Sasobit溫拌瀝青混合料和易性研究

郭 平，段凌云

(1.西安公路研究院，陜西西安710054;2.長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710064)

迄今為止，國內(nèi)外對(duì)瀝青混合料的和易性研究較少，美國Gudimettla J M等［1］對(duì)熱拌瀝青混合料的和易性進(jìn)行了相關(guān)研究，指出混合料類型、最大公稱粒徑、膠結(jié)料類型和溫度是影響混合料和易性的主要因素，但未涉及溫拌瀝青混合料和易性的研究;國內(nèi)同濟(jì)大學(xué)薛明等［2］對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料的和易性做了一些研究，但都沒有提出一個(gè)客觀的指標(biāo)用于評(píng)價(jià)瀝青混合料的和易性。溫度是影響混合料和易性的一個(gè)重要因素，然而溫拌技術(shù)的目的就是降低混合料的拌和和碾壓溫度，為研究溫拌瀝青混合料在相對(duì)較低的溫度下是否具有良好的和易性，本文采用瀝青混合料和易性試驗(yàn)儀對(duì)Sasobit溫拌瀝青混合料的和易性進(jìn)行研究，并同熱拌瀝青混合料的和易性進(jìn)行對(duì)比分析。旨在確定Sasobit溫拌瀝青混合料的合理降溫幅度。

1 試驗(yàn)原理及原材料

1.1 試驗(yàn)原理及設(shè)備

瀝青混合料拌和鍋在拌和瀝青混合料的過程中，攪拌齒會(huì)受到來自瀝青混合料的阻力，對(duì)于不同的瀝青混合料，其粘稠程度不一樣，攪拌齒受到的阻力也不一樣。如果降低混合料的拌和溫度，而不采取其它任何措施，勢(shì)必會(huì)使攪拌齒受到的阻力增大，混合料難以拌和，也就是和易性變差。本文就是基于這一思想，開發(fā)了瀝青混合料和易性試驗(yàn)儀，通過采集瀝青混合料拌和過程中攪拌齒所受扭矩的大小，來判斷混合料的和易性。扭矩越大表示混合料和易性越差，反之則越好。瀝青混合料和易性試驗(yàn)儀的外觀如圖1所示。該儀器可以通過調(diào)節(jié)頻率改變拌和齒轉(zhuǎn)動(dòng)速度，分析拌和速率對(duì)混合料和易性的影響，頻率范圍為0 ～50 Hz。

圖1 瀝青混合料和易性試驗(yàn)儀Fig.1 Asphalt mix workability testing machine

1.2 原材料及級(jí)配

本試驗(yàn)采用的瀝青為SBS成品改性瀝青。為使試驗(yàn)?zāi)芘c生產(chǎn)相聯(lián)系，對(duì)混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，合成級(jí)配如表2所示，機(jī)制砂、礦粉單粒徑級(jí)配如表2所示。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試所采用的集料均滿足相關(guān)技術(shù)要求。按照規(guī)范要求成型馬歇爾試件并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，最終確定最佳油石比為5.1%。

表1 混合料合成級(jí)配Table 1 The design gradation of asphalt mixture

表2 機(jī)制砂和礦粉級(jí)配Table 2 The gradation of machine－made sand and mineral powder

1.3 溫拌添加劑

本研究采用的溫拌劑為南非Sasol Wax公司生產(chǎn)的有機(jī)降粘劑Sasobit，它是由Fischer－Tropsch(FT)過程從煤氣化中生產(chǎn)的長鏈脂肪族烴，也被稱為FT固化石蠟。Sasobit是目前市面上技術(shù)比較成熟的一種溫拌添加劑，在國內(nèi)外許多工程上得到了應(yīng)用。但國內(nèi)外的研究大都沒有明確提出其降溫幅度的確定方法，一般都是按經(jīng)驗(yàn)在熱拌的基礎(chǔ)上將拌和溫度降低10～30℃［3－7］。本研究Sasobit摻量為瀝青質(zhì)量的2%。

2 儀器可行性研究

由于本試驗(yàn)采用的瀝青混合料和易性試驗(yàn)儀為探索性試驗(yàn)儀器，試驗(yàn)方法也不是現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。為使本試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有說服力，先必須確定該儀器的可行性。相對(duì)而言比較均勻的瀝青砂漿在拌和時(shí)能獲得比較穩(wěn)定的試驗(yàn)結(jié)果，因此先進(jìn)行瀝青砂漿和易性試驗(yàn)，以排除大粒徑石料對(duì)試驗(yàn)精度的影響，若瀝青砂漿能獲得穩(wěn)定、合理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，則說明該儀器是可行的，可以用來客觀評(píng)價(jià)瀝青混合料的和易性。

2.1 試驗(yàn)方法

根據(jù)拌和鍋的實(shí)際容量和試拌效果，按表2級(jí)配設(shè)計(jì)準(zhǔn)備集料，機(jī)制砂和礦粉總質(zhì)量為6000 g。將集料放在烘箱里并恒溫到目標(biāo)溫度。設(shè)置好和易性試驗(yàn)儀的拌和溫度、攪拌時(shí)間和攪拌頻率。將機(jī)制砂倒入拌和鍋內(nèi)，加入一定質(zhì)量的瀝青開始拌和，然后再加入礦粉繼續(xù)拌和直至試樣拌和均勻。此時(shí)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集了。儀器每秒鐘采集10個(gè)數(shù)據(jù)，共采集5 min。試驗(yàn)溫度分別采用175℃、160℃、140℃、120℃和100℃。在某一溫度下，分別采集不同頻率(50 Hz、40 Hz、30 Hz、20 Hz、10 Hz)下扭矩大小。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

