Sasobit溫拌劑在瀝青路面就地?zé)嵩偕械膽?yīng)用研究

肖克雄，聶 欣，徐予睢

(1.青海交通投資有限公司， 西寧 810000； 2.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400067；3.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

Sasobit溫拌劑在瀝青路面就地?zé)嵩偕械膽?yīng)用研究

肖克雄1，聶 欣2，徐予睢3

(1.青海交通投資有限公司， 西寧 810000； 2.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400067；3.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

目前，瀝青路面熱再生技術(shù)已經(jīng)成為瀝青路面維修和改造的主要方式之一。結(jié)合原有瀝青路面破損機(jī)理和路面再生利用原理，以瀝青就地?zé)嵩偕夹g(shù)為研究對象，并以西北某高速公路路面維修為實體工程，分析有機(jī)添加劑Sasobit在路面熱再生試驗路段應(yīng)用的相關(guān)性能。試驗結(jié)果表明：在瀝青里加入Sasobit溫拌劑后，熱拌瀝青混合料多項路用性能指標(biāo)明顯提高。

就地?zé)嵩偕?；瀝青路面；有機(jī)添加劑；溫拌劑

瀝青路面就地?zé)嵩偕笇υ衅茡p路面進(jìn)行加熱、翻松銑刨，然后在舊瀝青材料中加入低粘度的油料(再生劑)或適當(dāng)稠度的瀝青材料，經(jīng)過調(diào)配形成瀝青混合料，再用于現(xiàn)場路面鋪筑[1]。但由于就地?zé)嵩偕に囀┕み^程需要較高的溫度，不僅會造成能源的大量消耗、污染環(huán)境，而且還會造成瀝青老化，從而影響再生效果[2]。因此，在瀝青混合料熱拌過程中加入溫拌劑用以降低施工溫度的溫拌技術(shù)應(yīng)運而生。

瀝青混合料溫拌技術(shù)是上世紀(jì)90年代末開發(fā)的新技術(shù)，Sasobit是應(yīng)用較廣泛的一種溫拌劑，其屬于一種新型聚烯烴類，具有良好的路用性能。近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者對熱拌瀝青混合料溫拌劑進(jìn)行了相關(guān)研究，季節(jié)[3]認(rèn)為Sasobit與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而引起瀝青性能的變化，同時瀝青性能變化也與Sasobit加入時的溫度有關(guān)；吳超凡[4]提出Sasobit瀝青混合料的表觀粘度與實際流動性的差異因素對相對值的影響有限；張銳、黃曉明[5]認(rèn)為摻加Sasobit后瀝青膠結(jié)料的溫度穩(wěn)定性得到提高。由溫拌瀝青混合料的研究可知，混合料制備過程中溫拌相比熱拌其制備溫度低約30 ℃[6]。若溫拌劑的加入可以有效降低瀝青混合料就地?zé)嵩偕┕囟?，則不僅可以達(dá)到環(huán)保效果，而且還可以解決就地?zé)嵩偕┕ぬ鞖鉁囟炔荒苓^低的問題。本文通過在西北某高速公路熱再生技術(shù)的應(yīng)用，對溫拌瀝青混合料應(yīng)用較多的溫拌劑的特點進(jìn)行分析，對Sasobit溫拌劑在熱再生瀝青混合料的性能進(jìn)行了深入研究， 為類似工程應(yīng)用提供參考。

1 工程背景

西北某高速公路為雙向4車道，全長約120 km，其中19.6 km已出現(xiàn)多處車轍，裂縫，病害嚴(yán)重，需要養(yǎng)護(hù)維修。考慮到該高速公路車流量大，為了盡量縮短影響車輛通行的時間，同時根據(jù)《“十二五”綜合交通運輸體系規(guī)劃》中“綠色發(fā)展，切實保護(hù)環(huán)境，節(jié)約利用資源”的發(fā)展原則，該大修工程采用就地?zé)嵩偕┕し椒?。由于西北地區(qū)冬季溫度較低，該路施工季節(jié)又包含了冬季低溫時期，故再生混合料在拌和與攤鋪過程中溫度過低便成為施工中的最大難題。因此，對該高速公路病害路段路面進(jìn)行就地?zé)嵩偕鷷r，嘗試添加溫拌劑，旨在通過降低施工拌和溫度來適應(yīng)環(huán)境溫度，保證拌和、壓實質(zhì)量。

