Sasobit對(duì)高黏瀝青及其混合料性能的影響

陳穎川，王　健，陳國(guó)榮，莊　園

(1. 河海大學(xué) a.力學(xué)與材料學(xué)院；b.土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098; 2.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210014)

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Sasobit對(duì)高黏瀝青及其混合料性能的影響

陳穎川1a，王健1b，陳國(guó)榮1a，莊園2

(1. 河海大學(xué) a.力學(xué)與材料學(xué)院；b.土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098; 2.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210014)

摘要：為了研究沙索必德(Sasobit)對(duì)高黏瀝青及瀝青混合料性能的影響，試驗(yàn)了不同摻量比下Sasobit溫拌劑對(duì)高黏瀝青性能的影響，獲得了最佳Sasobit摻量比。在最佳摻量比下，進(jìn)一步對(duì)比分析了溫拌OGFC-13排水瀝青混合料及熱拌OGFC-13排水瀝青混合料的路用性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：Sasobit提高了瀝青的軟化點(diǎn)、高溫黏度，降低了其低溫黏度、針入度及延度。試驗(yàn)對(duì)比分析得到Sasobit最佳摻量比為2.5%，此時(shí)，能夠獲得很好的高黏瀝青的高溫穩(wěn)定性以及抗車(chē)轍性能。Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料和熱拌OGFC-13排水瀝青混合料相比，前者對(duì)水穩(wěn)定性、低溫抗裂性影響較小，高溫穩(wěn)定性提高了約7%。

關(guān)鍵詞：Sasobit；高黏瀝青；排水瀝青混合料；路用性能

0引言

常規(guī)熱拌瀝青混凝土在拌合、攤鋪以及壓實(shí)等施工過(guò)程中，由于基質(zhì)瀝青和傳統(tǒng)改性瀝青在常溫下黏度大，為達(dá)到公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[1]要求的技術(shù)指標(biāo)，需要將瀝青結(jié)合料和集料加熱到160 ℃以上，并維持在該溫度下進(jìn)行拌合和攤鋪。這不僅增加了材料保溫的難度，而且會(huì)消耗大量能源并產(chǎn)生大量的廢氣，造成環(huán)境污染，損害施工人員的健康[2-6]。隨著中國(guó)可持續(xù)戰(zhàn)略的推進(jìn)，如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)和低碳環(huán)保之間的平衡，成為當(dāng)下工程研究的熱點(diǎn)。溫拌瀝青正是在這一背景下逐步發(fā)展起來(lái)的，它與熱拌傳統(tǒng)瀝青相比，雖然路用性能相差不大，但可使拌和、攤鋪溫度降低約30 ℃，燃油消耗減少約20%~30%[7-8]，因此，溫拌瀝青具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣闊前景。

沙索必德(Sasobit)是一種微晶蠟，能有效地降低瀝青的高溫黏度，提高施工和易性，從而降低瀝青及混合料的施工溫度，同時(shí)降低混合料的老化程度。因此，Sasobit溫拌技術(shù)逐漸成熟并被廣泛應(yīng)用[9]。中國(guó)對(duì)該技術(shù)的研究工作多傾向于常規(guī)的基質(zhì)瀝青，而對(duì)改性瀝青、高黏瀝青及其混合料的研究較少。因此，本文研究了Sasobit溫拌技術(shù)在高黏瀝青和排水瀝青混合料中的應(yīng)用，通過(guò)分析不同摻量的Sasobit對(duì)高黏瀝青性能的影響，獲得了最佳Sasobit摻量比。并進(jìn)一步研究了Sasobit溫拌劑對(duì)溫拌排水瀝青混合料路用性能的影響。

1試驗(yàn)材料及性能

1.1　高黏瀝青

本試驗(yàn)中高黏瀝青采用江陰泰富瀝青有限公司生產(chǎn)的成品高黏瀝青，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示，其指標(biāo)均在規(guī)范[1]要求內(nèi)，說(shuō)明試驗(yàn)所選的高黏瀝青合格。

