楊 成

(湖南省吉首市新興城鄉(xiāng)公路建設(shè)投資有限責(zé)任公司，湖南 吉首 416000)

0 引言

溫拌瀝青混合料能夠降低施工溫度，減少能源的消耗和廢氣的排放，降低了環(huán)境的污染，是一種新型的節(jié)能環(huán)保型道路材料，具有十分廣闊的應(yīng)用前景［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年中國熱拌瀝青混合料(HMA)的產(chǎn)量約為2.8 億t，而研究表明，如果全部采用溫拌WMA 技術(shù)加工，則每年可節(jié)省燃料油42萬t，降低CO2排放量約60%，可見溫拌技術(shù)能夠產(chǎn)生顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。2005年9月，在北京110 國道鋪設(shè)了中國第一條、全球第六條EWMA 技術(shù)溫拌試驗(yàn)路，隨后在重慶、四川及西藏等省都應(yīng)用了溫拌瀝青路面的鋪筑。目前，降低混合料施工溫度的技術(shù)很多，按照工作機(jī)理，主要分為三大類型［2］:①有機(jī)降粘技術(shù);②發(fā)泡瀝青降粘技術(shù);③乳化分散瀝青降粘技術(shù)。

Sasobit 是一種低熔點(diǎn)有機(jī)降粘劑，以蠟或蠟狀物為主。大量研究表明，在瀝青中加入一定量的Sasobit 后，由于Sasobit 的熔點(diǎn)在99 ℃左右，熔化后能夠?qū)r青起到潤滑作用，因此能降低瀝青的高溫粘度，從而可以實(shí)現(xiàn)降低瀝青混合料的施工溫度;另外，Sasobit 隨著溫度的降低會重結(jié)晶成蠟狀固體，能夠提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力［3］。然而，在較低溫度條件下，Sasobit 結(jié)晶體將會對瀝青的延性以及瀝青與礦料之間的粘結(jié)力產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，從而降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能［4］，導(dǎo)致Sasobit 溫拌混合料工藝性與路用性能之間產(chǎn)生不可調(diào)和的矛盾。研究表明，SBR 與瀝青物理融合后，能夠促使瀝青形成新的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，改善瀝青的延性以及增加瀝青與石料之間的粘結(jié)力［5］?；谝陨戏治?，考慮到SBR 的本身特性能夠?qū)asobit 溫拌瀝青混合料的缺陷進(jìn)行互補(bǔ)作用，本研究提出在Sasobit 溫拌技術(shù)的基礎(chǔ)上添加一定量的SBR 技術(shù)處理，對其溫拌效果和路用性能進(jìn)行測試研究分析，具有重要的指導(dǎo)意義。

1 原材料技術(shù)性質(zhì)及試驗(yàn)方案

1.1 原材料及設(shè)計(jì)方案

本研究所采用的基質(zhì)瀝青為SK—90，選用Sasobit 有機(jī)降粘劑作為溫拌劑(如圖1所示)，技術(shù)性質(zhì)見表1;SBR 改性劑為白色粉末狀(如圖2所示)，其密度為0.92 g/cm3，抗拉強(qiáng)度為32 MPa，拉斷伸長率665%，回彈率大于46%，S/B=25/75;所用粗、細(xì)集料均為玄武巖，礦粉為石灰?guī)r加工而成，其技術(shù)性質(zhì)見表2、表3;級配選用 AC —20，見表4，確定瀝青用量為4.7%。

圖1 Sasobit 有機(jī)降粘劑

表1 瀝青與Sasobit 的技術(shù)指標(biāo)

圖2 SBR 改性劑

表2 集料技術(shù)指標(biāo)測試

表3 礦粉技術(shù)指標(biāo)測試

表4 AC—20 級配

1.2 溫拌瀝青的制備

制備溫拌瀝青結(jié)合料時(shí)，將基質(zhì)瀝青預(yù)熱到140 ℃左右使其溶化后，均勻攪拌并取樣，將一定量的Sasobit 摻量加入瀝青中，采用高速剪切儀均勻攪拌和剪切30 min 可制得Sasobit 溫拌瀝青;重復(fù)上一步驟，在制備好的Sasobit 溫拌瀝青中加入一定量的SBR，同樣采用高速剪切30 min 制備SBR+Sasobit 溫拌瀝青，最后根據(jù)配合比設(shè)計(jì)制備出相應(yīng)的瀝青混合料［6］。

