Sasobit在SMA瀝青混合料中的應(yīng)用研究

姚城熙，徐波，于新

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇南京210098）

Sasobit在SMA瀝青混合料中的應(yīng)用研究

姚城熙，徐波，于新

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇南京210098）

通過新型的試驗(yàn)方法對(duì)比室內(nèi)制作的SMA-13和在不同壓實(shí)溫度條件下成型的摻入3%的Sasobit溫拌劑下的SMA-13馬歇爾試件的一系列體積指標(biāo)，確定摻入Sasobit溫拌劑下SMA-13的室內(nèi)最佳壓實(shí)溫度范圍，進(jìn)而確定現(xiàn)場(chǎng)攤鋪溫度為140℃左右；通過比較兩種不同混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩(wěn)性能，試驗(yàn)結(jié)表明：摻入3%的Sasobit溫拌劑的SMA-13混合料高溫性能優(yōu)于普通的SMA-13混合料，低溫與水穩(wěn)性能略低于普通的SMA-13混合料。

Sasobit；高溫性能；低溫性能；水穩(wěn)性能

當(dāng)今世界，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)文明化程度愈來(lái)愈高，人們?cè)诟脑熳匀唤绲耐瑫r(shí)出現(xiàn)了一些前所未有的危機(jī)，比如說能源危機(jī)、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等。傳統(tǒng)的熱拌SMA混合料雖然應(yīng)用廣泛，路面性能優(yōu)越，技術(shù)也十分成熟，但是帶來(lái)一系列問題，例如鋪筑SMA路面時(shí)溫度很高引起能源浪費(fèi)、CO2排放過多造成城市的“熱島效應(yīng)”顯著以及膠結(jié)料粘度過高不好壓實(shí)攤鋪。因此將溫拌技術(shù)［1］應(yīng)用到SMA路面材料攤鋪中很有必要，它不僅將原來(lái)瀝青混合料的施工溫度降低20～30℃，減少了污染和熱能浪費(fèi)，而且其高溫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于熱拌SMA混合料，特別是在冬季施工時(shí)降溫比較快時(shí)能延遲混合料固結(jié)時(shí)間，保證壓實(shí)度，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。

1 Sasobit溫拌機(jī)理及混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 Sasobit溫拌機(jī)理

Sasobit溫拌劑［2］是SASOL-WAX公司研發(fā)部門開發(fā)的新型改性劑，是一種長(zhǎng)鏈脂肪族烴，被稱為FT固體石蠟，以白色薄片、淡黃色小顆粒或粉末的形式存在。Sasobit溫拌降粘機(jī)理與Sasobit的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，一般Sasobit的熔點(diǎn)只有100℃左右，當(dāng)路面攤鋪溫度高于它的熔點(diǎn)時(shí)，小顆粒此時(shí)就會(huì)融化成液體狀態(tài)，起到潤(rùn)滑的作用［3-4］，它能夠吸附瀝青中與它結(jié)構(gòu)相近似的飽和組分，形成穩(wěn)定溶液而不離析，更好的溶解瀝青中的瀝青質(zhì)，從而降低瀝青粘度；低于熔點(diǎn)時(shí)，在瀝青中形成一種晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包裹瀝青中的飽和分，保證瀝青飽和分溶劑的穩(wěn)定性，增加瀝青的流動(dòng)性，提高瀝青低溫粘度。從而達(dá)到降低混合料施工溫度，減少低溫施工難度，實(shí)現(xiàn)溫拌化。

1.2 溫拌SMA-13的制備過程

瀝青采用的是江蘇保利SBS改性瀝青，集料采用的是鎮(zhèn)江茅迪的玄武巖集料，南通創(chuàng)新的礦粉，外摻劑為東臺(tái)市道康建材的木質(zhì)素纖維、Sasobit溫拌劑。首先將集料（含礦粉）與SBS改性瀝青放在烘箱內(nèi)加熱保溫1h以上，從烘箱中取出一定比例的集料（含礦粉）放入攪拌鍋內(nèi)，攪拌50～60 s，再將一定的比例的熱瀝青、Sasobit和木質(zhì)纖維，攪拌90～120 s。攪拌結(jié)束后需要放入烘箱內(nèi)重新保溫加熱0.5～1 h，然后對(duì)混合料進(jìn)行試件成型，為了Sasobit溫拌劑更加均勻分布于瀝青混合料中，在混合料性能試驗(yàn)中把攪拌時(shí)間延長(zhǎng)至150 s。

1.3 混合料配合比設(shè)計(jì)

