不同摻量Sasobit溫拌劑對瀝青結(jié)合料的改性作用

朱凱

（廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510660）

當(dāng)前，瀝青混凝土路面因其減震降噪、行車舒適和養(yǎng)護(hù)方便等優(yōu)點在我國高等級路面中大規(guī)模應(yīng)用，但傳統(tǒng)的瀝青路面鋪筑需要保證較高的混合料拌和及壓實溫度，這不僅對施工單位的技術(shù)水平和素質(zhì)提高了要求，同時也為資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和施工人員健康帶來了巨大困擾。針對以上問題，國內(nèi)外相繼研發(fā)出溫拌瀝青路面（WMA）以降低瀝青路面的施工溫度，其主要方式是使用添加溫拌劑的改性瀝青來實現(xiàn)混合料的低溫壓實[1]。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，目前市面上存在的溫拌劑種類繁多，其中最具有代表性的是德國Sasol Wax公司生產(chǎn)的有機(jī)降黏型溫拌劑Sasobit，其在高溫下能以油分的方式熔解于瀝青中，起到較好的降黏效果[2]。

大量試驗證明Sasobit能有效降低瀝青的黏度，保證瀝青在相對低溫下仍能保持較好的和易性，但不同摻量的Sasobit對瀝青的性能影響不一，如何在瀝青降黏效果和常規(guī)技術(shù)性能之間取得較好平衡仍需要進(jìn)一步分析研究。為此，本文選取不同摻量的Sasobit融入基質(zhì)瀝青，分析研究了不同Sasobit摻量對瀝青性能的變化影響，以期找到相對適宜的Sasobit溫拌劑用量。

一、試驗

（一）試驗材料

1.瀝青

選用70#基質(zhì)瀝青，其性能如表1所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青技術(shù)性能

2.溫拌劑

選用的Sasobit溫拌劑基本技術(shù)性能如表2所示。

表2 Sasobit技術(shù)指標(biāo)

（二）試驗方案

利用高速剪切機(jī)制作溫拌改性瀝青，制備時應(yīng)避免瀝青發(fā)生老化，成品應(yīng)均勻、無顆粒感。

制備程序：利用烘箱，將基質(zhì)瀝青加熱至160℃；放入一定質(zhì)量的Sasobit，攪拌均勻；將攪拌好的瀝青放至已控溫至160℃±10℃的油浴鍋中，剪切機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至3000r/min，剪切5分鐘后，提高轉(zhuǎn)速至5000r/min，穩(wěn)定剪切40min；將瀝青放入160℃的烘箱中，發(fā)育1h。

分別選取2%、2.5%、3%、和3.5%Sasobit用量制成的溫拌瀝青，做常規(guī)物理性能試驗、黏度試驗和降溫效果評價，綜合比較Sasobit對瀝青性能的影響。

二、試驗結(jié)果分析

（一）對基質(zhì)瀝青常規(guī)性能的影響

對溫拌瀝青做三大指標(biāo)試驗，結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 針入度

圖2 軟化點

圖3 15℃下的延度

如圖1所示，Sasobit的加入降低了瀝青針入度，具體來看，當(dāng)Sasobit摻量為2%時，瀝青針入度下降至4.35mm，下降幅度為34.4%，當(dāng)Sasobit摻量提升至3.5%時，瀝青針入度數(shù)值為3.88mm，降幅擴(kuò)大至44.5%，但增速有所放緩。原因在于Sasobit由微晶蠟構(gòu)成，其化學(xué)式為CnH2n+2，在25℃的試驗溫度下，宏觀狀態(tài)上微晶蠟?zāi)軌蛞詮椥怨虘B(tài)存在于瀝青之中，微觀狀態(tài)上能夠在瀝青中形成一種晶體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得瀝青稠度和硬度都得到提升，表現(xiàn)為針入度減小。從數(shù)據(jù)可以看到，Sasobit摻量在2%以前，每1%的增量，可使針入度減小1.14mm，而超過2%之后，每1%的增量，使得瀝青針入度減小0.313mm，這是因為當(dāng)Sasobit摻量在0%～2%左右時，瀝青中的蠟的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)正在加速形成，針入度減小明顯，而當(dāng)摻量超過2%后，網(wǎng)狀體搭接接近完成，針入度降幅速度開始放緩。

