Sasobit復合SBS改性瀝青混合料壓實及路用性能研究

■邵 彩

（福建南平路橋養(yǎng)護工程有限公司，南平 353000）

1 前言

為滿足交通發(fā)展需求，路面大修改造使用舒適性更高的瀝青路面將成為一種趨勢。對于普通省道二級公路的路面改造工程，瀝青混合料一般由商用瀝青混凝土拌合站加工，當拌合站距離施工路段較遠時，瀝青混合料的壓實溫度往往處于規(guī)范要求下限，甚至達不到規(guī)范要求，這將直接導致路面較難壓實，路段芯樣壓實度達不到要求。一些工程面臨這一問題時往往加大瀝青混合料的拌和溫度，以期瀝青混合料運輸至現(xiàn)場時壓實溫度能夠滿足要求，但這將帶來另外的問題是過高的拌和溫度不僅消耗大量的能源，還將導致瀝青材料的老化。無論是壓實度不足，還是瀝青材料過度老化，都將大大折損路面的使用壽命。

近年來溫拌技術(shù)不斷發(fā)展，該技術(shù)可有效降低瀝青混合料施工溫度20～30℃，降低能源消耗和粉塵排放。這與我國公路建設(shè)向資源節(jié)約型方向發(fā)展的理念相符，所以溫拌技術(shù)應(yīng)用于瀝青混合料的生產(chǎn)對于我國公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。同時溫拌技術(shù)將有效降低瀝青混合料的壓實溫度，在我省有較大的應(yīng)用前景。

Sasobit作為一種環(huán)保型溫拌材料，是一種在廣泛使用的溫拌材料。鑒于此，本文首先基于碾壓實驗和空隙率試驗確定了Sasobit對SBS改性瀝青混合料壓實溫度區(qū)間，其次采用車轍試驗、低溫彎曲試驗和凍融劈裂試驗分別比較了Sasobit溫拌劑添加前后的SBS改性瀝青混合料的路用性能。研究結(jié)論可為Sasobit改性和SBS改性復合改性技術(shù)在工程中應(yīng)用的可行性提供試驗依據(jù)，能夠解決拌合站距離施工現(xiàn)場運輸距離較遠帶來的壓實問題。

2 原材料

（1）SBS 改性瀝青

SBS改性瀝青技術(shù)性能見表1。

（2）Sasobit溫拌劑

本研究所使用的Sasobit溫拌劑見圖1。Sasobit一種固體蠟，屬于高碳數(shù)脂肪烴類，呈白色或者淡黃色的固體小顆粒狀。Sasobit使用過程采用干法或濕法工藝均可，本研究中采用干法工藝制備溫拌瀝青混合料，即先將預(yù)熱至指定溫度的集料加入拌鍋中，然后同時加入瀝青混合料質(zhì)量0.1%的Sasobit與一定溫度的瀝青粘結(jié)劑，拌合90s后，添加礦粉，再次拌合90s。

Sasobit的凝結(jié)溫度大約為102℃ ，當瀝青溫度超過120℃時，會完全溶解于瀝青中，降低瀝青粘結(jié)劑的粘度，增加瀝青混合料的和易性，從而降低瀝青混合料的拌合與壓實溫度。

（3）礦料

集料為石灰?guī)r碎石和機制砂，礦粉由石灰?guī)r磨細而成，礦料級配為AC-13型。礦料密度實驗結(jié)果見表2，合成級配曲線如圖2所示。

表1 SBS改性瀝青性能試驗結(jié)果

圖1 Sasobit溫拌劑

圖2 AC-13礦料級配曲線圖

表2 礦料密度試驗結(jié)果

3 試驗方法

（1）碾壓試驗

碾壓試驗是按照 《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》規(guī)定的標準輪碾成型方法在不同溫度下壓實兩種改性瀝青混合料，并測試不同壓實溫度下兩種改性瀝青混合料的對應(yīng)空隙率。由于兩種瀝青混合料的級配、油石比等指標均相同，以SBS改性瀝青混合料常用壓實溫度下的空隙率為基準，確定Sasobit復配SBS改性瀝青混合料的壓實溫度。該方法的原理是為達到相同的壓實效果（由空隙率表征），在確保壓實功相同的前提下（碾壓試驗中碾壓次數(shù)相同），不同瀝青混合料的所需壓實溫度有所不同[2]。

具體方法是將拌合好的瀝青混合料裝填入標準車轍板模具（30cm×30cm×5cm），車轍板模具放置在輪碾儀上進行碾壓，先在一個方向預(yù)壓2個來回，再調(diào)換方向，分別在兩個方向均碾壓7個來回。碾壓成型冷卻48h后，對每塊車轍板進行鉆芯，測試4個芯樣水中重和表干質(zhì)量，用電扇對芯樣進行24h風干，測試芯樣干燥質(zhì)量。計算各個芯樣的相對毛體積密度和空隙率。

（2）車轍試驗

車轍試驗是我國評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性最常用的試驗方法，本文按照《公路工程瀝青及瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E-2011）T0719－2011 規(guī)定的方法對SBS改性瀝青混合料和Sasobit復合SBS改性瀝青混合料進行車轍實驗得到永久變形量和動穩(wěn)定度。

（3）低溫彎曲試驗

本研究采用電液伺服萬能材料機MTS在-10℃下對兩種混合料進行彎曲試驗，根據(jù)試件在破壞時刻的荷載和跨中撓度按照 《公路工程瀝青及瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E-2011）中的公式計算小梁的彎拉強度σ0和破壞應(yīng)變ε0。目前我國低溫性能評價體系中主要采用破壞應(yīng)變ε0評價混合料的低溫抗裂性能，但部分學者認為該指標僅考慮了混合料在低溫下的變形能力，而忽略了抗拉強度的貢獻[4-5]。近年來基于能量角度，綜合變形和強度兩個指標的應(yīng)變能密度W指標逐漸應(yīng)用于混合料的低溫性能評價。其計算方法為根據(jù)小梁試件的σ-ε曲線，得出峰值荷載之前曲線的包絡(luò)面積（見圖3）。