瀝青砂漿在不同溫度，不同頻率下和易性試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 瀝青砂漿和易性試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Workability test results of asphalt mortar

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，在某一拌和溫度下，瀝青砂漿所受扭矩大概趨勢(shì)是隨著拌和頻率的降低而減少，也就是說對(duì)于瀝青砂漿而言，拌和頻率越低，其和易性越好。從圖3的曲線我們可以清楚地看出，在某一拌和頻率下，隨著拌和溫度的降低，扭矩逐漸增大，和易性變差，且溫度越低，扭矩變化幅度越大，混合料更難以拌和。這和我們的常識(shí)是一致的，即溫度越低，混合料和易性越差?？梢娫搩x器能量化地表示出瀝青混合和易性大小，因此該儀器可以用來客觀地評(píng)價(jià)瀝青混合料的和易性。

3 溫拌瀝青混合料和易性研究

在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，我們關(guān)心的是瀝青混合料的和易性。特別是對(duì)于溫拌瀝青混合料，由于其拌和和壓實(shí)溫度較低，其在相對(duì)較低的溫度條件下是否具有同熱拌瀝青混合料相同的和易性和可壓實(shí)性一直是溫拌技術(shù)需要關(guān)注的問題。按照表1級(jí)配設(shè)計(jì)準(zhǔn)備集料7200 g，進(jìn)行瀝青混合料和易性試驗(yàn)，其中Sasobit溫拌瀝青混合料是在集料干拌時(shí)加入瀝青質(zhì)量2%的Sasobit蠟，熱拌瀝青混合料和Sasobit溫拌瀝青混合料在不同溫度、不同頻率下試驗(yàn)結(jié)果分別見表4和表5。

表4 熱拌瀝青混合料和易性試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Workability test results of HMA

表5 Sasobit溫拌瀝青混合料和易性試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Workability test results of Sasobit WMA

由圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，無論是熱拌瀝青混合料還是Sasobit溫拌瀝青混合料，在某一拌和溫度下，隨著拌和頻率的增加，混合料的和易性先增強(qiáng)，然后減弱。在拌和頻率大約為30 Hz時(shí)，混合料的和易性最好。對(duì)比圖2還可發(fā)現(xiàn)，瀝青混合料和易性的變化規(guī)律同瀝青砂漿不一致，這一結(jié)果可能和集料的最大公稱粒徑有關(guān)。熱拌瀝青混合料和Sasobit溫拌瀝青混合料在30 Hz拌和頻率下和易性大小對(duì)比如圖6所示。

由圖6可以看出，對(duì)于熱拌瀝青混合料，隨著拌和溫度的降低，混合料的和易性呈線性關(guān)系變差。而對(duì)于Sasobit溫拌瀝青混合料，當(dāng)溫度高于140℃時(shí)，溫度對(duì)混合料的和易性幾乎沒有影響，而溫度低于120℃時(shí)，添加溫拌劑對(duì)混合料的和易性影響不大。對(duì)于SBS熱拌瀝青混合料，一般情況下其拌和溫度為175℃，由圖可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Sasobit溫拌瀝青混合料的拌和溫度為145℃時(shí)，其和易性同熱拌瀝青混合料175℃時(shí)相當(dāng)。由此可見，Sasobit溫拌瀝青混合料的降溫幅度能達(dá)到30℃?？障堵誓荛g接地反應(yīng)混合料和易性和壓實(shí)性，和易性越差，混合料越難以拌和及壓實(shí)，空隙率也會(huì)相應(yīng)偏高，因此可用空隙率指標(biāo)來驗(yàn)證混合料的和易性。分別在175℃和145℃下采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)成型熱拌和溫拌試件，并測(cè)定其空隙率，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，Sasobit溫拌瀝青混合料在145℃下的空隙率和熱拌瀝青混合料在175℃下的空隙率相當(dāng)，也就是說添加Sasobit溫拌劑后降低30℃的拌和溫度不會(huì)影響混合料的和易性。因此，Sasobit添加劑能降低混合料的拌和溫度約30℃左右。

圖6 不同溫度下瀝青混合料和易性對(duì)比Fig.6 Comparisons on the workability of Asphalt Mix in different temperature

表6 SGC試件體積指標(biāo)Table 6 Volume index of SGC Samples

5 結(jié)語

瀝青混合料和易性試驗(yàn)儀能客觀地反應(yīng)混合料的拌和難易程度，也就是和易性大小。通過對(duì)Sasobit溫拌瀝青混合料和易性的研究，研究結(jié)果表明拌和頻率對(duì)混合料的和易性有一定影響，在拌和頻率為30 Hz時(shí)，其和易性最佳。Sasobit溫拌瀝青混合料在145℃時(shí)同熱拌瀝青混合料在175℃時(shí)的和易性相當(dāng)，也就是說Sasobit添加劑的降溫幅度能達(dá)到30℃。此外，通過空隙率檢測(cè)，證實(shí)在降低30℃拌和溫度的情況下，其空隙率同熱拌瀝青混合料相當(dāng)。

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