两种温拌剂对SBS改性沥青胶结料高低温性能的影响研究

彭 刚，姚城熙，徐 波，于 新

（河海大学土木与交通学院，江苏 南京210098）

温拌沥青路面和传统的热拌沥青路面相比性能相当，却可以降低施工温度20-50℃，节约能源30%，同时大幅度减少CO2、SO2、NOX等气体的排放。在能源日趋紧张，对减排要求越来越高的“低碳时代”，温拌技术在沥青路面建设中得到了越来越多的应用[1]。国外已有相当一部分的沥青路面采用了温拌技术，取得了良好的应用效果[2-4]。2002 年美国开始关注温拌沥青技术。2004 年以后，以美国沥青技术研究中心（NCAT）为代表的著名研究机构，选取3个具有代表性的温拌沥青技术，展开了综合性的室内外研究工作。2008年，美国公路合作研究组织启动了3个温拌沥青混合料设计方法研究课题[5-6]。

我国的温拌剂技术始于2005 年在北京昌平铺筑的第一条温拌沥青混合料路面。2006 年西部交通建设科技项目《温拌沥青混合料应用技术研究》立项，在各地组织实施多条试验路。2008年7月，浦东路桥公司完成了针对SMA的温拌性能评估，得出的动稳定度和抗疲劳显著改善的结论与NCAT 和交通部公路科研院的研究结论基本吻合。研究表明，温拌技术能够有效提高沥青混合料的施工和易性，降低沥青混合料的生产施工操作温度。课题组结合项目的工程实际，选用Evotherm和Sasobit两种温拌剂，研究他们对SBS改性沥青的高温和低温性能的影响。

1 试验材料

1）沥青采用SBS 改性沥青。按规范［7］对SBS 改性沥青的基本性能指标进行了测试，试验结果如表1所示。

2）温拌剂：Sasobit是一种固体石蜡，在通常状态下以薄片或粉末的形式存在，熔点约为100℃，25℃的密度约为0.94 g·cm-3，在使用过程中可直接加入到热沥青中，只需要经过简单搅拌即可完全溶于热沥青。Evotherm 温拌技术是基于乳化平台的一种温拌技术，通过化学表面活性剂，配置成乳化皂液直接加入拌缸，与热沥青、热石料进行混合搅拌。

表1 SBS改性沥青性能指标Tab.1 Properties of the SBS modified asphalt

2 试验方法与试验结果分析

2.1 软化点

软化点是沥青的三大性能指标之一，指的是沥青从粘塑状态到粘流状态转变的临界温度，在实质上反映的是沥青的等粘温度。软化点常用于评价沥青的高温性能，软化点高，高温稳定性良好［8］。实验采用上海昌吉地质仪器有限公司生产的SYD-2806E型全自动沥青软化点试验器。

对添加不同掺量Evotherm 和Sasobit 温拌剂的SBS改性沥青胶结料进行软化点试验，其测试结果如表2所示。

表2 SBS改性沥青软化点Tab.2 Softening point of the SBS modified asphalt

从上表可以看出：Sasobit和Evotherm温拌剂的掺入都会在一定程度上提高SBS改性沥青的软化点，从软化点这个指标看，温拌剂的掺入能够改善SBS改性沥青的高温性能。相比之下，Sasobit温拌剂使SBS改性沥青软化点的增幅更明显，3%Sasobit剂量时增幅已经达到25.4%；而Evotherm温拌剂的剂量达到9%时，增幅仅为9.5%。

从机理上分析，Sasobit 作为一种有机蜡，加入SBS 改性沥青中促使沥青中形成一种大蜡晶结构，并与SBS改性沥青之间发生化学反应，使得SBS改性沥青胶体结构发生变化，引起软化点显著升高。

