不同溫拌技術(shù)對瀝青性能及再生瀝青混合料壓實溫度的影響分析

吳 凡，李紅剛，沈菊男，胡漳敏 ，石鵬程

(1.蘇州科技大學 道路工程研究中心 蘇州市 215011； 2.蘇州市相城交通建設(shè)投資(集團)有限公司 蘇州市 215131)

溫拌瀝青就是在瀝青中摻加添加劑或者將瀝青發(fā)泡的技術(shù)，降低瀝青混合料拌和與攤鋪壓實溫度，從而實現(xiàn)節(jié)能減排，溫拌瀝青混合料技術(shù)是一項節(jié)省能源的新技術(shù)。目前，常用的溫拌劑類型有表面活性劑類、有機添加劑類、瀝青—礦物類，常用的發(fā)泡溫拌技術(shù)，主要是通過發(fā)泡設(shè)備來對原樣瀝青進行發(fā)泡，降低原瀝青的粘度，從而降低拌和與攤鋪壓實溫度。

主要研究了添加Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ110C三種溫拌劑的瀝青性能，以及原樣改性瀝青經(jīng)過實驗室自主研發(fā)的發(fā)泡設(shè)備發(fā)泡后的性能。并在不同的拌和溫度160℃、145℃、130℃和115℃條件下制備瀝青混合料，再進行旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，測定并計算體積參數(shù)，從而比較各種溫拌技術(shù)的最佳壓實溫度。

1 實驗材料及實驗方案

1.1 實驗材料

本實驗采用SBS改性瀝青，相對密度為1.034。粗細集料類型為石灰?guī)r，規(guī)格分別為0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～16mm、16～26.5mm。礦粉為石灰?guī)r礦粉，舊瀝青混合材料取自蘇州瀝青路面銑刨料，抽提后的瀝青含量見表1。三種溫拌劑分別采用Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ110C，其主要技術(shù)信息見表2。

表1 舊料抽提后瀝青含量

表2 三種溫拌劑技術(shù)信息

1.2 發(fā)泡工藝

實驗采用自主研發(fā)并已申請發(fā)明專利的瀝青發(fā)泡機，瀝青的發(fā)泡效果主要由膨脹率及半衰期來評價。而控制膨脹率及半衰期的方法，主要是通過調(diào)整發(fā)泡溫度和用水量來實現(xiàn)。發(fā)泡溫度選定為175℃，SBS改性瀝青的膨脹率、半衰期與用水量的關(guān)系分別見圖1、圖2，選定用水量為1.5%(占瀝青用量)。

圖1 發(fā)泡膨脹率與用水量的關(guān)系

圖2 發(fā)泡半衰期與用水量的關(guān)系

2 實驗研究

2.1 瀝青性能實驗

瀝青性能試驗主要檢測了原樣改性瀝青經(jīng)過發(fā)泡后發(fā)泡瀝青的性能，以及原樣改性瀝青摻加3種溫拌劑后的瀝青性能，其中三種溫拌劑使用廠家推薦摻量，即Redise LQ110C摻量為瀝青用量的0.75%，Evotherm M1摻量為瀝青用量的0.5%，Sasobit Redux摻量為瀝青用量的1.5%。各種瀝青的性能見表3。

表3 溫拌瀝青的性能

2.2 瀝青混合料實驗

采用的級配類型為SUP-20，集料分別為0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～16mm、16～26.5mm，其與礦粉以及RAP的比例為：19∶4∶19∶32∶1∶25，合成級配見表4，具體級配曲線見圖3。

表4 合成級配

圖3 級配曲線

擬定3.7%、4.2%、4.7%和5.2%四個瀝青含量，按照拌和溫度170℃、壓實溫度160℃通過旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，測試試件的體積指標。以空隙率4.0%作為控制指標，得到對應(yīng)的最佳瀝青用量為4.16%，其對應(yīng)的體積指標見表5。

表5 最佳瀝青用量對應(yīng)的體積指標

在原樣改性瀝青中，分別摻加廠家推薦用量的Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ1102C(后文分別簡稱為M1、Saso、1102C)，制得三種摻加溫拌劑的瀝青,以及將原瀝青經(jīng)過發(fā)泡后得到的瀝青。然后分別在150℃、135℃、120℃和105℃旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，所對應(yīng)的拌和溫度為160℃、145℃、135℃和115℃。體積指標實驗結(jié)果分別見表6～表9。