由圖2可知，瀝青軟化點隨Sasobit摻量的提高而增大，當(dāng)溫拌劑從2%增長到3.5%時，瀝青的軟化點從66.2℃上升至88.7℃，相對于原有的基質(zhì)瀝青，增長幅度分別為35.1%和81%，提高幅度明顯。究其原因在于，Sasobit的加入使得瀝青中的4組分比例發(fā)生了變化，合成蠟使得瀝青重質(zhì)組分增加，輕質(zhì)組分比例相對減少，瀝青變硬，高溫性能提高。同時，通過高速剪切，Sasobit能夠在瀝青中形成均勻穩(wěn)定的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，且Sasobit構(gòu)成材料也具有比基質(zhì)瀝青更高的熔點，這些因素共同提高了溫拌瀝青的軟化點數(shù)值，表現(xiàn)出整體更好的高溫穩(wěn)定性。

由圖3可知，Sasobit摻量的提高導(dǎo)致瀝青延度受損嚴(yán)重。當(dāng)溫拌劑從0%提升到3.5%時，瀝青的延度從1142.2mm下降至452.8mm，相比基質(zhì)瀝青下降幅度達(dá)到81.0%。分析原因在于，低溫環(huán)境下Sasobit中的晶體蠟結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)固體狀態(tài)，其不斷搭接纏繞阻礙了基質(zhì)瀝青的分子運(yùn)動，從而降低了瀝青的流動性和延展性，瀝青表現(xiàn)出脆性性質(zhì)。應(yīng)該選取合適的Sasobit摻量，降低溫拌劑對瀝青延度的不利影響。

（二）對瀝青黏度影響

布氏黏度是評價瀝青流變性能的重要指標(biāo)，與施工現(xiàn)場的拌和溫度、壓實溫度緊密相關(guān)，對基質(zhì)瀝青和4種溫拌瀝青進(jìn)行布氏黏度測試，并根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗選取黏度為0.17±0.02 pa·s所對應(yīng)的溫度為瀝青拌和溫度，選取黏度為0.28±0.02 pa·s對應(yīng)的溫度為瀝青壓實溫度，試驗結(jié)果如表3和圖4所示。

圖4 溫拌改性瀝青的黏溫曲線

表3 Sasobit溫拌改性瀝青布氏黏度

由圖4可知，隨著溫度的提高，瀝青的黏度下降明顯，這是因為瀝青是典型的感溫型材料，溫度升高，瀝青由彈性向彈塑性轉(zhuǎn)變，流動性增大。從Sasobit摻量對瀝青黏度的影響來看，兩者具有較為明顯的線性關(guān)系，Sasobit摻量的不斷提高，瀝青的黏度也在不斷降低。溫度為120℃時，3.5%摻量Sasobit溫拌瀝青布氏黏度為0.811pa·s，相對基質(zhì)瀝青降幅達(dá)26.3%，135℃和150℃下的黏度為0.349pa·s和0.135pa·s，降幅分別為27.3%和60.9%，這也說明溫度對溫拌劑的降黏效果也具有較大的正面影響。從壓實溫度來看，基質(zhì)瀝青在150℃左右剛好能夠滿足壓實要求，而其他幾種溫拌瀝青則集中于137℃～142℃區(qū)間，壓實溫度下降8℃～15℃。從拌和溫度來看，在120℃～150℃的溫度區(qū)間內(nèi)，基質(zhì)瀝青并沒有合適的拌和溫度，都不能滿足施工和易性要求，根據(jù)黏溫曲線擬合公式和拌和經(jīng)驗來看基質(zhì)瀝青的拌和溫度在165℃上下，而3%摻量的溫拌瀝青，拌和溫度只有145℃左右，相比基質(zhì)瀝青下降差值達(dá)到20℃，能夠較好滿足的瀝青的溫拌要求，降低施工溫度。

三、結(jié)語

Sasobit溫拌劑的添加降低了瀝青的針入度和延度，瀝青稠度增大，并表現(xiàn)出一定的脆性，瀝青低溫性能損失嚴(yán)重，不宜使用較高的Sasobit用量。

得益于合成蠟的材料構(gòu)成，Sasobit能夠在瀝青中形成均勻的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，溫拌瀝青在微觀上重質(zhì)組分增多，輕質(zhì)組分比例相對減少，瀝青軟化點提高，高溫穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。

黏溫曲線表明，Sasobit溫拌劑摻量提高，瀝青的拌和和壓實溫度相應(yīng)降低，在所選的溫拌劑摻量范圍內(nèi)，瀝青壓實溫度能夠下降10℃～15℃，拌和溫度能夠下降15℃～30℃。當(dāng)Sasobit的摻量為3%時，溫拌瀝青實際拌和溫度在145℃上下，相比基質(zhì)瀝青下降20℃，這表明3%的Sasobit溫拌瀝青在保證瀝青常規(guī)性能和施工和易性同時，起到了較好的溫拌效果，推薦其作為Sasobit溫拌瀝青的使用摻量。