瀝青采用的是江蘇保利SBS改性瀝青，集料采用的是鎮(zhèn)江茅迪的玄武巖集料，礦粉為南通創(chuàng)新礦粉，外摻劑為東臺(tái)市道康建材的0.4%木質(zhì)素纖維、3%的Sasobit溫拌劑，其技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范的要求。按體積設(shè)計(jì)方法進(jìn)行SMA-13混合料的配合比設(shè)計(jì)［5］，首先初選礦料（含礦粉）A、B、C 3種級(jí)配，3種集料混合物的級(jí)配篩分如表1所示，初選6.25%的油石比，雙面各擊實(shí)75次制作馬歇爾試件，擊實(shí)溫度為170℃，成型溫度為160℃，測(cè)定VCAmix及VMA等指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果見表2和表3。

表1 3種級(jí)配的設(shè)計(jì)組成結(jié)果Tab.1 Three kinds of gradation design results

表2 VCADRC測(cè)試結(jié)果Tab.2 VCADRCtest results

表3 初試級(jí)配的體積分析Tab.3 Volume analysis of the initial grading

通過對(duì)比以上選用的3種集料配比，級(jí)配A，B，C均滿足VCAmix小于VCADRC和VMA大于16.5%這兩個(gè)條件，為保證一定的浮動(dòng)范圍，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般選用適中的級(jí)配B較為適宜。

1.4 確定最佳油石比

按級(jí)配B稱取礦料，分別采用6.0%，6.3%，6.6%3種油石比，雙面各擊實(shí)75次成型馬歇爾試件，然后將成型的試件檢測(cè)馬歇爾體積指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見下表4。根據(jù)JTJ E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱規(guī)程）要求用謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯特堡飛散試驗(yàn)檢驗(yàn)所選油石比混合料的飛散和析漏性能，試驗(yàn)結(jié)果見下表5和表6。

表4 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Marshall test results of asphaltmixture

表5 謝倫堡析漏試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Shellen leak test results%

表6 肯特堡飛散試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Kent flying test results %

根據(jù)SMA路面設(shè)計(jì)要求空隙率應(yīng)控制在3%～4.5%，油石比為6.3%時(shí)空隙率為3.94%，其它指標(biāo)（VMA、VCA、穩(wěn)定度、飽和度等）也均滿足設(shè)計(jì)要求。所選油石比6.3%時(shí)的析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)結(jié)果均可滿足規(guī)范要求，因此選取6.3%為設(shè)計(jì)油石比。

1.5 確定攤鋪溫度

在前面的基礎(chǔ)上，確定油石比為6.3%的級(jí)配B，外摻劑添加0.4%的木質(zhì)纖維和3%的Sasobit溫拌劑，測(cè)定在不同壓實(shí)溫度下的馬氏體積指標(biāo)，如表7。

表7 不同成型溫度溫拌SMA混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.7 The Marshall test results of warmmix SMAmixture at different forming temperatures

對(duì)比表4和5可知，摻加Sasobit溫拌劑［6］時(shí)，壓實(shí)溫度在135度時(shí)，空隙率、VMA、VFA等體積指標(biāo)與熱拌SMA-13瀝青混合料最為接近。所以溫拌瀝青混合料溫度控制在135～145℃時(shí)，進(jìn)行壓實(shí)效果最好。室內(nèi)試驗(yàn)控制的壓實(shí)溫度，相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)控制的攤鋪溫度，添加了溫拌劑Sasobit后攤鋪溫度由160℃以上降低到140℃左右。

2 混合料路用性能評(píng)價(jià)

2.1 高溫穩(wěn)定性

根據(jù)規(guī)程［7～8］要求分別制作3組摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13和未摻加Sasobit的SMA-13車轍板，分別制作3組摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13和未摻加Sasobit的SMA-13，在60±1℃，0.7±0.05 MPa條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)開始后50～60min測(cè)定動(dòng)穩(wěn)定度，檢驗(yàn)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果匯總于表8。

表8 車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度Tab.8 Rutting test dynamic stability

從上表8兩種混合料平均值對(duì)比可知，溫拌SMA-13大幅度提高了動(dòng)穩(wěn)定度，說明溫拌SMA-13的高溫抗車轍能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于熱拌SMA-13混合料，Sasobit的加入，大大提高了混合料的高溫性能。

2.2 低溫性能

制作Sasobit溫拌劑的車轍板試件，并按要求經(jīng)輪碾成型后切割成250×35×30mm的小梁試件，跨徑為200mm，分別選取5組摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13和未摻加Sasobit的SMA-13，在-10℃條件下進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，分別對(duì)這5組結(jié)果取平均值，試驗(yàn)結(jié)果如下表9所示。

表9 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果Tab.9 Test results of trabecular bend