2.2 破坏温度

Superpave沥青规范采用G*/sinδ作为评价沥青的高温性能指标，与以往的针入度、粘度指标相比有了很大的进步，因为它处在动荷载作用下，表征了沥青的动粘弹性质［9-10］。通过DSR温度扫描试验，取得试验温度在25～80 ℃范围内对应的车辙因子（G*/sinδ），并对曲线进行回归分析，得到SBS 改性沥青在车辙因子（G*/sinδ）为1 kPa时的破坏温度，由此判断掺加温拌剂后的SBS改性沥青的高温性能。破坏温度值越大，表明材料的高温性能越好。试验使用美国TA-AR1500EX型动态剪切流变仪。

分别对不同的沥青试样进行车辙因子（G*/sinδ）测试，以确定不同温拌剂掺量下的SBS改性沥青胶结料的破坏温度，车辙因子测试结果如表3所示。

表3 SBS改性沥青车辙因子Tab.3 G*/sin δ of the SBS modified asphalt

从表3中得到从25 ℃～80 ℃范围内的不同的温度（T）对应的车辙因子（G*/sinδ），建立车辙因子对数值（log（G*/sinδ））～温度T曲线图，如图1、图2所示。

图1 掺加/未掺加Evotherm的SBS改性沥青log（G*/sinδ）-T关系图Fig.1 Logarithm of the G*/sinδ of SBS modified asphalt with/without the Evotherm

图2 掺加/未掺加sasobit的SBS改性沥青log（G*/sinδ）-T关系图Fig.2 Logarithm of the G*/sinδ of SBS modified asphalt with/without the sasobit

根据回归拟合的公式，计算G*/sinδ=1kPa时的温度，即fail temperature。计算结果如表4所示。

表4 SBS改性沥青破坏温度Tab.4 Fail temperature of the SBS modified asphalt

分析表4：随着温拌剂掺量的增加，SBS 改性沥青的破坏温度逐渐增大。掺加9%的Evotherm 温拌剂后，SBS 改性沥青破坏温度的增幅达到13.4%，高温性能得到改善，当Evotherm 的掺量继续增加至10%和11%时，其破坏温度与9%掺量时的变化不明显。掺加3%的sasobit温拌剂后，SBS改性沥青的破坏温度明显提升，增幅达到20.4%。随着sasobit温拌剂的掺量继续增加至4%和5%时，其破坏温度值继续增加，但幅度不大。两者相比，sasobit使SBS改性沥青的破坏温度值提升更为显著，改善效果更好。

2.3 延度试验

延度反映了沥青胶结料的延伸性能，体现了沥青路面抵抗低温开裂的能力。具有方法简单、结果直观等优点，一直为众多国家所采用，尤其在我国，延度是评价胶结料低温性能的一项主要指标。实验采用LYY-7C型调温调速沥青延伸仪。

对添加不同的沥青试样进行延度试验，试验温度为5℃，其测试结果如表5所示。

从表5 可以看出：SBS 改性沥青的延度随着Evotherm剂量的增加而增大，掺加9%的Evotherm温拌剂后，SBS改性沥青的延度增幅为25.4%，说明Evotherm温拌剂能够在一定程度上提高SBS 改性沥青的延度。而SBS 改性沥青的延度随着Sasobit 剂量的增加而减少且低于未添加温拌剂时的沥青延度，延度指标显示Sasobit 温拌剂的加入对SBS 改性沥青的延度影响是不利的，这是因为Sasobit 是一种石蜡，当胶结料温度低于熔点时，Sasobit会在沥青中结晶析出网状的晶格结构，增大沥青的粘度使得沥青变硬变脆。

表5 SBS改性沥青延度Tab.5 Ductility of the SBS modified asphalt

2.4 弯曲梁流变试验

美国SHRP沥青结合料路用性能规范里，提出了在弯曲梁流变仪（Bending Beam Rheometer，简称BBR）上进行的的弯曲梁流变试验，评价沥青结合料的低温抗裂性能，试验参数蠕变劲度S和蠕变速率m能很好的反映沥青胶结料的低温性能。规范规定蠕变劲度S不能过大，同时松弛速率m不能太小。在Surperpave设计体系和沥青结合料路用性能规范中要求的是60 s时的S值和m值［11］。试验采用美国CANNON公司生产的弯曲梁流变仪。

