Sasobit溫拌橡膠瀝青SMA性能研究

任曉剛 曹衛(wèi)東

（濟(jì)南市公路管局 濟(jì)南 250014）

SMA路面具有優(yōu)良的抗車轍性能、低溫抗裂性、耐久性與抗滑性能，已廣泛應(yīng)用于我國高速公路和部分城市道路的瀝青路面面層。SMA一般要求采用改性瀝青（我國絕大多數(shù)采用SBS改性瀝青），且須添加纖維，這造成了SMA路面的初期投資較高。而橡膠瀝青（廢橡膠粉改性瀝青）是一種高品質(zhì)低成本的粘結(jié)料，將橡膠瀝青應(yīng)用于SMA則可無需使用纖維類穩(wěn)定劑，因此提升了SMA的性價(jià)比。但橡膠瀝青與橡膠瀝青SMA的施工生產(chǎn)溫度較高，一般要求拌和溫度在190℃以上，集料加熱溫度在200℃左右，現(xiàn)有的拌和設(shè)備與工藝難以達(dá)到要求。為此本文開展溫拌瀝青技術(shù)在橡膠瀝青SMA的應(yīng)用研究，通過室內(nèi)試驗(yàn)研究Sasobit溫拌劑對(duì)橡膠瀝青及橡膠瀝青SMA路用性能的影響。

1 試驗(yàn)材料及性能

1.1 瀝青與橡膠粉

基質(zhì)瀝青采用70號(hào)道路石油瀝青，其基本性能指標(biāo)見表1。橡膠粉采用青島綠葉公司生產(chǎn)的廢舊輪胎橡膠粉，其粒度為80目。

表1 70號(hào)瀝青基本性能指標(biāo)

1.2 集料

采用5～10，10～15mm 2檔粗集料，均為玄武巖軋制的碎石。為準(zhǔn)確配制礦料級(jí)配，將粗集料按篩孔尺寸完全篩開，分別測(cè)試密度指標(biāo)，其各項(xiàng)物理、力學(xué)指標(biāo)見表2，均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40－2004）高等級(jí)公路集料質(zhì)量技術(shù)要求。

表2 粗集料的物理力學(xué)指標(biāo)

細(xì)集料（0～3mm）采用石灰石軋制的石屑，其表觀相對(duì)密度為2.745。

1.3 其他材料

礦粉使用石灰石磨細(xì)的石粉，其表觀相對(duì)密度為2.675。溫拌劑選用國外研究及應(yīng)用較多的成熟產(chǎn)品Sasobit，它是德國Sasol Wax公司的產(chǎn)品，是一種高熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑，通常可提供2種形式：一種為粉末狀，供熔融添加用：另一種為顆粒狀（小球），供直接添加，本研究采用固體顆粒狀的Sasobit。

2 溫拌橡膠瀝青配制及性能

2.1 溫拌橡膠瀝青配制

首先配制橡膠瀝青，根據(jù)已有的研究基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)，采用80目廢舊輪胎橡膠粉，摻量確定為橡膠瀝青質(zhì)量的15%，拌制溫度為180～190℃，拌和時(shí)間為60min，應(yīng)用上海產(chǎn)電動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行拌制。然后配制溫拌橡膠瀝青，根據(jù)產(chǎn)品說明，Sasobit可直接加入到瀝青膠結(jié)料中去，摻量為橡膠瀝青質(zhì)量的4%。加入溫拌劑后低速剪切或人工攪拌5min以上，溫度控制在160～170℃，制備成為溫拌橡膠瀝青，工藝流程見圖1。

圖1 溫拌橡膠瀝青制備工藝

2.2 溫拌橡膠瀝青的性能與分析

采用瀝青的基本性能試驗(yàn)（針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、延度試驗(yàn)）分別評(píng)價(jià)溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料的稠度、感溫性能、高溫性能、低溫性能與粘溫特性。針入度測(cè)試結(jié)果及針入度指數(shù)PI、當(dāng)量軟化點(diǎn)T800的計(jì)算結(jié)果見表3，軟化點(diǎn)、延度測(cè)試結(jié)果見圖2，不同溫度的粘度測(cè)試結(jié)果見圖3。