1.2　集料

所采用的1#(粒徑：9.50~16.00 mm)、2#(粒徑：4.75~9.50 mm)、3#(粒徑：2.36~4.75 mm)和4#(粒徑：0~2.36 mm)這4檔集料均為江蘇省溧陽(yáng)市玄武巖?；旌狭献畲蠊Q(chēng)粒徑為13.2 mm。對(duì)集料和礦粉進(jìn)行的密度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，均符合規(guī)范[1]的要求。

表1　高黏瀝青性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表2　集料和礦粉密度試驗(yàn)結(jié)果

1.3　溫拌劑

Sasobit溫拌劑由重慶中交科技股份有限公司制備，其物理化學(xué)性能經(jīng)測(cè)試均符合規(guī)范[1]及試驗(yàn)要求，具體性能指標(biāo)如表3所示。

表3　Sasobit溫拌劑的物理化學(xué)性能

2Sasobit對(duì)高黏瀝青性能的影響分析

2.1　Sasobit摻量比的確定及溫拌瀝青混合料的制備

由于Sasobit溫拌劑具有熔點(diǎn)低且與瀝青相容性好等特性，因此試驗(yàn)中對(duì)改性瀝青的制備方法為：將不同摻量比(占瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù))的Sasobit溫拌劑摻入到175±5 ℃的瀝青中，在維持溫度恒定的前提下，利用高速剪切機(jī)攪拌約30 min，制成Sasobit溫拌改性瀝青。

經(jīng)試驗(yàn)分析，當(dāng)Sasobit溫拌劑摻量比超過(guò)3.0%后，針入度指標(biāo)、15 ℃下延度指標(biāo)均不符合規(guī)范[1]要求。為此，本文選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、2.0%、2.5%和3.0%的4種Sasobit摻量比進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2　不同Sasobit摻量比下高黏瀝青常規(guī)性能試驗(yàn)

瀝青常規(guī)性能包括延度、軟化點(diǎn)及針入度。延度是表征瀝青低溫性能的指標(biāo)，5 ℃時(shí)的延度在某種程度上反映了瀝青低溫穩(wěn)定性；軟化點(diǎn)是表征瀝青的黏稠程度的指標(biāo)，軟化點(diǎn)越高，高溫穩(wěn)定性能越好；針入度表征瀝青的軟硬程度[6]。對(duì)4種不同Sasobit摻量比的改性高黏瀝青分別進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果如表4所示。

表4　不同Sasobit摻量比下改性高黏瀝青常規(guī)性能試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知：Sasobit溫拌高黏瀝青在25 ℃和30 ℃下的針入度，均隨Sasobit溫拌劑摻量比的增加而逐漸降低，這表明Sasobit溫拌高黏瀝青的稠度增大，由此會(huì)降低低溫抗裂性能。其軟化點(diǎn)隨Sasobit溫拌劑摻量比的增加而逐漸增大，這表明Sasobit溫拌高黏瀝青的高溫穩(wěn)定性增強(qiáng)，使得其高溫抗車(chē)轍能力提高。其延度隨Sasobit溫拌劑摻量比的增加而降低，同時(shí)當(dāng)摻量比超過(guò)3.0%時(shí)，延度已不符合規(guī)范[1]要求。

2.3　Sasobit溫拌高黏瀝青黏溫特性試驗(yàn)

黏度是表征瀝青黏滯性的重要參數(shù)，反映了瀝青粒子間在外力作用下抵抗變形的能力。本文采用布氏旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，對(duì)4種不同摻量比的溫拌高黏瀝青的黏度指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試溫度分別為120 ℃、130 ℃、150 ℃和170 ℃。為明確其變化趨勢(shì)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成黏溫曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1。

圖1　 Sasobit溫拌高黏瀝青黏溫曲線(xiàn)