圖3 小梁彎拉實驗應(yīng)力應(yīng)變曲線示意圖

（4）凍融劈裂試驗

路面水經(jīng)由瀝青混合料空隙或裂縫進入鋪裝層內(nèi)部后，在車輪動態(tài)荷載的作用下，侵入到瀝青與礦料的界面，導致瀝青與礦料之間的黏附破壞，致使瀝青混合料松散、掉粒，最終形成鋪裝層的坑槽、坑洞等現(xiàn)象。水穩(wěn)定性是瀝青混合料一項重要路用性能。本研究采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中凍融劈裂試驗（T 0729-2000）來評價瀝青混合料水穩(wěn)定性。

4 試驗結(jié)果與分析

4.1 碾壓試驗和空隙率試驗結(jié)果

Sasobit復合SBS改性瀝青混合料壓實溫度分別為115℃、130℃、145℃、160℃，SBS改性瀝青混合料壓實溫度分別為 130℃、145℃、160℃、175℃。 不同溫度下碾壓成型試件的空隙率結(jié)果見圖4。從上圖可以看出兩種瀝青混合料的空隙率隨壓實溫度升高，空隙率逐漸降低。應(yīng)用統(tǒng)計學方法發(fā)現(xiàn)空隙率與溫度具有二次函數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達到0.99以上，擬合回歸得到函數(shù)曲線見圖4。規(guī)范中規(guī)定SBS瀝青混合料的壓實溫度一般在150～160℃，對應(yīng)到圖4中SBS改性瀝青混合料壓實溫度的空隙率為4.42%～4.94%，按照等空隙率原則，代入回歸方程中計算得到高模量瀝青混合料合適的壓實溫度為133～142℃。可見Sasobit溫拌添加劑使SBS改性瀝青混合料的壓實溫度降低20℃左右，可增加瀝青混合料有效壓實工作時間。

圖4 瀝青混合料空隙率-壓實溫度關(guān)系曲線

4.2 路用性能試驗結(jié)果

車轍試驗結(jié)果見表3。從表中可以看出，相比SBS改性瀝青混合料，Sasobit復合SBS改性瀝青混合料的永久變形值降低了18.9%，動穩(wěn)定度值增加了13.6%，結(jié)果顯示Sasobit溫拌添加劑增強了瀝青混合料高溫抗車轍性能。這是由于環(huán)境溫度下低于熔點時，Sasobit會在瀝青粘結(jié)劑中形成結(jié)晶的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加瀝青的穩(wěn)定性，從而提高瀝青混合料高溫性能。

瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果如表4所示。從表4中可以看出，兩種瀝青混合料彎拉強度指標并沒有明顯差異，但瀝青SBS改性瀝青混合料破壞應(yīng)變和應(yīng)變能密度顯著大于Sasobit復合SBS改性瀝青混合料。說明了從變形角度和能量角度進行判定時，SBS瀝青中加入Sasobit后會對瀝青混合料的低溫性能產(chǎn)生不利影響。目前我國規(guī)范中對低溫性能評價指標破壞應(yīng)變有給定的標準值，對于冬冷區(qū)、冬溫區(qū)要求達到2500微應(yīng)變，對于冬寒區(qū)要求達到2800微應(yīng)變，對于冬嚴寒區(qū)要求達到3000微應(yīng)變，所以Sasobit復合SBS改性瀝青混合料的低溫性能雖然相對有削弱，但能夠滿足我國各個氣候分區(qū)。尤其對于福建省低溫環(huán)境并不嚴苛的應(yīng)用工況，其低溫性能足夠滿足使用要求。

表3 車轍試驗結(jié)果

表4 低溫性能試驗結(jié)果

瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果見圖5?？梢钥闯觯瑑鋈谇?、后SBS改性瀝青混合料的劈裂強度均略高于Sasobit復合SBS改性瀝青混合料，但兩者沒有顯著差異。從凍融劈裂強度比指標看，Sasobit復合SBS改性瀝青混合料抗水損害性能還要略好于SBS改性瀝青混合料。

5 結(jié)論

（1）碾壓試驗結(jié)果表明Sasobit可顯著降低SBS改性瀝青施工壓實溫度20℃左右，可明顯增加施工有效壓實時間，對于解決瀝青混合料運距較遠可能造成瀝青路面的壓實溫度不夠的問題提供了解決方案。

（2）相比于SBS改性瀝青混合料，Sasobit復合改SBS改性瀝青混合料抗車轍性能明顯提升，低溫抗裂性能略有下降但可以滿足福建省使用要求，水穩(wěn)定性能基本變化不大；綜合來看，Sasobit加入SBS改性瀝青混合料后路用性能可達到使用要求。

圖5 瀝青混合料空隙率—壓實溫度關(guān)系曲線

[1]秦永春，黃頌昌，徐劍,等.溫拌瀝青混合料節(jié)能減排效果的測試與分析[J].公路交通科技,2009,26（8）:7-10.

[2]阮妨.溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計方法及技術(shù)性能研究[D].西安：長安大學，2012.

[3]JTG F40－2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

[4]張占軍，閔召輝，黃衛(wèi).不同交聯(lián)度環(huán)氧瀝青混合料低溫彎曲性能研究[J].中國公路學報,2012,25（1）:35-39.

[5]葛折圣，黃曉明，許國光.用彎曲應(yīng)變能方法評價瀝青混合料的低溫抗裂性能[J].東南大學報,2002,32（4）:653-655.