基于sasobit、sasowam的温拌沥青性能研究

吴学文，汤 文

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056)

基于sasobit、sasowam的温拌沥青性能研究

吴学文，汤 文

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056)

对掺加sasobit、sasowam以降低沥青黏度的温拌沥青制备、掺外加剂后混合料的粉胶比、混合料的性能等进行了研究，并对比了添加外加剂后沥青的各项性能。试验研究表明：添加适当的sasobit或者sasowam外加剂，能够让混合料的拌和及压实温度降低，从而实现沥青混合料的温拌目的。

sasobit;sasowam;温拌沥青;性能

在公路建设中，目前沥青路面基本上都采用的是传统的热拌沥青混合料(HMA)，在生产过程中沥青与矿料都加热到较高的温度，不仅要消耗大量的能源，而且在施工的过程中还会排放出大量的废气和粉尘，从而严重影响施工人员的身体健康和周围的环境质量。据统计资料［1-2］：在沥青混合料的拌合过程中，温度每升高10℃，每吨混合料将多产生CO20.9 kg，拌合温度降低30℃，将改性沥青混合料CO2削减13%，普通沥青混合料削减达14%。温拌沥青(WMA)是添加特定的添加剂或采用新技术，使拌和及施工温度介于热拌沥青混合料和冷拌(常温)沥青混合料之间，达到或基本达到热拌沥青混合料的新型沥青混合料性能的统称［3-4］。

1 沥青胶结料试验材料与试验方法

1.1 基质沥青

克拉玛依70#基质道路石油沥青，其技术性质试验结果如表1所示。

表1 沥青的技术性质试验指标

1.2 改性剂

改性剂为Sasobit(以下简称SB)和Sasowam(以下简称SW)，同为德国SASOL－WAX公司研发的新型改性剂。SB是一种新型聚烯烃类沥青改性剂，25℃密度为 0.94 g/cm3，135℃黏度 0.012Pa·s，其主链分子含有40—115个碳原子，熔点约为99℃;SW是一种长链脂肪族烃类沥青改性剂，25℃密度为0.90 g/cm3，熔点 ＞90℃，其平均分子量1000 g/mol。

1.3 集料

主要物理性能指标如表2所示。

表2 集料的物理性能

1.4 改性沥青的技术性质

SB、SW改性沥青10℃延度相对基质沥青有降低，对温拌沥青混合料低温性能进行有必要验证。伴随着SB、SW掺量的加大，沥青软化点逐渐升高，当掺量为4%左右时软化点甚至超过80℃，因此这对提高沥青路面抗车辙性能是十分有利的［5］。综合分析，SB、SW的推荐掺量宜为3%左右。改性沥青主要技术性质如表3所示。

表3 改性沥青主要技术性质

1.5 沥青黏度试验

1.5.1 黏度试验方法

本文选择旋转黏度仪测试沥青黏度，使用转子为S27，转速20RPM，试验过程中要求扭距百分数介于10%—98%。

1.5.2 黏度试验结果及分析

黏度试验的温度分别选定在80℃、135℃和150℃三个温度，得到黏度随温度变化的规律并绘制成曲线，试验结果列于表4和图1中。

表4 布氏旋转粘度试验

图1 添加3%改性剂后黏温曲线图

随SB、SW掺量的加大，改性沥青135℃运动黏度呈下降趋势。表明改性剂的加入使得沥青施工和易性提高，在掺量为3%条件下，SB、SW改性沥青135℃运动黏度比基质沥青小57%和65%，因此对沥青混合料拌和、摊铺及碾压有利，也利于提高沥青面层的压实度。

虽改性沥青的运动黏度有降低，但由黏温曲线得到的拌合、压实温度降低不多，所以经SB、SW改性后的沥青拌合、压实温度不能单纯以黏温曲线确定，应进一步进行混合料的试验论证来确定。

2 粉胶比对沥青胶浆的性能影响

虽对改性后的沥青性能有一定了解，但改性后沥青中再加入矿粉，会不会使混合料朝不利方面影响发展?因此有必要在最佳改性剂掺量的前提下，对胶浆的组成进行研究。

2.1 胶浆高温和疲劳性能

采用克拉玛依70号基质沥青，经3%sasobit和3%sasowam改性后，再进行DSR试验(DSR应变为12%，角速度ω=10 rad/s)。粉胶比与车辙因子的关系由图1所示。由图1可以看出：(1)伴随着粉胶比增大，沥青胶浆的抗车辙因子逐渐增大，与一般规律吻合，且SB比同样粉胶比条件下的SW车辙因子G*/sinδ大，说明掺加SB后的沥青混合料的要比SW的高温稳定性好;(2)对于SB与SW两种外加剂来说，在64℃温度条件下，抗车辙因子的增幅最大，而粉胶比由0.8增大到1.4时，G*/sinδ的增幅分别为31%和28.5%，SB的增幅要较SW大，说明同样的外加剂掺量SB比SW高温性能的贡献率大;(3)随着温度的升高和粉胶比的增大，G*/sinδ的变化幅度趋于平缓。从短期老化(RTFO)的DSR来看，伴随着粉胶比的的增大，车辙因子的增幅趋于平缓。从b图来看，64℃的温度条件下由0.8增到1.4的过程中，G*/sinδ的增幅分别为 11.9%、8.6%、5.2%、2.3%，d图中的76℃温度条件下增幅为最小，由此可以看出，对防止沥青的短期老化矿粉有着重要的意义。