2 原有路面狀況評價

2.1 適合就地?zé)嵩偕臑r青路面病害類型

瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)可以處理大部分非結(jié)構(gòu)性的瀝青路面破損病害，包括坑槽、擁包、滑移裂縫、沉降、車轍、凹陷、縱向裂縫和橫向裂縫等。

2.2 路面結(jié)構(gòu)承載能力評價

瀝青路面熱再生技術(shù)要求瀝青路面厚度至少為75 mm。如果現(xiàn)有瀝青路面承載能力需要補(bǔ)強(qiáng)，則需按常規(guī)設(shè)計方法來確定補(bǔ)強(qiáng)厚度。如果瀝青路面結(jié)構(gòu)承載能力大面積失效則不適合采用熱再生技術(shù)來維修養(yǎng)護(hù)。若現(xiàn)有道路承載能力不能滿足預(yù)期的交通量要求時，則應(yīng)根據(jù)再生瀝青層厚度進(jìn)行相應(yīng)加鋪設(shè)計。

2.3 舊路材料性能評價

2.3.1 舊瀝青混合料現(xiàn)場含水量與毛體積密度

1) 舊瀝青路面的現(xiàn)場含水量對熱再生的影響很大，故測試舊材料現(xiàn)場含水量時，需采用干鉆法取出舊料芯樣，鉆取過程中不能用水冷卻。

2) 需采用水中重法或者表干法對芯樣密度進(jìn)行測試，以確定舊料的現(xiàn)場毛體積密度，并供后續(xù)配合比設(shè)計時參考。

2.3.2 舊混合料瀝青含量確定與評價

再生混合料中，舊瀝青混合料的瀝青含量和性能指標(biāo)對再生混合料的性能影響較大。國內(nèi)外往往采用離心軸法來檢測舊混合料的瀝青含量，然后通過阿布森試驗方法對舊瀝青進(jìn)行回收試驗，并測試其軟化點、針入度、延度等指標(biāo)，以評價舊混合料的老化程度并以此進(jìn)行瀝青摻配設(shè)計。

3 瀝青材料老化與再生原理

3.1 瀝青混合料

瀝青混合料是由一定比例的粗集料、細(xì)集料、瀝青與填料在嚴(yán)格控制條件下進(jìn)行充分拌和而形成的混合物。瀝青混合料的集料主要有石英(巖類硅)、石灰?guī)r(鈣類)、多孔玄武巖和花崗巖(閃長巖和石英)等。不同巖類集料的瀝青混合料其具有不同的熱物理參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容等，其對舊瀝青路面的加熱有較大影響。

由于公路等級、路面類型、路面結(jié)構(gòu)層次不同，所以需要的瀝青混合料類型也不同。通常，瀝青路面上面層采用最大粒徑較小的瀝青混合料，中下面層采用最大粒徑較大的瀝青混合料。

3.2 瀝青老化原理

瀝青路面經(jīng)過車輛荷載及自然環(huán)境因素的長期作用后，其混合料中的瀝青結(jié)合料慢慢會老化、變得脆硬，使路面出現(xiàn)各種形式的損壞。瀝青路面的熱再生就是對舊瀝青進(jìn)行再生循環(huán)利用。瀝青結(jié)合料的老化主要受瀝青混合料中瀝青膜厚度和集料空隙率的影響，空隙率較大的瀝青混合料容易受到空氣的長期影響而使氧化加快。另外，較大空隙率的瀝青混合料由于長期受空氣的影響，其瀝青結(jié)合料的針入度指數(shù)會明顯變大。瀝青膜厚度對瀝青材料的老化也有較大影響，瀝青材料的老化指數(shù)會隨瀝青膜厚度的增加而減小。

