基于不同溫拌機(jī)理的瀝青混合料性能研究

李艷霞

（山西翼達(dá)交通開(kāi)發(fā)有限公司，山西 太原 030006）

引言

瀝青混合料在拌和時(shí)的溫度通常高達(dá)170～180℃， 較高的溫度控制不僅增加了施工難度，同時(shí)瀝青在高溫下產(chǎn)生有害氣體對(duì)環(huán)境也會(huì)造成一定危害。溫拌技術(shù)起源于歐洲，其可以在降低瀝青混合料施工溫度的同時(shí)仍然保證良好的施工和易性。不僅降低了施工難度，同時(shí)也使瀝青與集料裹復(fù)更加均勻，提高了路面使用性能[1-2]。目前主流的溫拌劑主要可以分為降黏型，人造合成沸石型以及表面活性型，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。曹少謙[3]、周志剛等[4]對(duì)比了傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料與溫拌瀝青混合料的性能。目前大多數(shù)的研究?jī)H集中于單一溫拌劑對(duì)瀝青混合料的影響，而缺少不同溫拌劑之間的對(duì)比。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 溫拌劑

溫拌劑選用兩種，一種是降黏型溫拌劑Sasobit,另一種是人造合成沸石類溫拌劑Aspha-min。Sasobit是一種蠟質(zhì)的溫拌劑，熔點(diǎn)一般在120℃左右，其作用機(jī)理是通過(guò)改變?yōu)r青的分子結(jié)構(gòu)降低瀝青的黏度。Aspha-min與Sasobit不同，其內(nèi)部含有水分，當(dāng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，Aspha-min中所含的水分會(huì)釋放出來(lái)，并與瀝青產(chǎn)生泡沫反應(yīng)，從而使得瀝青的體積變大，起到降低拌和溫度的作用。兩種溫拌劑的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1、表2。

表1 Sasobit溫拌添加劑技術(shù)指標(biāo)

表2 Aspha-min溫拌添加劑技術(shù)指標(biāo)

1.1.2 瀝青

瀝青選用SBS改性瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 （ JTG F40-2004）[5]技術(shù)要求。

表3 瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 溫拌瀝青制備

把SBS改性瀝青加熱到流動(dòng)狀態(tài)，采用濕法工藝將兩種溫拌劑加入到瀝青結(jié)合料中。采用高速剪切機(jī)對(duì)加入溫拌劑的瀝青進(jìn)行攪拌，以排除瀝青中的氣泡，使得溫拌劑在瀝青中均分分散，攪拌時(shí)間設(shè)定為30 min。其中Sasobit添加量為1%、2%、3%、4%；Aspha-min的添加量為0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。

1.2.2 溫拌瀝青拌和溫度及體積參數(shù)研究

采用布氏黏度試驗(yàn)對(duì)不同摻量的Sasobit溫拌瀝青和Aspha-min溫拌瀝青的黏溫特性進(jìn)行研究。采用馬歇爾擊實(shí)成型試件，研究?jī)煞N溫拌拌劑對(duì)瀝青混合料體積參數(shù)的影響。

1.2.3 溫拌瀝青混合料性能研究

各項(xiàng)性能試驗(yàn)均按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）[6]要求進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 布氏黏度

研究不同溫度下?lián)綔匕鑴┖鬄r青黏度，可以直觀反映溫拌劑的降溫效果。圖1、圖2為Aspha-min和Sasobit溫拌瀝青在不同溫度下的布氏黏度。

圖1 Aspha-min溫拌瀝青黏度

圖2 Sasobit溫拌瀝青黏度

由圖1、圖2可以看出，兩種溫拌劑的加入都明顯改變了瀝青的黏溫關(guān)系。首先，對(duì)于Asphamin溫拌劑，當(dāng)溫度在150～170℃時(shí)，瀝青的黏度隨著 Aspha-min摻量的提高而降低。其中0.4%摻量下150度的黏度與原樣瀝青黏度基本相同，其降溫幅度可達(dá)20℃。然而，當(dāng)溫度較低時(shí)，例如130℃和140℃下的瀝青。隨著Aspha-min摻量的提高，瀝青的黏度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，最小值出現(xiàn)在摻量為0.4%時(shí)。而摻量為0.2%和0.5%時(shí)，瀝青的黏度不僅沒(méi)有降低，反而有所提高。分析認(rèn)為，Aspha-min屬于人造沸石類溫拌劑，當(dāng)溫度較低時(shí)，Aspha-min中的水分不能溢出，故無(wú)法形成降低黏度的泡沫，反而會(huì)增加瀝青的黏度。此外，即使是在高溫區(qū)域，當(dāng)摻量較高時(shí)，瀝青黏度也會(huì)增加，這是因?yàn)檫^(guò)多Aspha-min產(chǎn)生的泡沫使水分大量蒸發(fā)，提高了瀝青黏度。