图2 粉胶比与车辙因子的关系

因试验材料为沥青胶浆，所以不能用基质或者改性沥青的DSR试验中G*sinδ的值不能大于5000 kpa来作为评价指标。从图3可以看出：(1)从两个图中可以看出，相同掺量的情况下，SB的疲劳因子G*sinδ比SW要大，从而得出SW的抗疲劳性能要好于SB;(2)从SB的试验结果分析得知，粉胶比从0.8至1.2的时，G*sinδ增大的幅度较平缓，而随着1.2增大1.4过程中，增大幅度变大，表明粉胶比大于1.4，SB很大程度上影响胶结料的疲劳性能;(3)而关于SW的试验可以得出，粉胶比从0.8变化至1.4，G*sinδ变化幅度一直比较平缓。

图3 粉胶比与G*sinδ的关系

综合得出：掺SB的沥青胶浆，粉胶比控制在1.2以内比较适合，而添加SW的沥青混合料的粉胶比范围较为宽泛。

2.2 胶浆低温性能

弯曲梁流变仪BBR是评价沥青胶浆低温性能的一种方法。将SB、SW两种添加剂与不同质量的矿粉制沥青胶浆，并在三个温度条件下(－18℃、－12℃、－6℃)测定其弯曲蠕变劲度模量S和蠕变速率m，如图4、5所示。

图4 SB改性沥青胶浆BBR试验结果

由图4可以得出：(1)随着粉胶比的增大，蠕变劲度模量S增大，从0.8到1.4，弯曲蠕变劲度模量S增幅变大，即表明胶浆的低温抗裂性变差，尤其是在由粉胶比1.2到1.4时，低温性能降幅更快。(2)粉胶比的增大，蠕变速率m逐渐减小。表明伴随矿粉质量增加，沥青胶浆的应力松弛能力降低，尤其粉胶比大于1.2后，低温抗裂性能降幅变大。所以，加入SB的沥青混合料的粉胶比不宜高于1.2。

图5 SW改性沥青胶浆BBR试验结果

由图5可以得出：(1)在同样的温度、同样的掺量、同样的粉胶比的条件下，SB的弯曲蠕变劲度模量S较SW大，而蠕变速率m要小，虽低温性能两者均有降低，但是SW的低温性能要优于SB。(2)粉胶比由1.2到1.4，蠕变劲度模量S没有出现增幅变大，蠕变速率m也没有出现幅度显著减小的现象，故SW粉胶比可以适当放宽至1.4。

3 沥青混合料的路用性能

3.1 温拌沥青混合料(WMA)的配合比设计

3.1.1 级配的确定

本文采用的AC-13，级配曲线及筛分结论如表5所示。

表5 AC-13级配曲线结论

3.1.2 最佳油量以及击实温度的确定

按我国现行规范要求，根据JTJ 052－2000和JTG F40－2004中关于普通基质沥青混合料拌和压实温度的规定，矿料加热温度一般为175—180℃左右，混合料拌和温度一般为150—155℃左右，试件击实温度一般为140℃左右，击实次数为双面各75次。试验得出基质沥青油石比为4.6%。

先将基质沥青与改性剂拌匀进行改性，随后参照基质沥青最佳油石比变温击实试验(油石比为4.6%)［6］，对 sasobit选取 110℃、125℃、140℃和 155℃，SW选取90℃、100℃、110℃和120℃四个温度来击实试验，用孔隙率来作为评价适宜击实温度，SB为125℃，SW为115℃。两种改性后沥青混合料在最佳油石比下的马歇尔试验结果如表6所示。

表6 马歇尔试验结论指标

3.2 WMA混合料性能验证

不同改性沥青粉胶比的WMA车辙试验结果如表7所示。

表7 不同改性沥青、粉胶比的WMA车辙试验结果

3.2.1 高温稳定性

由表7可知：(1)相同的粉胶比，相同的级配的，动稳定度大小为：SB+1.2＞ SW+1.2＞ 基质+1.2，SB+1.0 ＞ SW+1.0;(2)相同的添加剂，动稳定度大小关系为：SB+1.2 ＞SB+1.0，SW+1.2 ＞ SW+1.0;粉胶比对沥青混合料高温性能有重要的影响，随着粉胶比的增大，沥青混合料的高温稳定性能够得到明显的改善。

不同改性沥青粉胶比的WMA车辙试验结果如表7所示。

3.2.2 低温稳定性

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052－2000)进行，将试件切割成30 mm×35 mm×250mm的小梁，试验温度为 －10℃(正负0.5℃)，加载速率为50mm/min，如表8所示。

