? PE蜡温拌沥青混合料性能评价张会远 (河南城建学院 交通运输学院，河南 平顶山 467036) 摘 要：为了全面评价PE蜡温拌沥青混合料的路用性能，以室内试验为基础，将温拌沥青混合料与热拌沥青混合料进行了对比研究。试验结果表明：当混合料拌合成型温度降低到20 ℃时，能保证其与热拌混合料路用性能相当好，可以实现较好的社会效应和经济效应。 关键词：道路工程；PE蜡；温拌沥青混合料 热拌沥青混合料的技术成熟，应用广泛。但其拌制温度高、易老化、耗能大，同时高温产生的有害气体不但污染环境，而且伤害人体健康[1]。与之相比，冷拌沥青混合料虽然能够避免热拌混合料的技术缺陷，但其路用性能不能满足实际要求。基于现实的需求，自20世纪末以来，相继有一些学者从事温拌材料研究[2]。温拌技术是指使用添加剂来改变沥青质表面活性，降低沥青在高温下的粘度[3]。添加剂对粘度变化的影响小，但其对应的温度会大幅降低，从而实现低温拌合和施工。温拌沥青混合料摊铺和碾压的温度可以降低20～30 ℃，此时，温拌沥青混合料与热拌沥青混合料[4]具有相当的施工和易性和路用性能。中国对温拌沥青的研究已取得较多的成果，但缺乏PE蜡有机添加剂对温拌混合料性能影响的研究。作者拟通过室内试验[5]，研究PE蜡温拌混合料的性能。 本研究采用EuroCeras公司生产的PE蜡。PE蜡无毒，热稳定性好，高温挥发性低，对沥青分散性好。PE蜡不但拥有优良的外部润滑性，而且具有较强的内部润滑作用。PE蜡熔点为100 ℃。110 ℃以上时，PE蜡将完全溶解于沥青中，使得沥青高温粘结度降低，从而实现沥青较低温度下的拌合。同时，PE蜡冷却后，聚乙烯分子在三维空间内排列成稳定有序的结构，使其路面性能增强[6-7]。 1 试验原材料技术指标本试验采用SBS(I-D)改性沥青。石灰岩集料和石灰岩矿粉的技术指标分别见表1,2。 室内试验制作了4种不同掺量下的AC-20沥青混合料，级配组成[8]如图1所示，目标级配控制在级配限制区以内。PE蜡掺量为0%时，代表热拌沥青混合料；PE蜡掺量为2%,4%和6%时，分别代表3种不同的温拌沥青混合料。通过对比不同掺量温拌添加剂下的混合料试验结果，评价温拌剂掺量对路用性能的影响程度。 表1 集料技术指标  集料规格/mm表观密度/(g·cm-3)吸水率/%毛体积相对密度/(g·cm-3)(4.75,19]2.9381.942.780(2.36,4.75]2.8982.152.733(0,2.36]2.7761.022.695 表2 矿粉技术指标  表观密度/(g·cm-3)含水率/%粒径范围<><><0.075mm外观亲水系数塑性指数><><><><>  图1 级配组成 2 沥青混合料的设计2.1 成型温度以及试件制作 温拌沥青混合料的工作温度较低是节能环保的关键因素。根据沥青的粘度与温度的关系曲线，热拌沥青混合料的拌和加工和压实成型对应的温度中值分别为165 ℃和145 ℃。对于不同PE蜡掺量(2%,4% 和6%)的温拌沥青混合料，其拌和和压实均采用比热拌沥青混合料低20 ℃的温度进行试验。沥青的加热温度不变时，温拌沥青混合料的压实温度低于热拌沥青混合料 20 ℃ 的拌合温度。 采用图1中的AC-20级配，按规范中标准方法[9]，击实成型马歇尔试件。对热拌沥青混合料和温拌沥青混合料分别进行高温、低温及水稳定性测试，以评价PE蜡温拌沥青混合料的性能。 2.2 最佳油石比的确定 温拌技术能实现工作温度的大幅降低，而在性能上，它与传统热拌沥青混合料有无差异需要进行对比研究[10]。基于目前尚没有相应的标准规定温拌添加剂用量，为与热拌沥青混合料使用性能进行对比，本研究将通过室内试验，对AC-20传统热拌混合料进行配合比设计，确定最佳油石比为4.2%。考虑到没有权威的规程规定温拌添加剂对沥青混合料油石比的影响系数[11]，为确保各项性能的可比性，将3种掺PE蜡温拌沥青混合料的油石比确定为与热拌沥青混合料的相同。 3 试验结果分析3.1 低温稳定性 在高原低温寒冷地区，要求路面具有低温抗变形能力，防止路面裂缝而破坏其整体性，同时，裂缝渗水会进一步破坏路面，而导致其承载力下降，因此研究温拌沥青混合料低温性能具有意义。本研究拟采用轮碾法，成型长300 mm、宽 300 mm、 厚50 mm板张试件，切割成250 mm×30 mm×35 mm小梁，试验温度为-10 ℃、加载加速为 50 mm/min。 低温弯曲实验结果见表3。 根据石油沥青胶体结构的胶体理论[12]，沥青是以液态油分作为分散介质，将沥青固体颗粒作为分散相，较好地分散在油分中，形成以沥青质为核心，油分被吸附于沥青质周围的结构单元(胶团)。