Sasobit温拌沥青混合料和易性研究

郭 平，段凌云

(1.西安公路研究院，陕西西安710054;2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安710064)

迄今为止，国内外对沥青混合料的和易性研究较少，美国Gudimettla J M等［1］对热拌沥青混合料的和易性进行了相关研究，指出混合料类型、最大公称粒径、胶结料类型和温度是影响混合料和易性的主要因素，但未涉及温拌沥青混合料和易性的研究;国内同济大学薛明等［2］对冷补沥青混合料的和易性做了一些研究，但都没有提出一个客观的指标用于评价沥青混合料的和易性。温度是影响混合料和易性的一个重要因素，然而温拌技术的目的就是降低混合料的拌和和碾压温度，为研究温拌沥青混合料在相对较低的温度下是否具有良好的和易性，本文采用沥青混合料和易性试验仪对Sasobit温拌沥青混合料的和易性进行研究，并同热拌沥青混合料的和易性进行对比分析。旨在确定Sasobit温拌沥青混合料的合理降温幅度。

1 试验原理及原材料

1.1 试验原理及设备

沥青混合料拌和锅在拌和沥青混合料的过程中，搅拌齿会受到来自沥青混合料的阻力，对于不同的沥青混合料，其粘稠程度不一样，搅拌齿受到的阻力也不一样。如果降低混合料的拌和温度，而不采取其它任何措施，势必会使搅拌齿受到的阻力增大，混合料难以拌和，也就是和易性变差。本文就是基于这一思想，开发了沥青混合料和易性试验仪，通过采集沥青混合料拌和过程中搅拌齿所受扭矩的大小，来判断混合料的和易性。扭矩越大表示混合料和易性越差，反之则越好。沥青混合料和易性试验仪的外观如图1所示。该仪器可以通过调节频率改变拌和齿转动速度，分析拌和速率对混合料和易性的影响，频率范围为0 ～50 Hz。

图1 沥青混合料和易性试验仪Fig.1 Asphalt mix workability testing machine

1.2 原材料及级配

本试验采用的沥青为SBS成品改性沥青。为使试验能与生产相联系，对混合料进行了配合比设计，合成级配如表2所示，机制砂、矿粉单粒径级配如表2所示。经过试验测试所采用的集料均满足相关技术要求。按照规范要求成型马歇尔试件并进行相关试验，最终确定最佳油石比为5.1%。

表1 混合料合成级配Table 1 The design gradation of asphalt mixture

表2 机制砂和矿粉级配Table 2 The gradation of machine－made sand and mineral powder

1.3 温拌添加剂

本研究采用的温拌剂为南非Sasol Wax公司生产的有机降粘剂Sasobit，它是由Fischer－Tropsch(FT)过程从煤气化中生产的长链脂肪族烃，也被称为FT固化石蜡。Sasobit是目前市面上技术比较成熟的一种温拌添加剂，在国内外许多工程上得到了应用。但国内外的研究大都没有明确提出其降温幅度的确定方法，一般都是按经验在热拌的基础上将拌和温度降低10～30℃［3－7］。本研究Sasobit掺量为沥青质量的2%。

2 仪器可行性研究

由于本试验采用的沥青混合料和易性试验仪为探索性试验仪器，试验方法也不是现行规范标准试验方法。为使本试验数据具有说服力，先必须确定该仪器的可行性。相对而言比较均匀的沥青砂浆在拌和时能获得比较稳定的试验结果，因此先进行沥青砂浆和易性试验，以排除大粒径石料对试验精度的影响，若沥青砂浆能获得稳定、合理的试验数据，则说明该仪器是可行的，可以用来客观评价沥青混合料的和易性。

2.1 试验方法

根据拌和锅的实际容量和试拌效果，按表2级配设计准备集料，机制砂和矿粉总质量为6000 g。将集料放在烘箱里并恒温到目标温度。设置好和易性试验仪的拌和温度、搅拌时间和搅拌频率。将机制砂倒入拌和锅内，加入一定质量的沥青开始拌和，然后再加入矿粉继续拌和直至试样拌和均匀。此时就可以进行数据采集了。仪器每秒钟采集10个数据，共采集5 min。试验温度分别采用175℃、160℃、140℃、120℃和100℃。在某一温度下，分别采集不同频率(50 Hz、40 Hz、30 Hz、20 Hz、10 Hz)下扭矩大小。

