HON7686改性SMA拌和工藝優化研究（交通）

                      余  穎¹  苑瑞星²  劉黎萍¹

（1．同濟大學交通運輸工程學院上海201804；  2．霍尼韋爾綜合科技（中國）有限公司  上海201203）

摘要常規瀝青瑪蹄脂碎石混凝土(SMA)的拌和工藝為將集料與纖維拌和后與瀝青進行拌和，再與礦粉拌和。采用HON7686添加劑改善SMA混合料性能時，涉及到其添加時機問題。文中采用幾種不同的添加工藝，如集料十纖維十添加劑十瀝青、集料十添加劑+纖維十瀝青、集料十纖維+HON7686改性瀝青等進行拌和，采用馬歇爾試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗和小梁彎曲試驗對不同拌和工藝的效果進行對比研究。結果表明，拌和工藝對混合料性能影響顯著，集料十添加劑十纖維十瀝青，最后再與礦粉進行拌和是其最佳拌和工藝。

關鍵詞  SMA混合料  添加劑  拌和工藝  路用性能

    瀝青瑪蹄脂碎石混合料( SMA)是由集料、瀝青、纖維、礦粉組成的間斷級配瀝青混合料。目前，SMA作為一種較好的瀝青混合料形式在我國高等級路面中得到廣泛應用，并取得較好的效果。但交通量的增大和交通荷載的增加，使得常規瀝青混合料不能滿足道路使用要求，各種改性劑和改性瀝青混合料得到越來越廣泛的應用，如SBS瀝青混合料擁有良好的路用性能被廣泛應用在瀝青鋪面的上面層，環氧瀝青擁有高粘性能被運用在橋面鋪裝等。HON7686是霍尼韋爾公司生產的一種多功能改性劑，旨在不降低混合料低溫性能的同時，提高混合料的高溫性能和水穩定性，另外，該多功能改性劑還能夠一定程度降低混合料生產溫度。

    隨著改性劑的廣泛使用，改性劑的拌和工藝也得到一定關注，現有的拌和工藝主要有：干拌法和濕拌法，有研究表明拌和工藝對混合料性能有一定影響。侯睿等研究了再生劑拌和工藝對再生瀝青混合料性能的影響，發現再生劑摻加工藝對混合料低溫性能有一定影響；季節等用了干拌法和濕拌法制備了溫拌再生瀝青混合料，發現制備工藝對混合料性能有一定影響；黃彭發現橡膠粉拌和工藝對改性瀝青混合料性能有顯著影響。

    從現有研究可以發現，外摻劑的拌和工藝對混合料性能存在一定程度上的影響，但現有的改性瀝青混合料的制備過程大部分是將改性劑加入瀝青中制備成改性瀝青，使用改性瀝青制備混合料，忽略了改性劑本身的特性。本文針對改性劑HON7686的不同拌和工藝進行了研究，分析了該改性劑不同拌和工藝對改性瀝青混合料性能的影響，并對該改性劑的拌和工藝進行優化。

1  原材料與試驗設計

1.1集料

    本次試驗采用SMA-13級配，粗集料(粒徑大于2. 36 mm)采用玄武巖，細集料(粒徑不大于2. 36)采用石灰巖，礦粉為石灰巖礦粉。試驗所用集料均符合規范要求，集料相對密度見表1。

1.2瀝青

    本次試驗采用的瀝青為70號基質瀝青，基本指標見表2，滿足規范要求。

1.3纖維與改性劑

    本次試驗使用的纖維為木質素纖維，相對密度為0. 992，摻量為礦料質量的0.3%。

    本次試驗采用的改性劑為HON7686，外觀為白色細結晶體，遇熱融化，融化后無色，相對密度為0. 99，摻量為礦料質量的0.3%。

1.4配合比

    本次試驗采用的級配為SMA-13，級配曲線見圖1。

    由圖1可見，所用集料級配符合規范要求。

    采用馬歇爾試驗確定設計級配最佳油石比為5. 85%。進行馬歇爾試驗時，采用已確定的級配，只添加纖維，不添加外摻劑。試驗條件為集料加熱溫度175℃，拌和溫度165℃，養生溫度160℃，養生2h，擊實溫度155℃，雙面擊實75次。

    油石比為5. 85%時，馬歇爾試件空隙率為3. 5%左右，符合熱拌瀝青混合料密級配空隙率要求，礦料間隙率、粗集料骨架間隙率等指標滿足規范要求。

1.5拌和工藝

    本次試驗探討外摻劑H()N7686的不同拌和工藝對混合料性能的影響，以期優化該外摻劑的拌和工藝。本文考慮的拌和工藝有：

    工藝一。集料倒入拌和鍋，加入纖維，干拌90s；加入基質瀝青，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s。

    工藝二。集料倒入拌和鍋，加入纖維，干拌60 s；加入HON7686，干拌30 s；加入基質瀝青，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s。

    工藝三。集料倒入拌和鍋，加入HON7686，干拌30 s；加入纖維，干拌60 s；加入基質瀝青，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s。

