机动车道彩色SMA-13沥青混合料的研究与应用

陈丽敏

（厦门市政工程研究所有限公司）

0 引言

彩色沥青混合料中使用的脱色沥青的性能不如传统的黑色沥青，彩色沥青路面经过风吹日晒雨淋、行人及车辆碾压后表面常出现车辙、脱粒等病害，因此，彩色沥青一般用于非机动车道作为城市景观道路。脱色沥青的特性明显低于常规黑色沥青，而普通彩色沥青混合料的高温稳定性和水稳定性相对也比较差，一般不适用于机动车道。常规的彩色沥青混合料动稳定度一般在1000 次/mm 左右，冻融劈裂残留强度比约70%。机动车道沥青混合料的路用性能指标一般规定为：动稳定度不低于3000 次/mm，冻融劈裂残留强度比不低于80%。根据施工实践经验，研发出机动车道的彩色SMA-13 混合料，该混合料动稳定度和冻融劈裂残留强度满足路用性能指标的一般规定。

1 彩色沥青SMA- 13 研究方案

方案1：特种脱色沥青+结构增强。直接利用高性能专业脱色沥青料，并对结构等参数进行改进，实现彩色沥青混合料的拌和。优点：特种脱色沥青具备较高的粘结强度，能有效提高混合色沥青混合料的高稳定性和水稳定性；通过对特种沥青样品的检测，其动力粘度（60℃）高达23000Pa·s。缺点：专用脱色沥青应用较少，价格高，混合料生产成本较高；特种沥青粘结强度过高，一般动力粘度施工和易性差。

方案2：内掺法提高沥青粘结强度+结构增强。运用内掺法在常规脱色沥青内加入改性剂，改善脱色沥青的性能，同时增强结构等参数并运用改良后的沥青进行彩色沥青混合料拌制。优点：提高了脱色沥青的粘结强度，也提高了混合料的高温稳定性和水稳定性。缺点：该方案需选择合适的改性剂和专用设备对常规脱色沥青进行改性和开发，沥青改性周期较长，自制改性实施效果差。

方案3：外掺法提高沥青胶浆强度+结构增强。使用常规脱色沥青并优选矿料配比等参数进行混合料拌制，混合料拌制过程中额外投入高粘剂及水泥直接参与混合料拌制。优点：加入高粘剂和水泥可以明显增加混合料中沥青胶浆强度，进一步提高混合料的高温稳定性和水稳定性；同时水泥水化作用又能提高混合料水稳定性；原材料相对较常规化，外掺方法操作简易，生产成本相对较低，实施较便捷。缺点：外掺需人工辅助。

从技术可行性、运行难度、经济合理性和实施周期等方面对三种方案进行了分析和评价，方案3 操作简单，生产成本相对较低，实施方便。最后，选择第三种方案--外掺法提高沥青胶浆强度+ 结构加固为最佳方案。选定的最佳方案再进一步细化为五个对策：原材料选用及性能检测，骨架结构优选，水泥最佳掺量确定，纤维稳定剂品种优选、混合料拌制及性能检测。

2 原材料选用及性能检测

为了提高沥青混合料沥青和沥青骨料的黏附性和沥青混合料着色能力，粗集料颗粒一般采用色泽相对比较淡的闪长岩等碎石材料，规格有3～5mm、5～10mm、10～15mm 三种，细集料采用0～3mm 闪长岩石屑。矿粉一般使用常规的石灰岩矿粉，使用42.5R 普通硅酸盐水泥替代了一部分的矿粉。对矿料进行了检验，所选用的矿料性能满足标准规范技术指标要求。检测结果见表1，矿料筛分结果见表2。

表1 矿料试验结果

表2 矿料筛分试验结果

脱色沥青采用常规的机动车道用脱色沥青，经检验满足相应技术指标要求，其性能检测结果见表3。

表3 脱色沥青技术指标检测结果

3 骨架结构优选

沥青混合中较多数量的粗集料颗粒形成了空间结构骨架，通过对4.75mm 的粗料颗粒骨架中的关键性筛孔设计出了三个矿料级配结构，并计算三个级配在捣实状况下的粗集料松装间隙率VCADRC，见表4。三种级配的级配合成图见图1。

图1 不同骨架级配合成图

表4 不同骨架结构的级配

使用常规的SBS 改性沥青，以最佳油石比6.1%对三种骨架按级配分别用搅拌方法拌制成混合料，击实次数为双面各50 次成型马歇尔圆柱体试件，然后将成型的试件在室温下放置24h 后脱模进行马歇尔试验，试验结果见表5。根据表5 可得，三种骨架级配混合料在最佳油石比为6.1%的条件下马歇尔试验指标均满足要求。

