掺加SBR对Sa—WMA的温拌效果及路用性能影响研究

杨 成

(湖南省吉首市新兴城乡公路建设投资有限责任公司，湖南 吉首 416000)

0 引言

温拌沥青混合料能够降低施工温度，减少能源的消耗和废气的排放，降低了环境的污染，是一种新型的节能环保型道路材料，具有十分广阔的应用前景［1］。据统计，2009年中国热拌沥青混合料(HMA)的产量约为2.8 亿t，而研究表明，如果全部采用温拌WMA 技术加工，则每年可节省燃料油42万t，降低CO2排放量约60%，可见温拌技术能够产生显著的社会和经济效益。2005年9月，在北京110 国道铺设了中国第一条、全球第六条EWMA 技术温拌试验路，随后在重庆、四川及西藏等省都应用了温拌沥青路面的铺筑。目前，降低混合料施工温度的技术很多，按照工作机理，主要分为三大类型［2］:①有机降粘技术;②发泡沥青降粘技术;③乳化分散沥青降粘技术。

Sasobit 是一种低熔点有机降粘剂，以蜡或蜡状物为主。大量研究表明，在沥青中加入一定量的Sasobit 后，由于Sasobit 的熔点在99 ℃左右，熔化后能够对沥青起到润滑作用，因此能降低沥青的高温粘度，从而可以实现降低沥青混合料的施工温度;另外，Sasobit 随着温度的降低会重结晶成蜡状固体，能够提高沥青混合料的高温抗车辙能力［3］。然而，在较低温度条件下，Sasobit 结晶体将会对沥青的延性以及沥青与矿料之间的粘结力产生很大的负面影响，从而降低了沥青混合料的水稳定性能和低温抗裂性能［4］，导致Sasobit 温拌混合料工艺性与路用性能之间产生不可调和的矛盾。研究表明，SBR 与沥青物理融合后，能够促使沥青形成新的胶团结构，改善沥青的延性以及增加沥青与石料之间的粘结力［5］。基于以上分析，考虑到SBR 的本身特性能够对Sasobit 温拌沥青混合料的缺陷进行互补作用，本研究提出在Sasobit 温拌技术的基础上添加一定量的SBR 技术处理，对其温拌效果和路用性能进行测试研究分析，具有重要的指导意义。

1 原材料技术性质及试验方案

1.1 原材料及设计方案

本研究所采用的基质沥青为SK—90，选用Sasobit 有机降粘剂作为温拌剂(如图1所示)，技术性质见表1;SBR 改性剂为白色粉末状(如图2所示)，其密度为0.92 g/cm3，抗拉强度为32 MPa，拉断伸长率665%，回弹率大于46%，S/B=25/75;所用粗、细集料均为玄武岩，矿粉为石灰岩加工而成，其技术性质见表2、表3;级配选用 AC —20，见表4，确定沥青用量为4.7%。

图1 Sasobit 有机降粘剂

表1 沥青与Sasobit 的技术指标

图2 SBR 改性剂

表2 集料技术指标测试

表3 矿粉技术指标测试

表4 AC—20 级配

1.2 温拌沥青的制备

制备温拌沥青结合料时，将基质沥青预热到140 ℃左右使其溶化后，均匀搅拌并取样，将一定量的Sasobit 掺量加入沥青中，采用高速剪切仪均匀搅拌和剪切30 min 可制得Sasobit 温拌沥青;重复上一步骤，在制备好的Sasobit 温拌沥青中加入一定量的SBR，同样采用高速剪切30 min 制备SBR+Sasobit 温拌沥青，最后根据配合比设计制备出相应的沥青混合料［6］。

2 温拌效果测试研究

混合料成型试件空隙率体积参数在一定程度上反映了路面压实效果，因此本试验研究混合料温拌效果采用等空隙率分析法。通过测试不同温度条件下温拌沥青混合料试件空隙率，绘制空隙率－拌和温度曲线，当温拌沥青混合料与基质沥青混合料的空隙率相同时，此时的温度即为温拌混合料的拌和温度［7］。

本试验取基质沥青混合料的拌和温度为165℃［8］，经测试其毛体积密度和空隙率分别为2.461 g/cm3与4.45%。本研究选取Sasobit 掺量和SBR 改性剂掺量均为沥青用量的3%;温拌沥青混合料在 135 ℃、145 ℃、155 ℃、165 ℃及 175 ℃温度梯度为10 ℃条件下成型标准马歇尔试件，测得毛体积密度和空隙率如表5，利用温度和空隙率散点拟合温度空隙率关系曲线如图3。

Sasobit 温拌和掺加SBR 后两种混合料的拌和温度—空隙率关系式分别为:

表5 混合料的拌和温度、毛体积密度及空隙率

图3 温度与空隙率曲线对照

其中，R 为相关系数;Y 为拌和温度，℃;X 为试件空隙率，%。

已知基质沥青混合料的空隙率为4.45%，根据上面的公式可以算出，当空隙率X 取4.45%时，Sasobit 温拌和掺加SBR 后两种混合料的拌和温度分别为143.2 ℃和142.7 ℃，与基质混合料拌和温度165 ℃相比，分别降低了21.8 ℃和22.3 ℃，为了便于控制温度，后叙两种温拌混合料的拌和温度取143 ℃。

由上述结果推出:Sasobit 温拌和掺加SBR 后两种混合料都能明显降低混合料的拌和温度;另外从数据上显示，两种混合料的降温幅度基本一致，说明SBR 的加入不会影响Sasobit 的温拌功能。

