温拌沥青胶浆流变性能研究

何俊辉，赵艳纳

(广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530021)

温拌沥青胶浆流变性能研究

何俊辉，赵艳纳

(广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530021)

文章通过动态剪切流变试验，分析了投料顺序、温拌剂类型与掺量以及粉胶比对温拌沥青胶浆流变性能的影响。结果表明：矿粉与温拌剂的添加顺序对温拌沥青胶浆的流变性能基本没有影响；SBS改性沥青在一定温度范围内表现出与基质沥青相反的粘弹性规律；Sasobit温拌剂增加了温拌沥青胶浆弹性成分比例，且不同掺量对胶浆流变性能影响不大，3G温拌剂则对胶浆流变性能影响较小；随着粉胶比的增大，温拌沥青胶浆的高温性能与感温性能得到改善。

沥青胶浆；温拌沥青；流变性能；影响因素

0 引言

温拌沥青技术可有效减少施工过程中烟气排放及单位能耗，显著缓解施工期沥青的老化，因此温拌沥青技术近年来备受道路工程界关注。国内外很多学者对温拌沥青与温拌沥青混合料进行了广泛研究：李锐铎等对温拌沥青感温性能及其评价指标进行了研究；王鹏等对掺DAT添加剂的温拌沥青拌和温度进行了研究；胡项禹对KSH温拌改性沥青胶结料性能进行了研究；左锋等对国外温拌沥青混合料技术与性能评价进行了编译汇总；孔令云等基于表面自由能理论对Sasobit温拌沥青混合料劈裂强度机理进行了研究；魏建国等研究了温拌沥青混合料施工温度的确定方法。综合表明，目前国内外对温拌沥青及沥青混合料性能指标与路用性能进行了广泛研究，但对于温拌沥青胶浆性能的研究稍显缺乏。 为此，本文通过动态剪切流变试验，着重探讨了温拌沥青胶浆流变性能及其影响因素，为温拌沥青技术的推广提供理论指导。

1 原材料

1.1 沥青

采用青岛安邦路法有限公司70#沥青与SBS改性沥青，具体技术指标见表1～2。

表1 70#沥青技术指标表

表2 SBS改性沥青技术指标表

1.2 温拌剂

温拌剂采用Sasobit、3G两种添加剂。其中Sasobit为南非Sasobit-Wax公司生产，其技术指标为：25 ℃时密度为0.94g/cm3，135 ℃时黏度为0.012Pa·s，凝固点为100 ℃，闪点约为290 ℃；Evotherm3G为美德维实伟克公司生产，其技术指标为：25 ℃时密度为0.999 7g/cm3，25 ℃时导热性为2.2μs/cm，介电常数为2～10。

2 胶浆流变性能影响因素

沥青胶浆是由沥青、填料组成的混合体，胶浆在沥青混合料中所占比例虽然不大，但其在沥青混凝土中不仅起粘结作用，还起填充粗细集料空隙的作用，对路面性能有着十分重要的影响，因此有必要对沥青胶浆性能进行研究。动态剪切流变仪(DSR)作为美国SHRP计划开发的可以表征沥青及沥青胶浆粘弹特性仪器，能够利用测定的复数剪切模量G*和相位角δ对沥青胶浆流变性能进行评价。本文利用DSR试验研究温拌沥青胶浆的流变性能，依次探讨了投料顺序、温拌剂类型、掺量以及粉胶比对温拌沥青胶浆流变性能的影响。

2.1 投料顺序对胶浆流变性能的影响

由于温拌沥青胶浆的制备需往沥青中加入温拌剂和矿粉两种添加剂，而不同制备工艺将直接影响制备物的性能。为研究两种添加剂不同添加顺序对胶浆性能的影响，取同样掺量温拌剂和矿粉按不同投料顺序制备沥青胶浆，其中Sasobit、3G推荐掺量、粉胶比分别为4%、0.6%、1.2。试验通过动态剪切流变仪研究投料顺序对胶浆流变性能的影响。

动态剪切流变试验相位角δ和抗车辙因子G*/sinδ的测试结果如图1～2所示。其中，A、B分别表示70#沥青、SBS改性沥青，S-4表示掺4%的Sasobit，G-0.6表示掺0.6%的3G温拌剂，带小数点数表示粉胶比，书写顺序表示投料顺序，下同。