2 溫拌效果測試研究

混合料成型試件空隙率體積參數(shù)在一定程度上反映了路面壓實(shí)效果，因此本試驗(yàn)研究混合料溫拌效果采用等空隙率分析法。通過測試不同溫度條件下溫拌瀝青混合料試件空隙率，繪制空隙率－拌和溫度曲線，當(dāng)溫拌瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料的空隙率相同時(shí)，此時(shí)的溫度即為溫拌混合料的拌和溫度［7］。

本試驗(yàn)取基質(zhì)瀝青混合料的拌和溫度為165℃［8］，經(jīng)測試其毛體積密度和空隙率分別為2.461 g/cm3與4.45%。本研究選取Sasobit 摻量和SBR 改性劑摻量均為瀝青用量的3%;溫拌瀝青混合料在 135 ℃、145 ℃、155 ℃、165 ℃及 175 ℃溫度梯度為10 ℃條件下成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，測得毛體積密度和空隙率如表5，利用溫度和空隙率散點(diǎn)擬合溫度空隙率關(guān)系曲線如圖3。

Sasobit 溫拌和摻加SBR 后兩種混合料的拌和溫度—空隙率關(guān)系式分別為:

表5 混合料的拌和溫度、毛體積密度及空隙率

圖3 溫度與空隙率曲線對照

其中，R 為相關(guān)系數(shù);Y 為拌和溫度，℃;X 為試件空隙率，%。

已知基質(zhì)瀝青混合料的空隙率為4.45%，根據(jù)上面的公式可以算出，當(dāng)空隙率X 取4.45%時(shí)，Sasobit 溫拌和摻加SBR 后兩種混合料的拌和溫度分別為143.2 ℃和142.7 ℃，與基質(zhì)混合料拌和溫度165 ℃相比，分別降低了21.8 ℃和22.3 ℃，為了便于控制溫度，后敘兩種溫拌混合料的拌和溫度取143 ℃。

由上述結(jié)果推出:Sasobit 溫拌和摻加SBR 后兩種混合料都能明顯降低混合料的拌和溫度;另外從數(shù)據(jù)上顯示，兩種混合料的降溫幅度基本一致，說明SBR 的加入不會影響Sasobit 的溫拌功能。

3 路用性能測試研究

依據(jù)上述計(jì)算的拌和溫度結(jié)果，可以推出基質(zhì)、Sasobit 溫拌和摻加SBR 后Sasobit 溫拌瀝青混合料所對應(yīng)的成型溫度分別為155 ℃和133 ℃。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行3 種瀝青混合料的路用性能測試對比分析，用以驗(yàn)證摻加SBR 后Sasobit 溫拌混合料的路用性能。

3.1 高溫穩(wěn)定性測試分析

在高溫狀態(tài)時(shí)，路面在荷載的作用下會產(chǎn)生車轍破壞?？管囖H性能是評價(jià)瀝青混合料高溫性能重要指標(biāo)，進(jìn)而按照規(guī)范要求對不同類型的瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，如圖4所示，數(shù)據(jù)測試結(jié)果見表6。

圖4 車轍試驗(yàn)

表6 混合料動穩(wěn)定度值測試結(jié)果

測試結(jié)果表明，在不同成型溫度條件下，與基質(zhì)混合料相比，兩種溫拌混合料的動穩(wěn)定度顯著增大;Sasobit 溫拌混合料的動穩(wěn)定度增加26%，摻加SBR后的溫拌混合料動穩(wěn)定度增加了28%，兩者的提高幅度接近，說明Sasobit 的添加是動穩(wěn)定度增加的主要原因，而SBR 對其作用次之，這是因?yàn)镾asobit 在此測試溫度下能夠重結(jié)晶，增加瀝青的硬度，從而能夠提高混合料的高溫穩(wěn)定性能。

3.2 水穩(wěn)定性測試分析

瀝青路面在水的反復(fù)作用下，會產(chǎn)生剝落，坑槽等水損害現(xiàn)象。凍融劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度是衡量混合料水穩(wěn)定性的技術(shù)指標(biāo)［9］，因此，按照規(guī)范技術(shù)要求［10］，本研究對3 種瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性能測試對比分析，其測試結(jié)果見表7。