由于PE蜡在100 ℃以上完全呈液态，当加入适量的温拌剂(PE蜡)时，它会与沥青中的油分相似相容，并被沥青质颗粒吸附在表面。在不改变油分以及沥青质性质的前题下，通过自身极强的外部润滑性，使得低温下拌合沥青混合料得以实现。从试验结果可以看出，温、热拌沥青混合料的破坏应变都满足规范要求，两者的破坏应变相差小，差值在1%～2%的范围内。这表明不同有机添加剂掺量下温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的低温抗裂性能接近。 表3 低温弯曲试验结果  混合料类型抗弯拉强度/MPa破坏应变破坏劲度模量/MPa热拌沥青混合料8.4662550.333399.312%PE蜡温拌沥青混合料8.5532573.833546.874%PE蜡温拌沥青混合料9.7862586.313867.456%PE蜡温拌沥青混合料9.9122597.543866.32规范要求-≥2500-
3.2 车辙试验 沥青混合料的路面抵抗流动剪切变形性能是路用性能的重要评价指标。路面的劲度指标较低表现为沥青混合料高温稳定性不足。由于温拌沥青混合料工作温度较低，其老化程度比普通热拌沥青混合料的低，并且低温下温拌沥青混合料在碾压成型时可能会出现压实度不够的情况。为此，通过车辙试验，检测沥青混合料的动稳定度，来表征它的高温稳定性。在60 ℃下标准车辙试验的结果如图2所示。 从图2中可以看出，掺PE蜡温拌沥青混合料的动稳定度比普通热拌沥青混合料的动稳定度大，  图2 动稳定度与PE蜡掺量的关系 且随PE蜡掺量的增加而增加。其原因是在试验温度下PE蜡呈液态，其内部润滑作用极强且均匀，与沥青中油分相似相容，并吸附于沥青质表面。在碾压成型冷却后，PE蜡形成晶格结构。因为PE蜡固态时的热稳定性很好，从而提高了混合料路面的高温稳定性，增强了路面的抗车辙能力。 3.3 浸水马歇尔试验 路面汽车动荷载的反复作用致使混合料空隙真空负压抽吸作用，空隙中的水产生动压力，导致水不断渗透到沥青与石头之间，使之产生剥落。因此，需要进行水稳定性的检测。温拌与热拌技术分别加工沥青混合料的最显著特点就是压实成型的温度相差较大[13]，这就有可能造成混合料中水分蒸发不完全和压实度不够等问题。本研究通过浸水马歇尔试验测定，比较分析了2种混合料受水侵蚀时的抗剥落能力。试验温度为60 ℃，将保温48 h与保温0.5 h的试件进行对比，试验结果见表4。 表4 浸水马歇尔试验结果  混合料类型残留稳定度/%热拌沥青混合料94.02%PE蜡温拌沥青混合料92.14%PE蜡温拌沥青混合料93.66%PE蜡温拌沥青混合料92.7规范要求85 从表4中可以看出，温拌沥青混合料的残留稳定度比热拌沥青混合料的残留稳定度均有小幅下降，但相差不大。 3.4 冻融劈裂试验 用冻融劈裂试验检测温拌沥青混合料的水稳定性。基于温拌沥青加工拌合以及碾压成型过程温度都较低，混合料中水分蒸发不完全，会对混合料性能造成一定的影响。为最大限度地仿真实际公路水损坏状况，采用比浸水马歇尔试件条件更为严苛的冻融劈裂试验，进一步评价水稳定性。按照规程，冻、融温度分别为(-18±2) ℃和 60 ℃。 达到循环周期后，将冻融循环试件和未冻融循环试件一并放入25 ℃恒温水中，养护2 h后检测。试验结果见表5。 表5 冻融劈裂试验结果  混合料类型冻融劈裂强度/%热拌沥青混合料84.52%PE蜡温拌沥青混合料83.24%PE蜡温拌沥青混合料83.36%PE蜡温拌沥青混合料80.1规范要求80 从表5中可以看出，添加PE蜡后，劈裂强度下降。当掺量达到6%时，其劈裂强度下降得最为明显，但符合规范要求。可见，由于温拌混合料拌合成型过程温度较低，使得混合料中水分未完全蒸发，出现剥落的损害现象，导致成型后的试件强度下降。通过添加抗剥落剂，改善温拌沥青混合料的水稳定性[14]。 4 结论1) PE蜡有机添加剂可以使混合料拌合压实温度降低20 ℃。有利于节能减排和低温环境施工，产生较好的经济效益。 2) PE蜡有机添加剂在高温下完全与沥青相容，并利用自身极强的外部润滑作用较为均匀地分布于沥青中并改善其高温粘度。待混合料成型后，由于PE蜡能固化成晶格结构，表现出较好的高温稳定性，因此，在PE蜡有机添加剂作用下，混合料的低温稳定性有小幅提高，但并不显著。通过车辙试验发现，PE蜡温拌沥青混合料的高温稳定性有明显的提高。 3)PE蜡本身性质、马歇尔水稳定性及冻融劈裂试验结果表明：PE蜡有机添加剂对沥青混合料水稳定性的影响不明显。 