滿耐

摘要：從壓實(shí)性能、高溫性能、低溫性能、疲勞性能、水穩(wěn)定性能、剪切性能及老化性能等方面對(duì)熱拌和溫拌SMA瀝青混合料進(jìn)行路用性能對(duì)比分析。結(jié)果表明：在降低施工溫度節(jié)能環(huán)保的情況下，熱拌和溫拌SMA瀝青混合料的路用性能相當(dāng)。

關(guān)鍵詞：溫拌SMA瀝青混合料;壓實(shí)性能;疲勞性能;剪切性能;老化性能

傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料（Hot mix asphalt，縮寫(xiě)HMA），降溫速率快，難以保證瀝青混合料的壓實(shí)，施工質(zhì)量難以保障。

溫拌（Warm mix asphalt，縮寫(xiě)WMA）技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保、適宜低溫施工等優(yōu)點(diǎn)，且施工方法與熱拌瀝青混合料基本一致，獲得了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。溫拌瀝青的各項(xiàng)技術(shù)性能也在逐漸提高，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究成果均表明：WMA整體性能優(yōu)于普通瀝青混合料，高溫性能尤為明顯。

考慮到熱拌（HMA）SMA瀝青混合料瀝青膠結(jié)料含量高、粘度大，低溫季節(jié)施工難度大，而WMA不僅具有良好的保溫性能，且具有良好的施工和易性，能保證SMA瀝青混合料的充分壓實(shí)，有效防止生產(chǎn)過(guò)程中瀝青的老化，提高瀝青混合料耐久性;WMA還具有節(jié)約能源、造價(jià)相對(duì)較低的特點(diǎn)。

為此筆者開(kāi)展溫拌SMA-13瀝青混合料（WMASMA-13）路用性能的評(píng)價(jià)分析，其中根據(jù)已有研究成果，選用摻加3%SAK（固體有機(jī)溫拌劑）具有良好的路用性能。

1 溫拌SMA瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)針對(duì)WMA的設(shè)計(jì)方法，WMA采用與HMA相一致的配合比，然后對(duì)WMA進(jìn)行體積性質(zhì)驗(yàn)證，其中HMA的成型溫度為160℃，WMA的成型溫度為140℃，最終確定的SMA-13的級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

2 壓實(shí)性能

通過(guò)分析瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)曲線的特征，借助HUSSIAN UBZHIA等人提出的能量指數(shù)概念，對(duì)溫拌SMA瀝青混合料的壓實(shí)性能進(jìn)行分析。施工過(guò)程中的壓實(shí)能量指數(shù)CEI（Construction Energy Index）是指混合料在鋪筑過(guò)程中，使其壓實(shí)到一指定的密實(shí)度時(shí)，攤鋪機(jī)和壓路機(jī)所做的功。密實(shí)能量指數(shù)TDI為路面在密實(shí)度為93%水平下開(kāi)放交通，由密實(shí)度93%～98%時(shí)交通荷載對(duì)瀝青混合料的壓密作用。

根據(jù)混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)曲線，分別計(jì)算SMA-13的CEI值和TDI值，見(jiàn)表2，并繪制混合料在不同溫度下的CEI值和TDI值關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1。

由圖1可知：

（1）隨著溫度的降低，CEI值和TDI值逐漸增大，但CEI值增長(zhǎng)的幅度比TDI值增長(zhǎng)幅度要小。

（2）WMASMA-13的CEI值在129、149℃時(shí)比同級(jí)配的HMA要小，超過(guò)125℃時(shí)，WMA的CEI值要小于HMA的CEI值，說(shuō)明WMASMA-13在低于正常施工溫度10～25℃時(shí)可改善混合料的壓實(shí)性能，表明在達(dá)到相同壓實(shí)度93%，WMA可以減少壓實(shí)功。對(duì)于SBS改性瀝青，溫度很高或降低過(guò)多，并不能達(dá)到最佳壓實(shí)效果，原因是SBS改性瀝青粘度很高，在較高或較低的溫度下即使添加溫拌改性劑也達(dá)不到所需的空隙率。

（3）對(duì)于TDI值，WMA都要大于同級(jí)配的HMA，說(shuō)明WMA在交通荷載下可以更好地抵抗壓密的能力，即抵抗永久變形的能力，充分說(shuō)明WMA抗車(chē)轍性能良好。

（4）可初步確定WMASMA-13在壓實(shí)溫度為130～140℃下達(dá)到最佳壓實(shí)性能。

3 高溫性能

瀝青混合料抗車(chē)轍性能是瀝青混合料高溫性能的重要指標(biāo)，采用60℃車(chē)轍試驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）來(lái)表示，試驗(yàn)結(jié)果列于表3。

由表3可以看出，WMA的動(dòng)穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求，且與熱拌SMA的動(dòng)穩(wěn)定度相差不大。

4 低溫性能

試驗(yàn)起始溫度為20℃，溫度下降速率-30℃/h，試件尺寸為220mm×40mm×40mm（試件成型溫度均為60℃），試件類(lèi)型有SMA-13、WMASMA-13，試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖2所示。

由表4和圖2可知，WMASMA-13破斷強(qiáng)度略有降低，破斷溫度和轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度略有提高，溫度曲線斜率略降低。表明WMASMA-13的低溫性能略有降低，但降低幅度不大。

