HON7686改性SMA拌和工艺优化研究（交通）

HON7686改性SMA拌和工艺优化研究（交通）

                      余  颖¹  苑瑞星²  刘黎萍¹

（1．同济大学交通运输工程学院上海201804；  2．霍尼韦尔综合科技（中国）有限公司  上海201203）

摘要常规沥青玛蹄脂碎石混凝土(SMA)的拌和工艺为将集料与纤维拌和后与沥青进行拌和，再与矿粉拌和。采用HON7686添加剂改善SMA混合料性能时，涉及到其添加时机问题。文中采用几种不同的添加工艺，如集料十纤维十添加剂十沥青、集料十添加剂+纤维十沥青、集料十纤维+HON7686改性沥青等进行拌和，采用马歇尔试验、车辙试验、冻融劈裂试验和小梁弯曲试验对不同拌和工艺的效果进行对比研究。结果表明，拌和工艺对混合料性能影响显著，集料十添加剂十纤维十沥青，最后再与矿粉进行拌和是其最佳拌和工艺。

关键词  SMA混合料  添加剂  拌和工艺  路用性能

    沥青玛蹄脂碎石混合料( SMA)是由集料、沥青、纤维、矿粉组成的间断级配沥青混合料。目前，SMA作为一种较好的沥青混合料形式在我国高等级路面中得到广泛应用，并取得较好的效果。但交通量的增大和交通荷载的增加，使得常规沥青混合料不能满足道路使用要求，各种改性剂和改性沥青混合料得到越来越广泛的应用，如SBS沥青混合料拥有良好的路用性能被广泛应用在沥青铺面的上面层，环氧沥青拥有高粘性能被运用在桥面铺装等。HON7686是霍尼韦尔公司生产的一种多功能改性剂，旨在不降低混合料低温性能的同时，提高混合料的高温性能和水稳定性，另外，该多功能改性剂还能够一定程度降低混合料生产温度。

    随着改性剂的广泛使用，改性剂的拌和工艺也得到一定关注，现有的拌和工艺主要有：干拌法和湿拌法，有研究表明拌和工艺对混合料性能有一定影响。侯睿等研究了再生剂拌和工艺对再生沥青混合料性能的影响，发现再生剂掺加工艺对混合料低温性能有一定影响；季节等用了干拌法和湿拌法制备了温拌再生沥青混合料，发现制备工艺对混合料性能有一定影响；黄彭发现橡胶粉拌和工艺对改性沥青混合料性能有显著影响。

    从现有研究可以发现，外掺剂的拌和工艺对混合料性能存在一定程度上的影响，但现有的改性沥青混合料的制备过程大部分是将改性剂加入沥青中制备成改性沥青，使用改性沥青制备混合料，忽略了改性剂本身的特性。本文针对改性剂HON7686的不同拌和工艺进行了研究，分析了该改性剂不同拌和工艺对改性沥青混合料性能的影响，并对该改性剂的拌和工艺进行优化。

1  原材料与试验设计

1.1集料

    本次试验采用SMA-13级配，粗集料(粒径大于2. 36 mm)采用玄武岩，细集料(粒径不大于2. 36)采用石灰岩，矿粉为石灰岩矿粉。试验所用集料均符合规范要求，集料相对密度见表1。

 

1.2沥青

    本次试验采用的沥青为70号基质沥青，基本指标见表2，满足规范要求。

 

1.3纤维与改性剂

    本次试验使用的纤维为木质素纤维，相对密度为0. 992，掺量为矿料质量的0.3%。

    本次试验采用的改性剂为HON7686，外观为白色细结晶体，遇热融化，融化后无色，相对密度为0. 99，掺量为矿料质量的0.3%。

1.4配合比

    本次试验采用的级配为SMA-13，级配曲线见图1。

 

    由图1可见，所用集料级配符合规范要求。

    采用马歇尔试验确定设计级配最佳油石比为5. 85%。进行马歇尔试验时，采用已确定的级配，只添加纤维，不添加外掺剂。试验条件为集料加热温度175℃，拌和温度165℃，养生温度160℃，养生2h，击实温度155℃，双面击实75次。

    油石比为5. 85%时，马歇尔试件空隙率为3. 5%左右，符合热拌沥青混合料密级配空隙率要求，矿料间隙率、粗集料骨架间隙率等指标满足规范要求。

1.5拌和工艺

    本次试验探讨外掺剂H()N7686的不同拌和工艺对混合料性能的影响，以期优化该外掺剂的拌和工艺。本文考虑的拌和工艺有：

    工艺一。集料倒入拌和锅，加入纤维，干拌90s；加入基质沥青，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s。

    工艺二。集料倒入拌和锅，加入纤维，干拌60 s；加入HON7686，干拌30 s；加入基质沥青，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s。