参考文献(References)： [1] 秦永春,黄颂昌,徐剑,等.温拌沥青混合料节能减排效果的测试与分析[J].公路交通科技,2009,26(8):33-37.(QIN Yong-chun,HUANG Song-chang,XU Jian,et al.Test and analysis of energy saving effect of warm mixing asphalt mixture[J].Highway Transportation Technology,2009,26(8):33-37.(in Chinese)) [2] 李德超.温拌沥青混合料技术综述[J].石油沥青,2008(5):1-5.(LI De-chao.Survey on warm mixing asphalt mixture technology[J].Petroleum Asphalt,2008(5):1-5.(in Chinese)) [3] Sebaaly P E, Hajj E Y, Piratheepan M.Evaluation of selected warm mixing asphalt technologies[J].Road Materials and Pavement Design,2015,16(sup1): 475-486. [4] Fakhri M,Ghanizadeh A R,Omrani H.Comparison of fatigue resistance of HMA and WMA mixtures modified by SBS[J]. Procedia-Social and Behavioral Sciences,2013,104:168-177. [5] 陈慨,曹毅.温拌沥青混合料路用性能研究[J].中外公路,2014,34(1):290-293.(CHEN Kai,CAO Yi. Study on the pavement performance of warm mixing asphalt mixture[J].Journal of China & Foreign Highway,2014,34(1): 290-293.(in Chinese)) [6] 许菲菲,刘黎萍,唐海威,等.温拌沥青混合料与热拌沥青混合料性能对比[J].公路工程,2009,34(3): 73-75.(XU Fei-fei,LIU Li-ping,TANG Hai-wei,et al.Performance comparison between warm mixing asphalt mixture and hot mixing asphalt mixture[J].Highway Engineering,2009,34(3):73-75.(in Chinese)) [7] 赵丽,余剑英,徐松,等.有机温拌剂对SBS改性沥青及其混合料性能的影响研究[J].武汉理工大学学报, 2014,36(11):21-24.(ZHAO Li,YU Jian-ying,XU Song.Influence of organic warm-mixed agent on properties of SBS modified bitumen and its mixture[J].Journal of Wuhan University of Technology,2014,36(11):21-24.(in Chinese)) [8] Gandhi T,Wurst T,Rice C,et al.Laboratory and field compaction of warm rubberized mixtures[J].Construction and Building Materials,2014,67:285-290. [9] 裴建中,徐丽,张久鹏,等.温拌沥青混合料马歇尔变温变击实功设计方法[J].交通运输工程学报,2011,11(4):1-9.(PEI Jian-zhong,XU Li,ZHANG Jiu-peng,et al.Design method warm mixing asphalt based on Marshall test variable temperatures and compaction time[J].Journal of Traffic and Transportation Engineering,2011,11(4):1-9.