表3 針入度測(cè)試結(jié)果

圖2 軟化點(diǎn)與延度測(cè)試結(jié)果

圖3 粘度測(cè)試結(jié)果

由表1中的針入度測(cè)試結(jié)果及計(jì)算的PI，T800可以看出：溫拌劑Sasobit的加入使得橡膠瀝青變得更粘稠，因而針入度減小，當(dāng)量軟化點(diǎn)升高，表明其高溫性能有所提高；溫拌橡膠瀝青的PI值增大，表明其溫度敏感性降低，且都由于70號(hào)瀝青。從圖2中的軟化點(diǎn)與延度可以得出，溫拌橡膠瀝青的高溫性能優(yōu)于橡膠瀝青，與70號(hào)瀝青相比，二者的軟化點(diǎn)都有較大幅度的提升；從低溫延度值可以得出，溫拌劑的加入使得橡膠瀝青的低溫性能有所下降，但仍優(yōu)于基質(zhì)瀝青。由圖3的粘溫曲線可以看出，3種瀝青的粘度隨溫度的升高均呈明顯的下降趨勢(shì)；同一溫度下橡膠瀝青的粘度顯著高于70號(hào)瀝青，但溫拌劑Sasobit的加入則可使其粘度大幅度下降，如120℃時(shí)的溫拌橡膠瀝青的粘度與橡膠瀝青相比降低了69%，這表明溫拌劑Sasobit具有良好的高溫降粘效果。

3 溫拌橡膠瀝青SMA性能

3.1 溫拌橡膠瀝青SMA配比與壓實(shí)溫度

溫拌橡膠瀝青SMA的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)與一般SMA級(jí)配類似，主要區(qū)別是要考慮橡膠粉的填充作用，在級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)可將橡膠粉作為一種細(xì)集料來考慮。本研究參照規(guī)范給定的級(jí)配范圍，在級(jí)配范圍的中值附近選定設(shè)計(jì)級(jí)配，見圖4。

圖4 溫拌橡膠瀝青SMA級(jí)配

根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)，橡膠瀝青的加熱溫度設(shè)定為180℃，集料加熱溫度190℃，擊實(shí)溫度采用180℃，根據(jù)預(yù)估的瀝青用量初始值及初始值±0.3%來成型馬歇爾試件，然后測(cè)試相關(guān)體積參數(shù)，依據(jù)空隙率VV＝4%確定最佳瀝青用量為7%。

為確定溫拌橡膠瀝青SMA的壓實(shí)溫度，首先在試驗(yàn)室進(jìn)行不同擊實(shí)溫度（150，160，170℃）下的馬歇爾試驗(yàn)，瀝青用量與橡膠瀝青SMA相同。然后測(cè)試擊實(shí)試件的體積參數(shù)，結(jié)果見圖5。

圖5 溫拌橡膠瀝青SMA空隙率與溫度的關(guān)系

依據(jù)橡膠瀝青與溫拌橡膠瀝青SMA壓實(shí)后關(guān)鍵體積參數(shù)（VV＝4%）基本相同的原則，由圖5可以求得溫拌橡膠瀝青SMA的壓實(shí)溫度約為155℃，因而與橡膠瀝青SMA相比降低了25℃。

3.2 溫拌橡膠SMA路用性能及分析

采用上述確定的級(jí)配、瀝青用量與擊實(shí)溫度成型各種性能測(cè)試試件，分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)與小梁低溫彎曲試驗(yàn)，評(píng)價(jià)溫拌橡膠瀝青SMA的高溫性能、水穩(wěn)定性與低溫抗裂性能，測(cè)試方法按照J(rèn)TG E20－2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行。測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 性能測(cè)試結(jié)果

由表4可見，與橡膠瀝青SMA相比，溫拌橡膠瀝青SMA的高溫抗車轍能力顯著提高，其動(dòng)穩(wěn)定度增幅71%，這表明溫拌劑Sasobit具有低溫增粘與高溫降粘的功效；就其水穩(wěn)定性與低溫抗裂性而言，二者均略有下降，但均能滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的要求。

4 結(jié)論

（1）溫拌劑Sasobit的加入使得橡膠瀝青的高溫性能得以提高，溫度敏感性降低，但低溫性能有所下降。

（2）溫拌劑Sasobit的加入使得橡膠瀝青不同溫度的粘度大幅度下降，表明其具有良好的高溫降粘效果。

（3）加入4%Sasobit的溫拌橡膠瀝青SMA壓實(shí)溫度可降低約25℃。

（4）與橡膠瀝青SMA相比，溫拌橡膠瀝青SMA的高溫抗車轍能力顯著提高，水穩(wěn)定性與低溫抗裂性略有下降，但均能滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的要求。

［1］ 游慶龍.廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青SMA混合料性能的研究［D］.西安：長安大學(xué)，2008.

［2］ 劉亞敏，韓 森，徐鷗明.摻外加劑的橡膠瀝青SMA混合料設(shè)計(jì)方法［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，31（3）：13－16.

［3］ 楊永順，曹衛(wèi)東，李英勇，等.橡膠瀝青制備工藝及其性能的研究［J］.山東大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2008，38（5）：10－12.

［4］ JTG F40－2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］ JTG E20－2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.