本文通过多种渠道搜集数据，估计了回归式产业转移相关指标对区域经济增长的影响，也考量了制度资本参与下其对区域经济增长的影响。研究发现：从总体上讲，所选年龄、学历、回归前想从事行业、回归后从事行业这些变量对区域经济增长都有着较好的解释作用，因此表明回归式产业转移是落后、欠发达地区促进本地区经济增长的非常有效的产业转移模式。另外，制度资本变量能改善模型的变量解释能力，能缩小城乡收入差距，学历变量会缩小城乡收入差距。

由图1可知：投料顺序对温拌沥青胶浆的相位角δ基本没有变化，即对温拌沥青胶浆粘弹比例无影响。对比不同温拌剂对δ值影响可知，3G温拌沥青胶浆较Sasobit温拌沥青胶浆δ值大，即Sasobit温拌沥青胶浆较3G温拌沥青胶浆弹性成分比例大，3G温拌沥青胶浆较Sasobit温拌沥青胶浆黏性成分大。主要是由于Sasobit为蜡性温拌剂，熔点约为99 ℃，低于此温度时Sasobit由熔融状态转变为半固体状态，弹性增强，塑性降低，进而引起δ值降低。

对比基质沥青与SBS改性沥青δ值可知，改性沥青δ值明显小于基质沥青，表明改性沥青弹性成分明显多于基质沥青，这是由于掺入了弹性和韧性较好的SBS改性剂的结果。而升高温度，两者表现出不同的粘弹变化规律，主要是在该温度范围内改性剂与沥青互熔后温度越高改性剂对粘弹性起主导作用越强的结果。由于改性剂熔点较高，升温初期沥青弹性成分降低、黏性成分增强，改性剂与沥青混熔越发充分，此时改性剂性质占据主导地位，因此在一定温度范围内表现为δ值减小。而当温度升高(图示为80 ℃)，沥青熔化充分，沥青性质占主导作用，此时表现为δ值增大，即改性沥青黏性成分增加。

图1 投料顺序对温拌沥青胶浆δ的影响示意图

δ值反映的仅仅为沥青胶浆中粘弹比例的相对大小，要想深入研究投料顺序对胶浆性能的影响，还需对与路用性能关系密切的车辙因子(G*/sinδ)进行分析，如图2所示。

车辙因子G*/sinδ可以表征沥青材料的抗永久变形能力，反映了沥青胶浆的高温性能。由图2可知，随着温度的升高，胶浆G*/sinδ值减小，即温度的升高降低了温拌沥青胶浆的高温性能，且不同温拌剂对胶浆高温性能影响不大。对比基质沥青与改性沥青车辙因子可知，改性沥青胶浆车辙因子稍大于基质沥青胶浆，表明SBS改性剂对胶浆高温性能具有改善作用。

图2 投料顺序对温拌沥青胶浆G*/sinδ的影响示意图

2.2 不同温拌剂对胶浆高温性能的影响

研究表明，沥青对路面抗车辙的贡献占至少29%，而沥青混合料中发挥主导作用的实际为沥青胶浆。相比沥青高温性能而言，研究者对沥青胶浆高温性能研究较少，为了研究温拌剂对沥青胶浆高温性能的影响，现采用动态剪切流变实验车辙因子对温拌沥青胶浆进行评价。试验温度65 ℃，测试结果如下页图3所示。

由图3可知，不同温拌剂对沥青高温性能的影响差异较大，且不同类型沥青高温性能差距明显。其中Sasobit温拌沥青G*/sinδ值约为3G温拌沥青值的200%，且Sasobit温拌改性沥青G*/sinδ值也明显大于3G温拌改性沥青值。这是由于Sasobit的掺入增加了沥青弹性成分比例，使在该温度下的沥青高温性能得到改善。而SBS改性剂的掺入极大地增强了沥青力学性能，使改性沥青高温性能显著优于基质沥青。