BBR试验选用-12 ℃，-18 ℃，-24 ℃的蠕变劲度S和蠕变速率m作为沥青胶结料低温抗裂性能的评价指标。试验所得60 s的S和m值如表6所示。

表6 SBS改性沥青试验60 s的S和m值Tab.6 Creep stiffness S and m-value of the SBS modified asphalt

通过表6 可以看出：随着Evotherm 温拌剂剂量的增加，SBS 改性沥青的劲度模量也随之增加，这表明，SBS 改性沥青的弯曲流变性能在变差，Evotherm 温拌剂会对SBS 改性沥青的低温性能产生不利影响。在-18 ℃条件下，当Evotherm温拌剂剂量≥11%时，劲度模量S值才大于未添加温拌剂的SBS改性沥青的劲度模量，说明温拌剂只有达到一定的剂量才会对SBS改性沥青产生不利的影响。总体来说，Evotherm对BBR试验结果影响并不显著。

随着Sasobit温拌剂剂量的添加，SBS改性沥青的弯曲流变性能在变差，在-12℃时，当Sasobit温拌剂剂量≥4%时劲度模量才大于未添加温拌剂的SBS改性沥青劲度模量，低温性能才降低。总体来说，Sasobit温拌剂的添加对SBS改性沥青的低温性能是不利的。

3 结论

1）通过分析和比较不同Evotherm和Sasobit掺量下的SBS改性沥青的软化点和fail temperature值，可以看出两种温拌剂都可以较为显著地提高其高温性能，但Sasobit对其改善效果更为明显。

2）从延度指标来看，Evotherm 温拌剂可以在一定程度上提高SBS 改性沥青的延度；Sasobit 温拌剂使SBS改性沥青的延度降低。从蠕变劲度模量S值和蠕变曲线斜率m值来看，Evotherm温拌剂对SBS改性沥青的低温抗裂性能影响不大；Sasobit温拌剂的添加对SBS改性沥青的低温性能会产生不利影响。

3）两种温拌剂相比，Sasobit温拌剂对SBS改性沥青的低温性能影响较为明显，而Evotherm对其低温性能影响较小，并且延度指标作为SBS改性沥青的低温性能评价指标不大适合。使其软化点和破坏温度值的最大增幅为25.4%和20.4%。

[1]孙大权,王锡通,汤士良,等.环境友好型温拌沥青混合料制备技术研究进展[J].石油沥青,2007,21(4):54-57.

[2]JOE W B, CINDY E, ANDREW W. A synthesis of warm-mix asphalt[R]. Texas: Texas Transportation Institute and Texas A&M University System College,2007.

[3]DIEFENDERFER S, MCGHEE K, DONALDSON B. Installation of warm mix asphalt projects in virginia[R]. Virginia: Virginia-Transportation Research Council,2007.

[4]孙国生.欧美温拌沥青混合料枝术现状[J].建设机械技术与管理,2010(8):68-70.

[5]THOMAS P H.Summer of training warm mix asphalt[Z].Washington D.C.:Federal Highway Administration, 2011.

[6]程一鸣.美国温拌沥青混合料研究进展及设计方法综述[J].标准解读与应用,2013(17):8-11.

[7]中华人民共和国行业标准.公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)[S].北京:人民交通出版社,2011.

[8]赵军,刘兆平,曹卫东,等.高弹性改性沥青的路用性能试验研究[J].公路交通科技,2010,65(5):102～105.

[9]吕天华,章毅.布敦岩沥青改性沥青高温动态流变性能研究[J].华东交通大学学报,2010,27(4):13～17.

[10]徐鸿飞.基于重复蠕变恢复试验的沥青高温性能评价指标研究[D].济南:山东建筑大学,2012.

[11]栾自胜,雷军旗,屈仆,等.SBS改性沥青低温性能评价方法[J].武汉理工大学学报,2010(2):15-18.