(in Chinese)) [10] Menglan Z,Chaofan W,Jisen Z.Determination of mixing and compaction temperatures of evotherm warm mix asphalt using 100% reclaimed asphalt pavement[J].International Journal of Pavement Research and Technology,2014,7(6):389-396.[11] 郭平,祁峰,弥海晨.温拌沥青混合料的路用性能[J].长安大学学报:自然科学版,2010,30(3):10-13.(GUO Ping,QI Feng,MI Hai-cheng.Road performance of warm mixing asphalt mixture[J].Journal of Chang’an University:Natural Science Edition,2010,30(3):10-13.(in Chinese)) [12] Hesami S, Roshani H, Hamedi G H, et al. Evaluate the mechanism of the effect of hydrated lime on moisture damage of warm mixing asphalt[J].Construction and Building Materials,2013,47:935-941. [13] 叶奋,王宝松,贾晓阳,等.成型温度对温拌沥青混合料水稳定性的影响[J].建筑材料学报,2009,12(3): 302-306.(YE Fen,WANG Bao-song,JIA Xiao-yang,et al.Influence of the compaction temperature on the moisture susceptibility of warm asphalt mixture[J].Journal of Building Materrials,2009,12(3): 302-306.(in Chinese)) [14] 王理吉,吴欢,徐燕.Sasobit 温拌再生沥青混合料水稳定性改善措施研究[J].公路交通技术,2015(2):53-56,63.(WANG Li-ji,WU Huan,XU Yan.Research on improvement measures for water stability of Sasobit warm mixing recycled asphalt mixture[J].Technology of Highway and Transport,2015(2): 53-56,63.(in Chinese)) The performance evaluation of PE wax warm mixing asphalt mixtureZHANG Hui-yuan (Construction Portage College,Henan University of Urban,Pingdingshan 467036,China) Abstract：In order to comprehensively evaluate the PE wax warm mixing asphalt road performance,a laboratory study is conducted for the performance of warm mixing asphalt as well as comparsion with the hot mixing asphalt.The results show that at 20 ℃ of the lower mixed mixture molding temperature 20 ℃ can not only ensure its road performance can be ensured and hot mixing is.There are remarkable economical and social benefits of warm mixing asphalt. Key words：road engineering;PE wax;warm mixing asphalt mixture 收稿日期：2015-06-23 作者简介：张会远(1979-)，男，河南城建学院讲师，硕士。 文章编号：1674-599X(2016)03-0021-04 中图分类号：U414 文献标识码：A |
|
|