2.2 试验结果及分析

沥青砂浆在不同温度，不同频率下和易性试验结果如表3所示。

表3 沥青砂浆和易性试验结果Table 3 Workability test results of asphalt mortar

由图2可以发现，在某一拌和温度下，沥青砂浆所受扭矩大概趋势是随着拌和频率的降低而减少，也就是说对于沥青砂浆而言，拌和频率越低，其和易性越好。从图3的曲线我们可以清楚地看出，在某一拌和频率下，随着拌和温度的降低，扭矩逐渐增大，和易性变差，且温度越低，扭矩变化幅度越大，混合料更难以拌和。这和我们的常识是一致的，即温度越低，混合料和易性越差。可见该仪器能量化地表示出沥青混合和易性大小，因此该仪器可以用来客观地评价沥青混合料的和易性。

3 温拌沥青混合料和易性研究

在实际的生产过程中，我们关心的是沥青混合料的和易性。特别是对于温拌沥青混合料，由于其拌和和压实温度较低，其在相对较低的温度条件下是否具有同热拌沥青混合料相同的和易性和可压实性一直是温拌技术需要关注的问题。按照表1级配设计准备集料7200 g，进行沥青混合料和易性试验，其中Sasobit温拌沥青混合料是在集料干拌时加入沥青质量2%的Sasobit蜡，热拌沥青混合料和Sasobit温拌沥青混合料在不同温度、不同频率下试验结果分别见表4和表5。

表4 热拌沥青混合料和易性试验结果Table 4 Workability test results of HMA

表5 Sasobit温拌沥青混合料和易性试验结果Table 5 Workability test results of Sasobit WMA

由图4和图5可以发现，无论是热拌沥青混合料还是Sasobit温拌沥青混合料，在某一拌和温度下，随着拌和频率的增加，混合料的和易性先增强，然后减弱。在拌和频率大约为30 Hz时，混合料的和易性最好。对比图2还可发现，沥青混合料和易性的变化规律同沥青砂浆不一致，这一结果可能和集料的最大公称粒径有关。热拌沥青混合料和Sasobit温拌沥青混合料在30 Hz拌和频率下和易性大小对比如图6所示。

由图6可以看出，对于热拌沥青混合料，随着拌和温度的降低，混合料的和易性呈线性关系变差。而对于Sasobit温拌沥青混合料，当温度高于140℃时，温度对混合料的和易性几乎没有影响，而温度低于120℃时，添加温拌剂对混合料的和易性影响不大。对于SBS热拌沥青混合料，一般情况下其拌和温度为175℃，由图可以发现，当Sasobit温拌沥青混合料的拌和温度为145℃时，其和易性同热拌沥青混合料175℃时相当。由此可见，Sasobit温拌沥青混合料的降温幅度能达到30℃。空隙率能间接地反应混合料和易性和压实性，和易性越差，混合料越难以拌和及压实，空隙率也会相应偏高，因此可用空隙率指标来验证混合料的和易性。分别在175℃和145℃下采用旋转压实仪(SGC)成型热拌和温拌试件，并测定其空隙率，试验结果如表6所示，试验结果表明，Sasobit温拌沥青混合料在145℃下的空隙率和热拌沥青混合料在175℃下的空隙率相当，也就是说添加Sasobit温拌剂后降低30℃的拌和温度不会影响混合料的和易性。因此，Sasobit添加剂能降低混合料的拌和温度约30℃左右。

图6 不同温度下沥青混合料和易性对比Fig.6 Comparisons on the workability of Asphalt Mix in different temperature

表6 SGC试件体积指标Table 6 Volume index of SGC Samples

5 结语

沥青混合料和易性试验仪能客观地反应混合料的拌和难易程度，也就是和易性大小。通过对Sasobit温拌沥青混合料和易性的研究，研究结果表明拌和频率对混合料的和易性有一定影响，在拌和频率为30 Hz时，其和易性最佳。Sasobit温拌沥青混合料在145℃时同热拌沥青混合料在175℃时的和易性相当，也就是说Sasobit添加剂的降温幅度能达到30℃。此外，通过空隙率检测，证实在降低30℃拌和温度的情况下，其空隙率同热拌沥青混合料相当。

［1］Gudimettla J M，Cooley L A，Brown ER.Workability of hot－mix asphalt［J］.Bituminous Paving G Mixture，2004:229 －237

［2］薛 明，刘 勇.冷补沥青混合料和易性分析与评价方法［J］.城市道桥与防洪，2007，(4):137－140

［3］夏 漾.Sasobit温拌沥青混合料设计与使用性能［D］.长沙:湖南大学，2009

［4］Graham C.Hurley，Brian D.Prowell.Evaluation of Sasobitfor Use in Warm Mix Asphalt.NCAT Report 05 －06

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