Sasobit溫拌瀝青方面，隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青黏度呈現(xiàn)均勻下降趨勢(shì)。其中，當(dāng)溫拌劑摻量在1%～3%時(shí)，瀝青黏度下降速率較快。130℃下原樣瀝青黏度為1 766 Pa·s，而3%溫拌瀝青的黏度為886 Pa·s，降低了49.8%。而當(dāng)摻量進(jìn)一步提高至4%時(shí)，黏度并沒(méi)有進(jìn)一步降低。這是由于3%摻量Sasobit已經(jīng)可以與全部瀝青發(fā)生交互反應(yīng)，多余的Sasobit只能以游離形式存在于瀝青中。因此，瀝青黏度并不會(huì)進(jìn)一步降低。150℃下3%摻量Sasobit溫拌瀝青黏度與原樣瀝青黏度基本相同，降溫幅度同樣可達(dá)20℃左右。

2.2 體積參數(shù)

瀝青混合料級(jí)配選擇高等級(jí)公路最常用的SMA級(jí)配，目標(biāo)空隙率為3.5%。Aspha-min和Sasobit溫拌瀝青混合料的體積參數(shù)見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 Aspha-min溫拌瀝青混合料空隙率

圖4 Sasobit溫拌瀝青混合料空隙率

由圖3、圖4可以看出，Aspha-min溫拌劑當(dāng)溫度在150～170℃之間時(shí)，可以發(fā)揮較好的溫拌效果。150℃下?lián)?.4%的Aspha-min溫拌瀝青混合料空隙率為3.52%，與原樣瀝青混合料170℃下空隙率相同。可見(jiàn)，Aspha-min可降低瀝青混合料拌和溫度20℃。

對(duì)于Sasobit溫拌劑，3%摻量下Sasobit溫拌瀝青混合料在140℃時(shí)的空隙率為3.55%，達(dá)到了原樣瀝青混合料在170℃時(shí)的拌和效果。因此，通過(guò)成型馬歇爾試件可以看出，Sasobit溫拌劑的實(shí)際溫拌效果要略優(yōu)于Aspha-min溫拌劑，其降溫幅度可達(dá)30℃。

2.3 路用性能

根據(jù)降溫效果確定Aspha-min、Sasobit最佳摻量0.4%、3%，以最佳摻量成型試件研究溫拌瀝青混合料的路用性能，研究結(jié)果如表4。

表4 溫拌瀝青混合料的路用性能

由表4可以看出，高溫性能方面，兩種溫拌劑均具有提升效果，Aspha-min、Sasobit溫拌瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度提升了17%、28%。溫拌劑的加入提高了瀝青混合料的拌和均勻性，使瀝青在集料表面裹復(fù)更均勻，提高了混合料的抵抗高溫變形能力。

在低溫性能方面，Aspha-min溫拌劑對(duì)瀝青混合料的低溫性能具有提升效果，而Sasobit溫拌劑則降低了瀝青混合料的低溫性能。抵抗水穩(wěn)定性方面，與原樣瀝青混合料相比，兩種溫拌劑都提高了試件的凍融循環(huán)強(qiáng)度比，Aspha-min溫拌瀝青混合料提高到了86.5%，Sasobit溫拌瀝青混合料則提高到了83.1%，可見(jiàn)，溫拌劑加入改善了瀝青混合料的抵抗水損壞能力。

此外，對(duì)兩種溫拌瀝青混合料的疲勞壽命進(jìn)行了研究，疲勞試驗(yàn)控制模式為應(yīng)變模式，應(yīng)變水平為400。結(jié)果表明，溫拌瀝青混合料的疲勞壽命較原樣瀝青混合料有明顯提高，Aspha-min、Sasobit溫拌瀝青混合料的疲勞壽命提高了16.8%、22.6%。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）溫度為150～170℃時(shí)，瀝青黏度隨Asphamin摻量的提高而降低，降溫幅度為20℃，溫度較低時(shí)Aspha-min會(huì)提高瀝青黏度。整個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，Sasobit都會(huì)降低瀝青黏度，且隨溫拌劑摻量的增加愈發(fā)顯著。（2）采用體積參數(shù)表征溫拌瀝青混合料降溫效果更具直觀性，其中Aspha-min可降低瀝青混合料的拌和溫度20℃。Sasobit溫拌劑溫拌效果要略優(yōu)于Aspha-min溫拌劑，降溫幅度可達(dá)30℃。（3）Asphamin、Sasobit都可以提高瀝青混合料高溫性能，其中Aspha-min可提高14.57%，Sasobit可提高28.3%。（4）兩種溫拌劑對(duì)瀝青混合料低溫性能的影響存在差異。Aspha-min溫拌劑對(duì)瀝青混合料的低溫性能具有提升效果，Sasobit溫拌劑降低了瀝青混合料的低溫性能。