3.3 瀝青流變特性與廢舊瀝青的再生利用原理

舊瀝青的再生利用原理，就是采用調(diào)和瀝青的調(diào)配原理，即在廢舊瀝青材料中加入某種低粘度的油料(瀝青再生劑)或適當(dāng)粘度的新瀝青材料，對瀝青進(jìn)行重新拌和和調(diào)配，使調(diào)配之后的再生瀝青能夠滿足所需的粘度和路用性質(zhì)。因此，瀝青混合料的再生過程就是舊瀝青材料與新瀝青再生劑或瀝青材料，經(jīng)過重新調(diào)配混合形成滿足道路路用要求的新瀝青混合料的一個過程。在此過程中，需要把舊瀝青粘度調(diào)節(jié)到滿足路用要求的粘度范圍，同時也要把舊瀝青路面材料的流變指數(shù)提高至合適的范圍，使再生后瀝青材料能再次擁有良好的流變性能[7]。

3.4 評價瀝青材料再生效果的指標(biāo)

3.4.1 再生瀝青材料的粘度

新瀝青再生劑的添加量與再生劑的粘度、舊瀝青混合料的粘度及再生后瀝青混合料的設(shè)計粘度有關(guān)。再生后瀝青混合料的設(shè)計粘度與再生劑粘度和舊瀝青混合料粘度的關(guān)系可由下式求得：

logηR=x1.2logηb+(1-x)1.2logη0

式中：ηR為再生后瀝青混合料的設(shè)計粘度，Pa·s；η0為舊瀝青的粘度，Pa·s；ηb為再生劑的粘度，Pa·s；x為新瀝青材料或再生劑的添加比例。

3.4.2 再生瀝青材料的流變指數(shù)

廢舊瀝青混合料與新瀝青混合料或較低粘度的瀝青再生劑混合調(diào)配之后所得到的新型再生瀝青結(jié)合料，將擁有新的流變性質(zhì)膠體結(jié)構(gòu)，新的流變指數(shù)可由下式計算得到：

CR=K(xCb+(1-x)C0)

式中：Cb為再生劑或新瀝青材料的流變系數(shù)；C0為廢舊瀝青材料的流變指數(shù)；CR為再生后瀝青材料的流變系數(shù)；K為再生效果指數(shù)，K=1。

3.4.3 再生瀝青材料的針入度

瀝青材料的針入度與粘度的關(guān)系式為：

式中：η為粘度，Pa·s；p為針入度，1/10 mm。

因此，再生瀝青材料的針入度與廢舊瀝青材料、新瀝青材料或瀝青再生劑針入度的對數(shù)關(guān)系為：

logPR=xalog(Pb-A)+(1-x)alog(P0-A)+A

式中：Pb為新瀝青材料或再生劑的針入度，1/10 mm；P0為廢舊瀝青材料的針入度，1/10 mm；Pa為再生后瀝青材料的針入度，1/10 mm；A為常數(shù)，A=4.656 9。

3.5 瀝青再生劑的作用

在使舊瀝青再生時，通過新瀝青材料或瀝青再生劑與廢舊瀝青材料的混合調(diào)配，來降低廢舊瀝青材料的粘度，從而達(dá)到要求的性能指標(biāo)，使舊瀝青路面混合料軟化，便于加熱后使其松散，并與新瀝青混合料混合均勻[8]。混合過程中，新添加的再生劑與舊瀝青材料應(yīng)充分混合，使舊瀝青結(jié)合料中凝聚起來的瀝青質(zhì)溶解分散，并使舊瀝青結(jié)合料分散軟化，從而使再生瀝青結(jié)合料的流變性質(zhì)得到改善。瀝青再生劑選擇標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 瀝青再生劑指標(biāo)的選擇標(biāo)準(zhǔn)