表6 添加M1在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標

表7 添加1102C在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標

表8 添加Saso在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標

3 實驗結(jié)果分析

3.1 瀝青實驗結(jié)果分析

發(fā)泡改性瀝青、添加三種溫拌劑的改性瀝青以及原樣改性瀝青基本技術(shù)指標實驗結(jié)果比較，分別見圖4～圖7所示。

表9 發(fā)泡瀝青在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標

圖4 瀝青種類與針入度的關(guān)系

由圖4可以看出與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1以及發(fā)泡瀝青的針入度無明顯差異，而添加溫拌劑Sasobit后25℃針入度有了較大幅度的下降，說明有機降黏類溫拌劑會使瀝青在較低溫度下變硬。究其原因，主要是高溫下Sasobit熔融后能均勻分散在瀝青中，而在25℃狀態(tài)下Sasobit呈固態(tài)，形成連續(xù)網(wǎng)狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，瀝青膠體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高，溫度敏感性減弱。從而在原樣改性瀝青中摻入Sasobit溫拌劑后，針入度值大幅降低。

圖5 瀝青種類與延度的關(guān)系

由圖5可以看出，與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1以及發(fā)泡瀝青的5℃延度略有下降，但無明顯差異。而添加溫拌劑Sasobit后，5℃延度有了明顯下降，這是因為Sasobit是合成蠟物質(zhì)，在低溫狀態(tài)下呈現(xiàn)為結(jié)晶固態(tài)，使得原樣改性瀝青變脆并且韌性有一定下降。

圖6 瀝青種類與軟化點的關(guān)系

由圖6可以看出，與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1后瀝青的軟化點并無明顯變化，添加溫拌劑Sasobit后瀝青的軟化點有所上升，主要是因為Sasobit的熔點為102℃，當溫度低于102℃時，Sasobit在原樣改性瀝青中形成固態(tài)結(jié)晶，原樣改性瀝青各組分被均勻分布的Sasobit結(jié)晶空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包圍鎖定，從而提高了穩(wěn)定性，降低了溫度敏感性。而發(fā)泡瀝青的軟化點有了明顯下降，這是因為，發(fā)泡瀝青在發(fā)泡后的較短時間內(nèi)，仍有許多微小氣泡存在于瀝青中，微小氣泡使原樣改性瀝青黏度下降，和易性有所提升，所以發(fā)泡瀝青的軟化點較低，也更易于拌和。

圖7 瀝青種類與粘度的關(guān)系

由圖7可以看出，與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1后瀝青的135℃粘度略有下降，但下降幅度并不明顯。而添加溫拌劑Sasobit與發(fā)泡瀝青的135℃粘度下降幅度較為明顯，主要是由于Sasobit在135℃下，溫度高于其自身熔點，Sasobit能充分分布在瀝青中，因此降低了原樣改性瀝青的粘度。發(fā)泡瀝青黏度下降的原因，主要是在發(fā)泡后的一段時間內(nèi)，微氣泡存在于瀝青中，使得瀝青粘度下降。

3.2 瀝青混合料實驗分析

根據(jù)上述表6、表7、表8和表9的數(shù)據(jù)，分別對不同溫拌劑的瀝青混合料空隙率隨著壓實溫度變化的曲線進行統(tǒng)計回歸，見圖8，得到的公式分別為：

V1102C=6.343-0.0165x R2=0.9879

(1)

VSaso=6.971-0.0204x R2=0.9653

(2)

VM1=6.154-0.0163x R2=0.9320

(3)

V發(fā)泡=7.364-0.0236x R2=0.9938

(4)

式中：x為壓實溫度(℃)；V為試件空隙率(%)。

以空隙率4.0%作為控制指標，通過上述四個公式可以分別得到，溫拌劑1102C的最佳壓實溫度為142℃，溫拌劑Sasobit的最佳壓實溫度為146℃，溫拌劑M1的最佳壓實溫度為132℃，發(fā)泡瀝青的最佳壓實溫度為143℃。容易看出溫拌劑M1的降溫最為明顯，可以達到28℃的降溫效果，而溫拌劑Sasobit的降溫幅度較小一些，可以降溫14℃左右。

圖8 不同壓實溫度與空隙率的關(guān)系

4 結(jié)論

(1)表面活性劑類溫拌劑(1102C、M1)對原樣改性瀝青的5℃延度、軟化點、針入度與135℃粘度影響不大，而有機降粘類溫拌劑(Sasobit)較大幅度降低了原樣改性瀝青的5℃延度與135℃粘度，較為明顯地提升了原樣瀝青的軟化點。

(2)通過發(fā)泡機得到的發(fā)泡瀝青與原樣瀝青相比，5℃延度與針入度無明顯變化，而軟化點與135℃粘度變化較為明顯。

(3)添加溫拌劑Evotherm M1后，降溫效果更為明顯，較熱拌瀝青混合料相比，成型試件溫度可以下降28℃。