表5 三种级配马歇尔试验结果

同时，对三种骨架级配沥青混合料进行了车辙试验及冻融劈裂试验，结果如表6 所示。从表中数据可以看出，级配2 的动稳定度及冻融劈裂残留强度比均比较高，骨架结构强度相对较高，最终选取级配2 为最优的骨架结构。

表6 三种级配路用性能试验结果

4 水泥最佳掺量确定

参照常规SMA-13 配合比，粉油比为1.65，用42.5R 普通硅酸盐水泥代替0%、20%、40%、60%、80%、100%的矿粉，制备并检测了沥青胶浆的软化点和延度这两项指标，其检测结果见图2 和图3。

软化点和延度是评估沥青胶浆高温特性的指标，合适的水泥掺量可以显著提高沥青胶浆高温特性，但水泥掺量过大则不利于提高沥青胶浆高温性能。从图2 可以看出，当水泥代替矿粉用量为20%～40%时，高温性能最好。从图3 可以看出，水泥代替20%的矿粉可以改善沥青胶浆的延度，但是在15℃时这种改善性能不是很明显，表明水泥对沥青胶浆性能的改善效果在高温下比低温下明显，也就是说，它可以显著改善其高温性能，而对低温性能则相对较差。

图2 水泥替代矿粉对沥青胶浆软化点影响

图3 水泥替代矿粉对沥青胶浆延度影响

考虑到水泥替代矿粉的用量对软化点和延度的影响，最终选用水泥代替矿粉的最佳用量为25%。

5 纤维稳定剂品种优选

选用玄武岩纤维、木质素纤维、聚酯纤维和聚丙烯腈纤维四种纤维稳定剂，分别以0.2%、0.3%、0.4%纤维掺量拌制常规级配的SMA-13 沥青混合料，在最佳油石比为6.1%时，分别形成马歇尔试件，并通过马歇尔试验。图4 显示了在最佳油石比为6.1%的条件下，由不同纤维含量形成的马歇尔试样测量的马歇尔稳定性，图5显示了相应的流值。

图4 不同纤维混合料的马歇尔稳定度

图5 不同纤维混合料的流值

混合料抗破坏变形的能力通常可以用马歇尔试验指标中的马歇尔稳定度来表示，而试件抵抗外界影响变化的能力通常在一定程度上由马歇尔流值来反映。试验表明，当纤维用量在0.3%时，混合料的马歇尔稳定度最强，其中聚丙烯腈纤维和玄武岩纤维对混合料的稳定度影响最大；而在耐变形能力方面，玄武岩纤维和木质素纤维的抗变形能力强于聚酯纤维和聚丙烯腈纤维。[1]综上所述，最终选用玄武岩纤维，纤维用量选定为0.3%。

6 沥青混合料拌制及性能试验

6.1 沥青混合料拌和工艺的确定

根据原材料特性和常规混合料拌和工艺，经试验确定，最终选定的彩色SMA-13 沥青混合料室内试验拌和工艺流程如图6 所示。

图6 彩色SMA- 13 沥青混合料拌和工艺流程图

6.2 沥青混合料性能试验

水泥含量采用确定的25%替代矿粉。考虑生产厂家推荐的用量和工程经验，彩色粉末的含量为2.5%，玄武岩纤维掺量为彩色SMA-13 沥青混合料总质量的0.3%，高粘剂掺量为生产厂家推荐的彩色SMA-13 沥青混合料总质量的0.5%，将所确定的最优骨架级配进行沥青混合料拌制，分别检测了马歇尔试件的性能、高温稳定性和水稳定性。试验结果分别见表7 和表8。

表7 彩色SMA-13 的马歇尔试验结果

表8 机动车道彩色SMA-13沥青混合料路用性能试验结果

彩色SMA-13 混合料的各项技术指标均能满足国家标准和规定要求，动稳定度为3842 次/mm，冻融劈裂残留强度比为86.5%，满足机动车道沥青混合料路用性能的一般规定。见表9。

表9 彩色SMA-13 混合料抽检结果

7 结语

在厦门环东海域滨海旅游浪漫线道路工程中，彩色SMA 沥青混合料的生产和施工质量都得到了很好的控制，最终摊铺施工后的机动车道彩色沥青路面效果良好美观。机动车道彩色SMA-13 混合料的成功研究与应用，填补了福建省高性能彩色SMA 沥青混合料领域的空白，保证了项目彩色沥青路面工程质量，为厦门增添了一道亮丽的风景线。