3.6 Sasobit溫拌劑改性性能分析

Sasobit溫拌劑屬于一種新型聚烯烴類，是一種合成的碳?xì)浠衔锘旌衔?。國際上較好的溫拌劑Sasobit由德國Schiimann-Sasol公司研發(fā)。為檢驗其技術(shù)性能,對東海AH-70基質(zhì)瀝青與添加3%Sasobit溫拌劑的東海AH-70基質(zhì)瀝青進(jìn)行了對比試驗。結(jié)果表明，Sasobit溫拌劑對路面材料具有獨特的改性機(jī)理，使其針入度、軟化點有較大提高，且拌和成型溫度可以降低20～30 ℃。在瀝青熱再生加熱條件下，只需簡單攪拌，Sasobit溫拌劑就可穩(wěn)定分散于瀝青混合料中。無添加基質(zhì)瀝青與摻加3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青性能對比見表2。

表2 無添加基質(zhì)瀝青與摻加3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青性能對比

4 Sasobit溫拌劑路面現(xiàn)場熱再生

對施工拌和溫度為120 ℃，Sasobit溫拌劑添加量為3%的基質(zhì)瀝青進(jìn)行瀝青路面現(xiàn)場熱再生施工，施工前按規(guī)范要求鋪筑試驗段，以此來驗證和確定熱再生材料添加劑的性能和最佳配合比。試驗路段熱再生混合料采用基質(zhì)瀝青與摻加3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青進(jìn)行對比試驗。選取該高速公路K7+750～K7+890和K8+210～K8+390路段進(jìn)行觀察與檢測，以評價基質(zhì)瀝青摻加3%Sasobit溫拌劑的混合料和基質(zhì)瀝青混合料的路用性能。

4.1 路面使用材料

根據(jù)設(shè)計資料，該高速公路路面為AC-13路面，所用瀝青為SBS改性瀝青，集料為玄武巖碎石經(jīng)碎化后的礦料級配，再生劑為摻加3%Sasobit溫拌劑，再生混合料設(shè)計油石比為6%。

4.2 路面壓實度檢驗

在K7+820～K7+850試驗路段對瀝青路面進(jìn)行鉆芯取樣。將芯樣取回實驗室，先測其毛體積密度，烘干后再測其最大理論相對密度，兩者比值為實際壓實度。測得該路段平均壓實度為95%，且壓實度在93%～98%之間波動，滿足道路施工與驗收規(guī)范中壓實度≥93%的要求。

4.3 混合料壓實溫度與壓實空隙率關(guān)系

為了檢驗基質(zhì)瀝青混合料與摻加3% Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青混合料在不同溫度下的空隙率變化，參照擊實試驗規(guī)程，采用雙面擊實試驗(雙面各擊實75次)，測試2種混合料的空隙率，試驗結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，在相同的溫度和擊實次數(shù)下，2種混合料的空隙率都隨溫度升高而降低，但摻加3% Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青混合料其空隙率明顯小于無添加基質(zhì)瀝青的空隙率。

圖1 摻加Sasobit3%和無添加基質(zhì)瀝青混合料空隙率與擊實溫度的關(guān)系

4.4 高低溫性能

研究Sasobit溫拌劑在熱再生瀝青混合料中的應(yīng)用時，其溫度性能十分重要。因此，對基質(zhì)瀝青與摻加Sasobit溫拌劑的混合料分別通過車轍試驗、馬歇爾試驗、小梁彎曲試驗來評估其高溫穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性。

4.4.1 瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性分析

加入3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青與無添加的基質(zhì)瀝青混合料均采用相同的配合比(AC-13)和礦質(zhì)原料成型試件來進(jìn)行車轍試驗和馬歇爾穩(wěn)定度試驗，試驗結(jié)果見表3、表4。