    工艺三。集料倒入拌和锅，加入HON7686，干拌30 s；加入纤维，干拌60 s；加入基质沥青，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s。

    工艺四。集料倒人拌和锅，同时加入纤维和HON7686，干拌90 s；加入基质沥青，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s。

    工艺五。集料倒入拌和锅，加入纤维，干拌90 s；加入7686改性沥青，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s（其中，HON7686改性沥青指的是将外掺剂HON7686加入基质沥青后搅拌均匀形成的改性沥青）。

    工艺六。集料倒入拌和锅，加入纤维，干拌90 s；加入基质沥青，将HON7686洒在沥青上，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s。

    其中，工艺五为现在常见的外掺剂添加工艺。

2试验结果与分析

    为研究HON7686的不同拌和工艺对混合料性能的影响，本次试验采用马歇尔试验评价不同拌和工艺对成型试件空隙率的影响，并分别采用车辙试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验评价不同拌和工艺对混合料高温性能、水稳定性、低温性能的影响。

    为便于比较，全部采用同一级配、沥青用量进行试验。试件成型条件统一为：集料加热温度175℃，拌和温度165℃，养生温度160℃，养生2h，成型温度155℃。

2.1拌和工艺对试件体积参数的影响

    通过对6种不同工艺制备的混合料进行马歇尔试验，比较不同工艺对混合料体积参数的影响，测得不同工艺制备的试件的体积参数见表3。

 

    试验结果表明，拌和工艺对混合料体积参数有一定影响，其中工艺四空隙率较小，矿料间隙率和粗集料骨架间隙率较小，沥青饱和度较大；工艺一空隙率较大，矿料间隙率和粗集料骨架间隙率较大，沥青饱和度较小。拌和工艺对混合料力学性能也有一定影响，其中工艺一稳定度较小，工艺五稳定度较大。

2.2拌和工艺对混合料水稳定性的影响

    混合料水稳定性是沥青路面早期损害的重要原因，本次试验采用冻融劈裂试验评价混合料水稳定性，试验结果见表4。

 

    试验结果表明，拌和工艺对混合料冻融前后强度比( TSR)有一定影响，其中工艺六TSR较大，工艺二TSR较小，6种工艺生产的混合料TSR均能满足规范要求；拌和工艺对混合料劈裂强度的影响十分显著，其中工艺三较大，工艺五较小。

2.3拌和工艺对混合料高温性能的影响

    高温稳定性是沥青混合料的重要性能，高温性能不良引起的车辙等问题会影响行车舒适性甚至交通安全，本文将通过车辙试验对混合料高温性能进行评价，通过动稳定度和最终变形量分析外掺剂拌和工艺对混合料高温性能的影响。试验结果见表5。其中，每种工艺成型3块车辙板，其中动稳定度和最终变形量为3块车辙板试验平均值。

 

    试验结果表明，除了工艺一外，其他工艺生产的混合料高温性能都能满足规范要求，其中工艺三动稳定最大，最终变形量最小；工艺五动稳定度较小，最终变形量较大。

    对动稳定度进行方差分析，由表6可见，工艺对动稳定度影响显著。结果表明，拌和工艺对混合料高温稳定性影响显著，不同工艺生产的混合料高温性能有明显差异，其中工艺三最佳。

 

2.4拌和工艺对混合料低温性能的影响

    本文采用低温小梁弯曲试验评价外掺剂拌和工艺对混合料低温性能的影响，试验结果见表7。

    

试验结果表明，6种工艺生产的混合料低温性能均满足规范要求，外掺剂拌和方式对混合料低温性能影响有限，除工艺五外，其他工艺制备的混合料最大弯拉应变均在3 000×10^-6以上，且相差不大。

2.5试验结果分析

    由以上试验结果可以看出，不同工艺制备的混合料性能差异显著，尤其是混合料高温性能。其中，工艺三（集料倒入拌和锅；加入HON7686,干拌30 s；加入纤维，干拌60 s；加入基质沥青，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s）生产的混合料稳定度最大，动稳定度最大，劈裂强度最大，其他性能也较为突出，相比常规拌和工艺（工艺五），混合料性能有较大改善。因此，可以判断工艺三是该外掺剂的最佳工艺。

3结论

    (1)拌和工艺是混合料性能的显著影响因素之一，建议在外掺剂的使用过程中找出该外掺剂的最佳拌和工艺以发挥其最佳功效。

    (2) HON7686外掺剂能提高混合料压实性能，减小试件空隙率；而且该外掺剂能较大幅度地提高混合料的高温性能。

    (3)外掺剂HON7686的拌和工艺对}昆合料性能有明显影响，尤其是混合料的高温性能。

    (4)外掺剂HON7686的最佳室内拌和工艺为：集料倒入拌和锅，加入HON7686，干拌30 s；加入纤维，干拌6 Qs;加入基质沥青，干拌90 s；加入矿粉，干拌90 s。