根據(jù)表9，通過比較兩種混合料的均值，得出在規(guī)定溫度和固定的剪切速率下?lián)郊?%Sasobit的溫拌SMA-13的彎曲破壞力學(xué)性能低于未摻加Sasobit的SMA-13，摻了3%Sasobit的溫拌SMA-13低溫力學(xué)性能低于未摻加Sasobit的SMA-13。

2.3 水穩(wěn)定性

根據(jù)規(guī)程要求分別通過浸水馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)?zāi)M路面實(shí)際環(huán)境，評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)定性。

根據(jù)要求分別成型油石比為6.3%的摻3%的Sasobit與不摻Sasobit溫拌劑的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件3組，分別計(jì)算3組平均值，在非條件（0.5 h）和條件下（48 h）測(cè)定其空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度、流值以及殘留穩(wěn)定度結(jié)果見表10。

表10 浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Tab.10 Test results of immersion Marshall stability

比較表10兩種不同混合料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13馬歇爾穩(wěn)定度都略低于未摻加Sasobit的SMA-13，而流值則呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)；摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13抗水穩(wěn)性能與不摻Sasobit溫拌劑的SMA-13相當(dāng)都能滿足規(guī)范要求。

凍融劈裂試驗(yàn)是指在規(guī)定的條件下（250C，50mm·min-1）檢測(cè)瀝青混合料試件在受到水損害前后劈裂破壞的程度，通過凍融前后的強(qiáng)度比值來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。在試驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)恒溫冰箱的溫度在－180C，分別制作10組兩種SMA-13試件，其中取5組做凍融劈裂試驗(yàn)，分別計(jì)算5組平均值，試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果Tab.11 Test results of freeze-thaw splitting

根據(jù)上表11可以看出摻加Sasobit的溫拌SMA-13的非條件劈裂強(qiáng)度和條件凍融條件下的劈裂強(qiáng)度都要低于未摻加Sasobit的SMA-13，其比值TSR也呈現(xiàn)相同的結(jié)果。摻加了Sasobit的溫拌SMA-13抗凍融性能下降，抗水穩(wěn)定性略有降低，但是幅度不大滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

1）通過對(duì)比不同室內(nèi)壓實(shí)溫度下熱拌SMA-13和溫拌SMA-13的馬歇爾一系列體積指標(biāo)，確定了室內(nèi)溫拌SMA-13的溫度控制在135～145℃時(shí)，進(jìn)行壓實(shí)效果最好。室內(nèi)試驗(yàn)控制的壓實(shí)溫度，相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)控制的攤鋪溫度，從而確定了添加了溫拌劑Sasobit后攤鋪一般控制在140℃左右。

2）溫拌SMA-13混合料攤鋪溫度從原來(lái)的160℃降到140℃，在保證其他其他性能條件下降溫效果十分明顯。而且在冬季施工條件下適當(dāng)升高混合料溫度，保證在溫度降低過快的情況下延長(zhǎng)施工時(shí)效，保證路面壓實(shí)度以及施工質(zhì)量。

3）在高溫性能上，摻3%Sasobit的SMA-13抗車轍能力遠(yuǎn)優(yōu)于未摻Sasobit的SMA-13，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，保證路面的耐久性。

4）在低溫性能上，摻3%Sasobit的SMA-13勁度模量以及破壞應(yīng)變低于未摻Sasobit的SMA-13，但是還能符合路面性能要求。

5）在水穩(wěn)定性能上，摻3%Sasobit的SMA-13殘留穩(wěn)定度較未摻Sasobit的SMA-13略有較低，凍融劈裂強(qiáng)度比降低較多，說明在短期的水損害下?lián)?%Sasobit的SMA-13強(qiáng)度下降不顯著，經(jīng)過長(zhǎng)期的凍融循環(huán)下強(qiáng)度下降明顯，但是仍能滿足路面性能要求。

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Research on the Application of Sasobit in SMA Asphalt Mixture

Yao Chengxi,Xu Bo,Yu Xin
(College of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China)

By comparing Marshall specimen of indoor-produced SMA-13mixture and the onemixed with 3%Sa?sobit,this study determines a series of volume indices and themixing and pavement compaction temperature with the added Sasobit.The comparison results of high temperature properties and water stability for two differentmix?tures show that the performance of SMA-13mixture with 3%Sasobit at high temperature is superior to the com?mon SMA-13mixture,while its low temperature properties and water stability are slightly lower.

Sasobit;high temperature properties;water stability

U416.217

A

2014-04-15

姚城熙（1989—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榈缆放c鐵道工程；于新（1976—），男，教授，高級(jí)工程師，博導(dǎo)，研究方向?yàn)榈缆放c鐵道工程。

1005-0523（2014）04-0016-05