從表3可以看出，當(dāng)基質(zhì)瀝青加入3%Sasobit溫拌劑后其高溫抗車轍能力大大增強(qiáng)，抗車轍穩(wěn)定度較無添加基質(zhì)瀝青提高了5.5倍。

由表4可知，摻加3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青混合料與無添加基質(zhì)瀝青混合料相比，其穩(wěn)定度提高了61.21%，而流值則降低了28.9%，空隙率和瀝青飽和度變化不太明顯。

表3 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

表4 馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

4.4.2 混合料低溫彎曲性能

對摻3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青混合料與無添加的基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行了彎曲試驗以考察其低溫性能，試驗結(jié)果見表5。

表5 低溫彎曲強(qiáng)度與破壞應(yīng)變

由表5可知，摻3%Sasobit溫拌劑對混合料低溫彎曲性能的影響不太明顯，2種混合料的低溫彎曲強(qiáng)度和破壞應(yīng)變均有一定提高。

4.5 混合料水穩(wěn)定性能和滲水性

為了解摻加Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青與無添加的基質(zhì)瀝青混合料的密實性和滲水性，需對現(xiàn)場熱再生試驗路段進(jìn)行現(xiàn)場取芯芯樣的馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗和現(xiàn)場滲水試驗，試驗結(jié)果見表6。從表6可以看出，摻加3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青混合料與無添加的基質(zhì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性差異不太明顯，均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求；現(xiàn)場滲水系數(shù)檢驗結(jié)果均小于路面驗收規(guī)范≤300 mL·min-1的要求；摻加3%Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青水穩(wěn)定性和抗?jié)B水性能相對較好。

表6 穩(wěn)定性能和滲水性

5 結(jié)束語

本文在分析瀝青路面熱再生技術(shù)特點的基礎(chǔ)上， 對瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)應(yīng)用中摻加Sasobit溫拌劑進(jìn)行了試驗研究和工程實踐，結(jié)果表明：

1) 路面熱再生技術(shù)是重復(fù)利用舊瀝青路面材料的技術(shù)。路面熱再生混合料中加入溫拌劑不僅可以有效降低就地?zé)嵩偕┕囟龋_(dá)到保護(hù)環(huán)境、減少排放的目的，而且還可以解決就地?zé)嵩偕鷮κ┕囟冗^低時施工質(zhì)量難以保證的問題。

2) 摻加3% Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青混合料與無添加的基質(zhì)瀝青混合料在不同的溫度下，其空隙率都隨溫度升高而降低，但摻加3% Sasobit溫拌劑的基質(zhì)瀝青混合料其空隙率明顯比無添加的基質(zhì)瀝青混合料要小。

3) Sasobit溫拌劑不僅可以有效降低施工溫度(20～30 ℃)，而且熱再生后路面的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等路用性能均有較大提高。因此，進(jìn)行瀝青路面熱再生施工時可推廣使用Sasobit溫拌劑。

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Study on Application of Sasobit Warm Mix Agent in Hot Recycling of Asphalt Pavement

XIAO Kexiong1,NIE Xin2,XU Yusui3

At present,asphalt pavement thermal regeneration technology has become one of the main ways of asphalt pavement maintenance and reconstruction. In this paper,according to the original asphalt pavement damage mechanism and the principle of pavement recycling,the asphalt in-place thermal regeneration technology is studied. An expressway pavement maintenance project in northwestern China is used as sample to analyze relevant performance of application of Sasobit in pavement thermal recycling test sector. The results show:performance of hot mix asphalt mixture is improved significantly by adding Sasobit.

in-place thermal regeneration; asphalt pavement; organic additive; warm mix

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.006

2016-09-08

肖克雄(1984-)，男，青海省湟中縣人，本科，助工。

1009-6477(2016)06-0023-05

U416.217

A