表8 不同改性沥青、粉胶比的WMA弯曲试验结果指标

从表8可得出：(1)掺外加剂后，混合料低温性能均有所降低。对于SW而言，粉胶比降低后劲度模量也跟着降低，低温性能得到改善。表明沥青混合料的低温性能，添加外加剂后，可以通过降低粉胶比的方法，以达到其低温性能不变的目的。(2)在级配均不变、粉胶比亦不变的条件下，添加外加剂(SB或者SW)不同，低温性能降低的程度大小不一，且SW的低温性能优于SB，另外在粉胶比越大的条件下，SW的低温性能较之SB优越更明显。

3.2.3 水稳定性能

三种沥青的WMA水稳定性能结果指标如表9所示。

表9 三种沥青的WMA水稳定性能结果指标

从表9可以看出，两种改性沥青的残留稳定度均大于85%、冻融劈裂强度比均大于80%，温拌沥青混合料不但满足规范要求，而且还具有良好的水稳定性能。在油石比相同条的件下，两种改性沥青混合料的残留稳定度与基质沥青混合料的几乎相同，而且冻融劈裂强度比比基质沥青混合料还要好，这表明在水稳定性能方面掺加改性剂后对混合料的影响不显著。

3.2.4 疲劳性能

在MTS810材料试验机上，使用5cm×5cm×25 cm的棱柱体梁式试件，采用半正弦波型荷载，加载频率为10Hz，试验温度为 15℃，分别取 0.3、0.4、0.5、0.6的应力比，不同沥青混合料的WMA疲劳试验结果如图6所示。

通过回归，SB、SW改性沥青和基质沥青混合料的疲劳方程分别为：

(1)基质沥青混合料

σr/fr= －0.3468 Nf+1.9425(R2=0.9898).

(2)SB改性沥青混合料

σr/fr= －0.3446 Nf+1.9638(R2=0.9658).(3)SW改性沥青混合料

σr/fr= －0.4185 Nf+2.3243(R2=0.9988).式中：σr为反复弯拉应力;fr为弯拉强度;Nf为疲劳寿命。

图6 不同沥青的WMA疲劳试验结果

从图6可以看出，在相同应力比下，疲劳次数：SW＞SB＞基质，两种温拌沥青混合料的疲劳次数均大于基质沥青混合料，说明温拌沥青有良好的抗疲劳性能。

4 结论

4.1 Sasobit和Sasowam温拌添加剂对沥青、沥青混合料性能有显著影响。随着温拌添加剂的掺量的加大，改性沥青的针入度、黏度以及延度均有所降低，而软化点逐渐提高，增加沥青的高温性能，改善沥青的感温性能。且掺加2.5%—3.0%的Sasobit或Sasowam能有效的改善沥青性能，改性剂最佳掺量为2.5%—3%。

4.2 Sasobit和Sasowam拌合压实温度比热拌混合料降低20℃和30℃的条件下，温拌沥青混合料仍具备较好的力学性能，因此推荐Sasobit温拌沥青混合料拌合温度为140℃和压实温度为125℃较合适，Sasowam温拌沥青混合料拌合温度为130℃，压实温度为115℃。

4.3 虽然扩大粉胶比能够提高沥青混合料的抗老化性能，但sasobit降低沥青低温性能相对sasowam较大，故使用sasobit添加剂的沥青混合料粉胶比宜限制1.2以内，这样即能够保证其低温性能的同时也能增大高温性能，而sasowam则对粉胶比的要求较为宽泛;

4.4 温拌沥青混合料具有良好的高温稳定、低温抗裂性、水稳定性以及抗疲劳性，虽对低温性能有一定影响，但影响不大，另外外加剂能够改善了胶浆的高温和疲劳性能。

［1］ 李祝龙，丁小军，赵述增，等.沥青混合料应用中的环境保护［J］.交通运输工程学报，2004，4(4)：1 －4.

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［4］ Diefenderfer S，McGhee K，Donaldson B.Installation of warm mix asphalt projects in Virginia［R］.Virginia：Virginia Transportation Research Council，2007.

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Research on performance of warm mix asphalt based on sasobit and sasowam

WU Xue-wen，TANG Wen
(CCCC Seccond Highway Consultants ，Wuhan 430056，China)

In this paper，warm mix asphalt asphalt preparation of mixing sasobit，sasowam to reduce the viscosity admixture－cement ratio mixed the powder mixture，mixture performance were studied and compared after adding additives to the performance of asphalt.Research shows that：add the appropriate Sasobit or Sasowam additives can effectively reduce the high temperature viscosity of the asphalt，so that the mixture of the mixing and compaction temperatures of the mixture could to be reduced to achieve the purpose of energy saving and environmental protection.

sasobit;sasowam;warm mix asphalt;performance

U 414

A

1009-4881(2011)03-0065-07

10.3969/j.issn.1009-4881.2011.03.016

2011-05-23.

吴学文(1983－) 男，助理工程师，E －mail：lovexuew@163.com.