由圖1可知：Sasobit溫拌高黏瀝清的布氏黏度在120～130 ℃迅速下降，且在相同溫度下原高黏瀝青(Sasobit摻量比為0%)黏度大于溫拌Sasobit高黏瀝青。當(dāng)布氏黏度相同時(shí)，原高黏瀝青比溫拌Sasobit高黏瀝青的溫度高20 ℃左右，說(shuō)明本質(zhì)為微晶蠟的Sasobit溫拌劑增加了瀝清的和易性，從而降低了施工溫度。隨著Sasobit摻量的增加，布氏黏度減小幅度變大。當(dāng)溫度高于150 ℃后，布氏黏度變化均不大且趨于穩(wěn)定。

3OGFC-13排水瀝青混合料設(shè)計(jì)

3.1　施工溫度及Sasobit最佳摻量的確定

施工溫度是瀝青混凝土路面在施工過(guò)程中最重要的參數(shù)之一[10]?！豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[11]規(guī)定：石油瀝青黏度為0.15～0.19 Pa·s時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度為拌合溫度；石油瀝青黏度為0.25～0.31 Pa·s時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度為壓實(shí)溫度，但改性瀝青數(shù)值偏大。參照文獻(xiàn)[12]，本文研究熱拌排水瀝青混合料的拌合及壓實(shí)溫度為165 ℃，溫拌排水瀝青混合料的拌合及壓實(shí)溫度為145 ℃。同時(shí)，確定排水瀝青混合料Sasobit溫拌劑最佳摻量比為2.5%。

3.2　排水瀝青的混合料配合比設(shè)計(jì)

為研究Sasobit溫拌劑對(duì)排水瀝青混合料的影響，需對(duì)排水瀝青混合料進(jìn)行配制，Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料采用的目標(biāo)空隙率為20%。根據(jù)各檔礦料的篩分試驗(yàn)結(jié)果和規(guī)范[1]對(duì)OGFC-13排水瀝青混合料礦料級(jí)配范圍的規(guī)定，集料合成目標(biāo)級(jí)配質(zhì)量比為：1#(粒徑：9.50~16.00 mm)∶2#(粒徑：4.75~9.50 mm)∶3#(粒徑：2.36~4.75 mm)∶4#(粒徑：0~2.36 mm)∶礦粉=50.0∶35.5∶0∶9.5∶5.0。各篩孔的質(zhì)量通過(guò)百分率見(jiàn)表5。

表5　排水瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)

3.3　熱拌與溫拌排水瀝青混合料試驗(yàn)對(duì)比

依據(jù)Superpave級(jí)配設(shè)計(jì)方法，熱拌OGFC-13排水瀝青混合料和2.5%摻量比的Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料分別在溫度165 ℃和145 ℃條件下，成型車(chē)轍板試件和馬歇爾試件，對(duì)混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。

表6　排水瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)、析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知：相對(duì)于熱拌OGFC-13排水瀝青混合料，Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料的穩(wěn)定度和析漏損失均略有下降，而流值、飛散損失和空隙率都有所增大，試驗(yàn)結(jié)果均符合規(guī)范[1]要求。

4Sasobit溫拌排水瀝青混合料路用性能

為進(jìn)一步研究和評(píng)價(jià)Sasobit對(duì)OGFC-13排水瀝青混合料性能的影響，分別對(duì)Sasobit摻量比為2.5%的溫拌OGFC-13排水瀝青混合料與普通熱拌OGFC-13排水瀝青混合料進(jìn)行路用性能試驗(yàn)，性能包括高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

4.1　高溫穩(wěn)定性

試驗(yàn)溫度為60 ℃，壓力為0.7 MPa，對(duì)熱拌OGFC-13排水瀝青混合料和2.5%摻量比的Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7　車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知：相對(duì)于熱拌OGFC-13排水瀝青混合料，溫拌OGFC-13排水瀝青混合料高溫穩(wěn)定度提高了約7%，這增強(qiáng)了排水瀝青混合料的抗車(chē)轍能力。分析認(rèn)為：在60 ℃條件下，由于Sasobit沒(méi)有完全熔化而形成更穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，增加了60 ℃時(shí)瀝青的黏度，這與前述Sasobit可提高高黏瀝青的高溫穩(wěn)定性的試驗(yàn)結(jié)果一致。