3 路用性能测试研究

依据上述计算的拌和温度结果，可以推出基质、Sasobit 温拌和掺加SBR 后Sasobit 温拌沥青混合料所对应的成型温度分别为155 ℃和133 ℃。在此基础上，进行3 种沥青混合料的路用性能测试对比分析，用以验证掺加SBR 后Sasobit 温拌混合料的路用性能。

3.1 高温稳定性测试分析

在高温状态时，路面在荷载的作用下会产生车辙破坏。抗车辙性能是评价沥青混合料高温性能重要指标，进而按照规范要求对不同类型的沥青混合料进行车辙试验，如图4所示，数据测试结果见表6。

图4 车辙试验

表6 混合料动稳定度值测试结果

测试结果表明，在不同成型温度条件下，与基质混合料相比，两种温拌混合料的动稳定度显著增大;Sasobit 温拌混合料的动稳定度增加26%，掺加SBR后的温拌混合料动稳定度增加了28%，两者的提高幅度接近，说明Sasobit 的添加是动稳定度增加的主要原因，而SBR 对其作用次之，这是因为Sasobit 在此测试温度下能够重结晶，增加沥青的硬度，从而能够提高混合料的高温稳定性能。

3.2 水稳定性测试分析

沥青路面在水的反复作用下，会产生剥落，坑槽等水损害现象。冻融劈裂强度比和残留稳定度是衡量混合料水稳定性的技术指标［9］，因此，按照规范技术要求［10］，本研究对3 种沥青混合料进行水稳定性能测试对比分析，其测试结果见表7。

表7 混合料的水稳定性能测试结果

研究表明，与基质混合料相比，Sasobit 温拌混合料冻融劈裂强度比和残留稳定度明显降低，其原因可能是Sasobit 在低温状态下呈现固体蜡性能的晶体状态，降低了沥青与矿料有效粘结力，从而降低了混合料的抗水损害能力;掺加SBR 后，冻融劈裂强度比和残留稳定度有所提高。分析其原因可能是因为SBR 呈现空间网状结构，增加了沥青的粘度，使粘附在集料表面的沥青膜厚度增加，提高了沥青与集料之间的粘结力，从而提高了混合料的抗水损害能力。

3.3 低温性能测试研究

低温条件下，路面受到荷载的作用会产生低温开裂现象，严重影响路面的使用性能与使用寿命。因此，本研究通过对3 种混合料进行低温弯曲测试，如图5所示，对比分析其低温抗裂能力，其测试结果见表8。

图5 低温小梁弯曲试验

表8 混合料的破坏弯曲应变测试结果

上述测试结果表明，与基质混合料相比，Sasobit 温拌混合料的弯曲破坏应变降低了33%，降低幅度较大，究其主要原因是Sasobit 在低温状态下突出表现了蜡的脆性特性，降低了沥青的延性，从而大大降低了混合料的低温抗裂性能;而掺加SBR 后，其破坏弯曲应变增加了20%，主要是因为SBR 的加入能够促使沥青形成新的胶团结构，增加沥青结合料的韧性，从而显著提高混合料的低温抗裂性能。

4 结论

由于Sasobit 本身在低温条件下呈现蜡脆性特性，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，本文研究了掺加SBR 对Sa—WMA 的温拌效果及路用性能影响，研究表明在Sasobit 温拌沥青混合料中添加SBR 改性剂后，能够弥补Sasobit对沥青混合料路用性能方面带来的缺陷:

1)与基质沥青混合料相比，Sasobit 温拌沥青混合料的拌和温度能够降低21 ℃，而SBR 的掺加不影响Sasobit 温拌沥青混合料的温拌效果。

2)Sasobit 加入沥青混合料后，能够明显提高混合料的高温抗车辙能力，但水稳性能和低温性能降低;SBR 的掺入能够改善Sasobit 温拌沥青混合料的低温性能和水稳性能，而对高温抗车辙能力不产生影响。

综上所述，在Sasobit 温拌的基础上添加SBR，一方面，发挥Sasobit 的温拌效果，能够降低施工温度，实现节能减排，降低环境污染;另一方面，SBR 可以使沥青胶团形成新的结构，增加沥青的延性以及粘结性，能够弥补Sasobit 带来的缺陷，保证混合料的抗水损害能力与低温抗裂能力不会降低。

［1］刘至飞，吴少鹏.温拌沥青混合料现状及存在问题［J］.武汉理工大学学报，2009，31(4):171 －173.

［2］许菲菲，刘黎萍，唐海威，等.温拌沥青混合料与热拌沥青混合料性能对比［J］.公路工程，2009，34(3):73 －75.

［3］王晓磊，张久鹏.Sasobit 改性剂在沥青混凝土路面低温施工中的应用分析［J］.公路，2007，3(3):138 －140.

［4］夏 漾，曾梦澜，朱沅峰，等.掺Sasobit(R)的温拌沥青混合料路用性能试验研究［J］.公路工程，2009，34(2):22 －26.

［5］王金勤，杨克红，张艳莉，等.复合改性提高SBR 改性沥青粘韧性指标的研究［J］.石油沥青，2010，24(5):12 －15.

［6］钱春香，解建光，王鸿博，等.接枝SBS 改性沥青的制备及性能［J］.东南大学学报(自然科学版)，2005，35(3):404 －408.

［7］张争奇，李宁利.改性沥青混合料拌和与压实温度确定方法［J］.交通运输工程学报，2007，7(2):37 －40.

［8］JTG F40 －2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.

［9］马 新，郑传峰.沥青混合料水稳定性评价方法的实验研究［J］.公路工程，2008，33(4):75 －78.

［10］JTJ 052 －2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.