    工藝四。集料倒人拌和鍋，同時加入纖維和HON7686，干拌90 s；加入基質瀝青，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s。

    工藝五。集料倒入拌和鍋，加入纖維，干拌90 s；加入7686改性瀝青，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s（其中，HON7686改性瀝青指的是將外摻劑HON7686加入基質瀝青后攪拌均勻形成的改性瀝青）。

    工藝六。集料倒入拌和鍋，加入纖維，干拌90 s；加入基質瀝青，將HON7686灑在瀝青上，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s。

    其中，工藝五為現在常見的外摻劑添加工藝。

2試驗結果與分析

    為研究HON7686的不同拌和工藝對混合料性能的影響，本次試驗采用馬歇爾試驗評價不同拌和工藝對成型試件空隙率的影響，并分別采用車轍試驗、凍融劈裂試驗、低溫小梁彎曲試驗評價不同拌和工藝對混合料高溫性能、水穩定性、低溫性能的影響。

    為便于比較，全部采用同一級配、瀝青用量進行試驗。試件成型條件統一為：集料加熱溫度175℃，拌和溫度165℃，養生溫度160℃，養生2h，成型溫度155℃。

2.1拌和工藝對試件體積參數的影響

    通過對6種不同工藝制備的混合料進行馬歇爾試驗，比較不同工藝對混合料體積參數的影響，測得不同工藝制備的試件的體積參數見表3。

    試驗結果表明，拌和工藝對混合料體積參數有一定影響，其中工藝四空隙率較小，礦料間隙率和粗集料骨架間隙率較小，瀝青飽和度較大；工藝一空隙率較大，礦料間隙率和粗集料骨架間隙率較大，瀝青飽和度較小。拌和工藝對混合料力學性能也有一定影響，其中工藝一穩定度較小，工藝五穩定度較大。

2.2拌和工藝對混合料水穩定性的影響

    混合料水穩定性是瀝青路面早期損害的重要原因，本次試驗采用凍融劈裂試驗評價混合料水穩定性，試驗結果見表4。

    試驗結果表明，拌和工藝對混合料凍融前后強度比( TSR)有一定影響，其中工藝六TSR較大，工藝二TSR較小，6種工藝生產的混合料TSR均能滿足規范要求；拌和工藝對混合料劈裂強度的影響十分顯著，其中工藝三較大，工藝五較小。

2.3拌和工藝對混合料高溫性能的影響

    高溫穩定性是瀝青混合料的重要性能，高溫性能不良引起的車轍等問題會影響行車舒適性甚至交通安全，本文將通過車轍試驗對混合料高溫性能進行評價，通過動穩定度和最終變形量分析外摻劑拌和工藝對混合料高溫性能的影響。試驗結果見表5。其中，每種工藝成型3塊車轍板，其中動穩定度和最終變形量為3塊車轍板試驗平均值。

    試驗結果表明，除了工藝一外，其他工藝生產的混合料高溫性能都能滿足規范要求，其中工藝三動穩定最大，最終變形量最??；工藝五動穩定度較小，最終變形量較大。

    對動穩定度進行方差分析，由表6可見，工藝對動穩定度影響顯著。結果表明，拌和工藝對混合料高溫穩定性影響顯著，不同工藝生產的混合料高溫性能有明顯差異，其中工藝三最佳。

2.4拌和工藝對混合料低溫性能的影響

    本文采用低溫小梁彎曲試驗評價外摻劑拌和工藝對混合料低溫性能的影響，試驗結果見表7。

試驗結果表明，6種工藝生產的混合料低溫性能均滿足規范要求，外摻劑拌和方式對混合料低溫性能影響有限，除工藝五外，其他工藝制備的混合料最大彎拉應變均在3 000×10^-6以上，且相差不大。

2.5試驗結果分析

    由以上試驗結果可以看出，不同工藝制備的混合料性能差異顯著，尤其是混合料高溫性能。其中，工藝三（集料倒入拌和鍋；加入HON7686,干拌30 s；加入纖維，干拌60 s；加入基質瀝青，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s）生產的混合料穩定度最大，動穩定度最大，劈裂強度最大，其他性能也較為突出，相比常規拌和工藝（工藝五），混合料性能有較大改善。因此，可以判斷工藝三是該外摻劑的最佳工藝。

3結論

    (1)拌和工藝是混合料性能的顯著影響因素之一，建議在外摻劑的使用過程中找出該外摻劑的最佳拌和工藝以發揮其最佳功效。

    (2) HON7686外摻劑能提高混合料壓實性能，減小試件空隙率；而且該外摻劑能較大幅度地提高混合料的高溫性能。

    (3)外摻劑HON7686的拌和工藝對}昆合料性能有明顯影響，尤其是混合料的高溫性能。

    (4)外摻劑HON7686的最佳室內拌和工藝為：集料倒入拌和鍋，加入HON7686，干拌30 s；加入纖維，干拌6 Qs;加入基質瀝青，干拌90 s；加入礦粉，干拌90 s。