4.2　水穩(wěn)定性

分別對(duì)普通熱拌OGFC-13排水瀝青混合料和2.5%摻量比的Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和浸水飛散試驗(yàn)，結(jié)果如表8所示。

表8　水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知：相對(duì)于熱拌OGFC-13排水瀝青混合料，溫拌OGFC-13排水瀝青混合料的飛散損失和浸水飛散損失有所提高，凍融殘留強(qiáng)度比有所降低，殘留穩(wěn)定度基本相當(dāng)。綜合以上試驗(yàn)結(jié)果可知：溫拌OGFC-13排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性較好，滿(mǎn)足規(guī)范[1]的要求。對(duì)降雨量大、水穩(wěn)定性要求高的地區(qū)，本文建議可添加氫氧化鈣等抗剝落劑來(lái)提高其水穩(wěn)定性，但加入后對(duì)其他性能的影響需進(jìn)一步研究。

4.3　低溫抗裂性

低溫抗裂性與瀝青混凝土路面橫向裂縫等病害密切相關(guān)，是重要的路用指標(biāo)之一。試驗(yàn)溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果用彎曲應(yīng)變表征。

在-10 ℃、50 mm/min條件下，分別對(duì)熱拌OGFC-13排水瀝青混合料和2.5%摻量比的Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料成型的小梁試件進(jìn)行測(cè)試。熱拌OGFC-13排水瀝青混合料低溫彎曲應(yīng)變?yōu)? 183，溫拌OGFC-13排水瀝青混合料低溫彎曲應(yīng)變?yōu)? 904。相比于熱拌OGFC-13排水瀝青混合料，溫拌OGFC-13排水瀝青混合料的低溫抗裂性降低了約12%。這是由于在-10 ℃的低溫條件下，Sasobit溫拌劑在一定程度上表現(xiàn)了蠟的特性，這與前述Sasobit會(huì)降低瀝青結(jié)合料的低溫抗裂性能的試驗(yàn)結(jié)果一致。

5結(jié)論

(1)當(dāng)摻入3.0%的Sasobit后，針入度指標(biāo)和15 ℃延度指標(biāo)均不再符合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[1]的要求。通過(guò)不同摻量對(duì)比試驗(yàn)，確定最佳Sasobit摻量比為2.5%。

(2)隨Sasobit摻量的增加,Sasobit溫拌高黏瀝青在25 ℃和30 ℃下的針入度指標(biāo)均逐漸降低，低溫抗裂性能也降低；其軟化點(diǎn)則逐漸增大，使得溫拌瀝青的高溫穩(wěn)定性和高溫抗車(chē)轍能力增強(qiáng)；而延度逐漸降低，當(dāng)摻量比超過(guò)2.5%時(shí)，則不符合規(guī)范[1]要求。

(3)Sasobit溫拌高黏瀝清的表觀黏度在120～130 ℃時(shí)迅速下降，摻量比的增加增大了黏度減小幅度。在布氏黏度相近時(shí)，溫拌高黏瀝青較原高黏瀝青溫度降低了約20 ℃，從而降低了施工溫度，增加了瀝青的施工和易性。

(4)相對(duì)于普通熱拌OGFC-13排水瀝青混合料，Sasobit溫拌OGFC-13排水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性顯著提高，水穩(wěn)定性、低溫抗裂性有所降低，但幅度不大。

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文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TU535

DOI:10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2016.02.013 10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2016.02.014

文章編號(hào)：1672-6871(2016)02-0062-05 1672-6871(2016)02-0067-05

收稿日期：2015-09-14 2015-06-28

作者簡(jiǎn)介：陳穎川(1990-)，女，浙江衢州人,碩士生;陳國(guó)榮(1958-),男,浙江溫州人，教授,博士,博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)閹r質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析、加固措施以及橋面材料等. 錢(qián)曉麗(1970-),女,黑龍江雞西人,教授,博士,主要從事土木工程方面的教學(xué)和科研工作.

基金項(xiàng)目：江蘇省交通運(yùn)輸科技基金項(xiàng)目(2013T04-3) 福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013J0117)