范的要求［10］。

表1 高粘沥青检测结果Tab.1 Resultsof very sticky bitumen test

1.2 集料

排水沥青混合料以粗集料为主，因此粗集料质量直接决定排水沥青路面的抗滑性能。同时，为保证混合料排水功能，石料外形应具有近似立方体形状，针片状颗料比一般要求高，而且要求采用洛杉矶法测定的磨耗率小于25%～30%［11］。试验选取的矿粉为石灰岩矿粉，粗细集料为玄武岩。集料的密度试验结果如表2所示。

1.3 温拌添加剂

SA温拌添加剂有颗粒状及粉末状两种形态，其中颗粒状小球可直接掺入混合料，为保证施工便利及质量控制，粉末状适用于在熔融状态下掺入热的沥青中，本试验推荐选用颗粒状形态的SA温拌剂，其物理化学指标见表3。

表2 集料密度试验结果Tab.2 Resultsof aggregate density test

表3 SA的物理和化学性质Tab.3 Physicaland chem icalpropertiesof SA

DAT温拌添加剂常温下呈液态，主要与水和沥青在拌合过程中共同作用，借助拌合的强大分散能力实现彼此交织。其物理指标见表4。

2 试验结果及其讨论

2.1 配合比设计

进行温拌排水沥青混合料级配设计前需要对混合料的原材料进行筛分试验，其试验结果见表5。

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）［12］在OGFC-13的级配范围内选择排水沥青混合料的3个级配。温拌排水沥青混合料所选的级配见表6。

表5 原材料筛分试验结果Tab.5 Resultsof raw materialsieving test

表4 DAT温拌外加剂关键指标Tab.4 Key index of DAT additive

表6 OGFC-13级配Tab.6 Curve graph of OGFC-13

分别对3条级配的热拌沥青混合料进行马歇尔试验，谢伦堡沥青析漏试验、肯塔堡飞散试验、动稳定度试验并对结果进行对比分析。试验结果见表7。

表7 热拌排水沥青混合料各级配试验结果Tab.7 Resultsof hotm ix porousasphaltm ixtureatall levels

从表7可以看到，3条级配沥青混合料的各指标，为保证排水沥青路面的使用性能，空隙率宜在18%～25%之间，级配2符合此要求，且其各指标明显优于其它两条级配的指标，因此优选级配2作为设计级配，进行其它性能的试验。

按此级配的集料配料，采用5种油石比4.3%，4.8%，5.3%，5.8%，6.3%，聚酯纤维掺加量均为混合料质量的0.25%，双面各击实50次制作马歇尔试件，进行空隙率、谢伦堡析漏损失、肯塔堡飞散损失、马歇尔稳定度等相关指标试验，最终确定最佳油石比为5.4%。然后，进行最佳油石比下的热拌与温拌的性能对比试验。

2.2 温拌与热拌排水沥青混合料性能比较

2.21 最佳击实与拌和温度的确定

沥青混合料的拌和温度根据沥青的不同而有所差别。为了以体积参数为控制指标来确定合理施工温度［13］，对于未添加温拌剂，添加DAT温拌剂和SA温拌剂的髙粘沥青，拌和温度分别采用135，145，155，165，175℃，对成型试件的空隙率作对比确定合理的拌和温度。

沥青混合料拌和好以后立即成型，试件采用马歇尔击实仪，试件尺寸为直径101.6mm、高（63.5±1.3）mm。为了对比不同试验温度的空隙率差别，故对所有混合料试件均采用相同的压实功（正反各击实50次）。空隙率结果如图1所示。

由图1可以看出3种混合料的空隙率都随拌和温度的升高而降低，175℃下的热拌沥青混合料的空隙率与155℃两种温拌条件下的空隙率接近，故温拌条件下合理的拌和温度是155℃。

采用级配2对排水沥青混合料进行热拌和两种温拌添加剂下的温拌性能试验，并进行对比分析，其中DAT温拌剂的掺量为沥青质量的10%，温拌试验采用的SA温拌剂的掺量为沥青质量的2.5%，击实次数为正反各50次。两种试验条件见表8所示。

图1 空隙率与拌和温度关系图Fig.1 Relationalgraph of void ratio and m ixing temperature

表8 热拌与温拌排水沥青混合料试验条件对比Tab.8 Test condition contrastofwarm and hot porousasphaltm ixture ℃

由表8可以总结出：温拌排水沥青混合料的集料加热温度比热拌的降低20℃，击实成型温度比热拌的降低20℃。

2.22 高温稳定性能

对温拌和热拌排水沥青混合料进行车辙试验，荷载按标准方法采用0.7MPa，试验温度为60℃，测试两种拌和条件下的排水沥青混合料的车辙动稳定度指标，比较分析拌和与击实温度对排水沥青混合料抗车辙能力的影响，试验结果见表9所示。

表9 排水沥青混合料动稳定度试验结果Tab.9 Rutting test resultsof porousasphaltm ixture

试验结果表明，拌和与击实温度对排水沥青混合料的抗车辙能力影响明显，由表9可以看出，温拌排水沥青混合料与热拌排水沥青混合料相比稳定度和动稳定度稍有升高SA温拌OGFC-13升高幅度较DAT温拌OGFC-13明显，说明SA和DAT添加剂对排水沥青混合料的抗车辙能力有促进作用，且SA添加剂对其的促进效果更为明显。

2.23 水稳定性能

对温拌和热拌排水沥青混合料进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和肯塔堡飞散试验，试验结果见表10。从表10可以看出热拌排水沥青混合料和温拌排水沥青混合料的水稳定性能各项指标均满足规范规定的技术标准。温拌排水沥青混合料的水稳定性能与热拌相比稍有所降低但是降低幅度不大，均满足规范要求［10］，两种温拌条件下的沥青混合料水稳定性相差不大。

表10 排水沥青混合料水稳定性试验结果Tab.10 Water stability test resultsof porousasphaltm ixture

温拌排水沥青混合料的高温稳定性能和水稳稳定性能均满足规范技术要求［10］，与热拌排水沥青混合料相比高温性能稍有升高，水稳定性能稍有降低。

2.2.4 低温性能

表11 小梁弯曲试验结果Tab.11 Resultsof bending testof smallbeam

由表11可以看出，温拌OGFC-13沥青混合料的低温稳定性有所降低，而且SA温拌OGFC-13沥青混合料的低温稳定性略低于DAT温拌OGFC-13沥青混合料。

综上，与热拌排水沥青混合料相比温拌排水沥青混合料的高温性能稍有升高，水稳定性能稍有降低，低温性能有所下降，但是都符合规范要求［10］。

3 结论

1）通过合理的选择温拌剂的种类与用量，可以实现排水沥青路面的温拌技术。

2）与热拌排水沥青混合料相比，温拌排水沥青混合料的合理击实温度为155℃，可以在低于热拌料20℃条件下取得同等的拌和与碾压效果。

3）SA温拌与DAT温拌有相近的降温效果。两者的水稳定性较热拌沥青混合料均有略微降低，但仍符合规范要求；抗车辙能力有较大提高，并且SA温拌沥青混合料的抗车辙能力最强。温拌条件下的低温性能均有所下降，DAT温拌条件下的低温性能下降幅度较小。根据试验结果，最终选择SA作为最适宜的温拌排水沥青路面的温拌剂。

4）温拌沥青混合料的各工艺过程均在低于热拌沥青混合料20℃条件下完成，因此可以较大程度的解决沥青高温下的热老化问题，进而提高沥青混凝土路面的耐久性。

根据试验结果，最终选择SA作为最适宜的温拌排水沥青路面的温拌剂。

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