表7 混合料的水穩(wěn)定性能測試結(jié)果

研究表明，與基質(zhì)混合料相比，Sasobit 溫拌混合料凍融劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度明顯降低，其原因可能是Sasobit 在低溫狀態(tài)下呈現(xiàn)固體蠟性能的晶體狀態(tài)，降低了瀝青與礦料有效粘結(jié)力，從而降低了混合料的抗水損害能力;摻加SBR 后，凍融劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度有所提高。分析其原因可能是因?yàn)镾BR 呈現(xiàn)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了瀝青的粘度，使粘附在集料表面的瀝青膜厚度增加，提高了瀝青與集料之間的粘結(jié)力，從而提高了混合料的抗水損害能力。

3.3 低溫性能測試研究

低溫條件下，路面受到荷載的作用會產(chǎn)生低溫開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響路面的使用性能與使用壽命。因此，本研究通過對3 種混合料進(jìn)行低溫彎曲測試，如圖5所示，對比分析其低溫抗裂能力，其測試結(jié)果見表8。

圖5 低溫小梁彎曲試驗(yàn)

表8 混合料的破壞彎曲應(yīng)變測試結(jié)果

上述測試結(jié)果表明，與基質(zhì)混合料相比，Sasobit 溫拌混合料的彎曲破壞應(yīng)變降低了33%，降低幅度較大，究其主要原因是Sasobit 在低溫狀態(tài)下突出表現(xiàn)了蠟的脆性特性，降低了瀝青的延性，從而大大降低了混合料的低溫抗裂性能;而摻加SBR 后，其破壞彎曲應(yīng)變增加了20%，主要是因?yàn)镾BR 的加入能夠促使瀝青形成新的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，增加瀝青結(jié)合料的韌性，從而顯著提高混合料的低溫抗裂性能。

4 結(jié)論

由于Sasobit 本身在低溫條件下呈現(xiàn)蠟脆性特性，致使其混合料的路用性能存在一定的使用缺陷。基于上述矛盾，本文研究了摻加SBR 對Sa—WMA 的溫拌效果及路用性能影響，研究表明在Sasobit 溫拌瀝青混合料中添加SBR 改性劑后，能夠彌補(bǔ)Sasobit對瀝青混合料路用性能方面帶來的缺陷:

1)與基質(zhì)瀝青混合料相比，Sasobit 溫拌瀝青混合料的拌和溫度能夠降低21 ℃，而SBR 的摻加不影響Sasobit 溫拌瀝青混合料的溫拌效果。

2)Sasobit 加入瀝青混合料后，能夠明顯提高混合料的高溫抗車轍能力，但水穩(wěn)性能和低溫性能降低;SBR 的摻入能夠改善Sasobit 溫拌瀝青混合料的低溫性能和水穩(wěn)性能，而對高溫抗車轍能力不產(chǎn)生影響。

綜上所述，在Sasobit 溫拌的基礎(chǔ)上添加SBR，一方面，發(fā)揮Sasobit 的溫拌效果，能夠降低施工溫度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，降低環(huán)境污染;另一方面，SBR 可以使瀝青膠團(tuán)形成新的結(jié)構(gòu)，增加瀝青的延性以及粘結(jié)性，能夠彌補(bǔ)Sasobit 帶來的缺陷，保證混合料的抗水損害能力與低溫抗裂能力不會降低。

［1］劉至飛，吳少鵬.溫拌瀝青混合料現(xiàn)狀及存在問題［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(4):171 －173.

［2］許菲菲，劉黎萍，唐海威，等.溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能對比［J］.公路工程，2009，34(3):73 －75.

［3］王曉磊，張久鵬.Sasobit 改性劑在瀝青混凝土路面低溫施工中的應(yīng)用分析［J］.公路，2007，3(3):138 －140.

［4］夏 漾，曾夢瀾，朱沅峰，等.摻Sasobit(R)的溫拌瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究［J］.公路工程，2009，34(2):22 －26.

［5］王金勤，楊克紅，張艷莉，等.復(fù)合改性提高SBR 改性瀝青粘韌性指標(biāo)的研究［J］.石油瀝青，2010，24(5):12 －15.

［6］錢春香，解建光，王鴻博，等.接枝SBS 改性瀝青的制備及性能［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，35(3):404 －408.

［7］張爭奇，李寧利.改性瀝青混合料拌和與壓實(shí)溫度確定方法［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2007，7(2):37 －40.

［8］JTG F40 －2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［9］馬 新，鄭傳峰.瀝青混合料水穩(wěn)定性評價(jià)方法的實(shí)驗(yàn)研究［J］.公路工程，2008，33(4):75 －78.

［10］JTJ 052 －2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.