5 疲勞性能

采用UTM試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行間接拉伸（劈裂疲勞）試驗(yàn)，采用應(yīng)力控制的試驗(yàn)方法對(duì)WMA和HMA兩種瀝青混合料的疲勞性能進(jìn)行對(duì)比分析?？刂茟?yīng)力加載模式是在重復(fù)加載過(guò)程中保持試件所受的應(yīng)力不變，重復(fù)加載使得試件內(nèi)產(chǎn)生疲勞損傷而出現(xiàn)微觀裂縫，混合料的勁度模量會(huì)在重復(fù)加載的過(guò)程中逐漸降低，因而，導(dǎo)致試件內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)變隨著作用次數(shù)的增加而增大。通常都以試件出現(xiàn)斷裂定義為疲勞破壞，而Van Dijk和Bonnuare等以拉應(yīng)變?cè)龃蟮匠跏紤?yīng)變的2倍（即勁度模量下降為初始勁度模量的一半）時(shí)的狀態(tài)定義為疲勞破壞。

馬歇爾試件成型溫度分別采用140℃和160℃。首先進(jìn)行15℃的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，然后進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5～7。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著應(yīng)力比的增大，瀝青混合料的疲勞壽命逐漸減小;相同應(yīng)力比時(shí)，兩種瀝青混合料的疲勞壽命存在較大差異，具體分析如下：

（1）熱拌瀝青混合料在應(yīng)力比0.35的荷載作用17280次后，試件未破壞（由于試驗(yàn)條件所限，荷載作用17280次后即停止試驗(yàn)）;WMA在該應(yīng)力比荷載作用10176次后，試件破壞。

（2）在應(yīng)力比0.40的荷載作用下，兩種瀝青混合料的疲勞壽命具有明顯差別，HMA的疲勞性能優(yōu)于WMA。

（3）而在應(yīng)力比0.45的荷載作用下，兩種瀝青混合料的疲勞性能差別較小。

（4）疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)荷載較小時(shí)，HMA的疲勞性能優(yōu)于WMA;而當(dāng)荷載增大到一定程度時(shí)，兩種瀝青混合料的疲勞性能基本相當(dāng)。

6 水穩(wěn)定性能

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)定性，HMA和WMA的成型溫度分別為160℃和140℃，試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求，且結(jié)果相差較小。

7 剪切性能

該試驗(yàn)是在試件上通過(guò)一個(gè)鋼壓頭進(jìn)行加壓，壓頭的直徑r小于試件的直徑R，利用r/R來(lái)表示兩個(gè)物體直徑的比值。首先可以將路面模型簡(jiǎn)化為一定尺寸的圓柱體，其上施加一定的荷載，當(dāng)r/R比值足夠小，則其受力狀態(tài)應(yīng)與路面的較為一致;因此，采用單軸貫入試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度是合理的，一方面其受力模式與路面一致;另一方面其試驗(yàn)方法易操作，設(shè)備簡(jiǎn)單，適合工程應(yīng)用。

貫入試驗(yàn)條件為：1）加載速率：1mm/min;2）試驗(yàn)溫度：試件在60℃條件下保溫6h，然后在60℃控溫箱里進(jìn)行試驗(yàn);3）壓頭尺寸：28.5mm;4）加載波形：直線波;5）試件直徑×高度=100mm×100mm。

按照上述試驗(yàn)方法，在60℃溫度條件下，分別對(duì)SMA-13、WMASMA-13兩種瀝青混合料，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓與單軸貫入試驗(yàn)，每組試件3～6個(gè)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8可以看出，WMASMA-13內(nèi)摩擦角減小，粘聚力增加，抗剪強(qiáng)度略有減小。表明WMASMA-13抗剪性能略有降低。

8 老化性能

參照文獻(xiàn)[6]中T0734熱拌瀝青混合料老化試驗(yàn)方法，為有效對(duì)比兩種混合料的老化性能，采用相同的老化溫度[（135±1）℃]和老化時(shí)間（4h±5min）對(duì)兩種瀝青混合料熱拌SMA-13、WMASMA-13進(jìn)行短期老化，然后做劈裂試驗(yàn)，并與未老化的瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析。老化前后兩種瀝青混合料的劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

從表9可以看出，老化前WMA劈裂強(qiáng)度比HMA提高，主要是由于加入溫拌劑后瀝青的粘度增大，混合料的粘聚力提高，故劈裂強(qiáng)度提高;老化后兩種瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度較老化前均提高，其主要原因仍是老化后瀝青的粘度增大。試驗(yàn)結(jié)果也表明：摻加溫拌劑后并未使瀝青混合料的抗老化性能降低。

9 結(jié)論

（1）采用密實(shí)度能量指數(shù)CEI和TDI研究溫拌瀝青混合料的壓實(shí)性能，結(jié)果表明：WMASMA-13在130～140℃達(dá)到最佳壓實(shí)效果，且壓實(shí)溫度和壓實(shí)次數(shù)對(duì)混合料的壓實(shí)性能具有顯著的影響。

（2）WMASMA-13與HMA高溫性能相差不大，而低溫性能略有降低。

（3）疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)荷載較小時(shí)，HMA的疲勞性能優(yōu)于WMA;而當(dāng)荷載增大到一定程度時(shí)，兩種瀝青混合料的疲勞性能基本相當(dāng)。

（4）通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)可知：WMA水穩(wěn)定性能與HMA相比略有降低，但均滿足規(guī)范的相關(guān)技術(shù)要求。

（5）WMASMA-13與HMA的抗剪性能相當(dāng)。

（6）通過(guò)對(duì)老化前后兩種瀝青混合料（SMA-13、WMASMA-13）劈裂強(qiáng)度的對(duì)比分析，得出老化后瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度均有提高。試驗(yàn)結(jié)果也表明：摻加溫拌劑后并未使瀝青混合料的抗老化性能降低。

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