图3 温拌剂类型对温拌沥青胶浆高温性能的影响柱形图

分析胶浆G*/sinδ值可知，矿粉的掺入显著提高了沥青高温性能，同时Sasobit使胶浆高温性能得到提高，3G温拌剂使胶浆高温性能稍有降低。由图3可知，掺入矿粉后Sasobit温拌沥青与3G温拌沥青的G*/sinδ值均提升2倍以上，且改性温拌沥青提升效果更加显著，均达到6倍以上。这是由于矿粉或SBS改性剂掺入后与沥青发生物化反应，增大了结构沥青的比例，增强了沥青胶浆的粘滞性，从而使沥青高温性能得到改善。

2.3 温拌剂掺量对胶浆性能的影响

由以上分析可知，推荐掺量下Sasobit温拌沥青胶浆高温性能以及对于胶浆粘弹比例的改善效果明显优于3G温拌剂，为此对不同掺量Sasobit对胶浆性能的影响进行深入探讨。采用动态剪切流变试验，沥青为70#沥青，粉胶比取1.2，试验温度范围为20 ℃～90 ℃，测试结果如图4所示。分析可知，不同掺量Sasobit对沥青胶浆粘弹比例几乎没有影响，相位角变化曲线几近重合，均随着温度升高而降低，表明温度升高胶浆弹性成分比例增加，黏性成分比例减少。比较G*值可知，当掺量为3%时G*值较大，由G*与G*/sinδ具有相似规律可知，该掺量范围内胶浆高温性能最优、抗车

辙性能相对较强，这与以往研究结论一致。

图4 不同掺量Sasobit对G*和δ的影响示意图

2.4 粉胶比对胶浆感温性能的影响

胶浆则作为决定沥青混合料高、低温性能的关键因素，在沥青混合料中具有重要作用，而作为主要成分的矿粉对胶浆中结构沥青的形成具有显著影响。在沥青混合料中，沥青与矿粉产生剧烈物理化学作用后，一起抵抗车辙变形作用，因此有必要对矿粉含量即粉胶比对胶浆性能的影响作进一步探讨。采用动态剪切流变试验，沥青选取70#沥青、SBS改性沥青，Sasobit掺量为4%，试验温度选取65 ℃、77 ℃、85 ℃三个温度，粉胶比范围为0.6～1.4，G*/sinδ值测试结果如表3所示。

表3 Sasobit温拌沥青胶浆G*/sinδ值表

分析表3，发现温度和抗车辙因子之间的关系可简化为如下关系式：

G*/sinδ=KT+C

(1)

式中，G*/sinδ——抗车辙因子；T——温度；K、C——回归系数。

K为一次方程斜率，其绝对值|K|的大小可以反映胶浆感温性能的强弱。|K|值越大，表明温拌沥青胶浆感温性能越强。现将表3数据利用式(1)汇总出相关参数列于表4。

表4 温度与G*/sinδ值的回归结果表

由表4可知，回归方程相关系数R2均>0.9，表明该方程能够很好地表征G*/sinδ与T之间的相关关系。由K均为负值可知，G*/sinδ值随温度T的升高而降低。为清晰表示不同粉胶比对胶浆感温性能的影响，现将|K|值汇总见图5。

分析可知，温拌沥青胶浆感温性能随着粉胶比的增加而增强，且不同沥青感温性能存在明显差异。两种沥青胶浆随着粉胶比的增大感温性能逐渐增强，粉胶比从0.6到1.4，基质沥青胶浆|K|值增长约60%、SBS改性沥青增长至原来的3倍多。这是由于在该粉胶比范围内矿粉的增加促进了胶浆结构沥青的形成比例，改善了胶浆性质，进而改善了胶浆感温性能。这也进一步证明了规范规定的0.6～1.4的粉胶比范围是合适的。同时，相对于70#沥青，SBS改性沥青|K|值随粉胶比增大增幅更加明显且|K|值均远大于基质沥青。这是由于SBS加入到基质沥青后在高速剪切作用下分散成微米级的小颗粒，比表面积增大，沥青中的小分子对其产生溶胀与增塑作用，使得原基质沥青的胶体结构发生改变，改善了胶浆感温性能、增强了沥青容纳矿粉的能力。

图5 粉胶比与|K|的关系柱形图

2.5 粉胶比对胶浆高温性能的影响

分析表3可以发现，粉胶比与G*/sinδ值存在如下关系式：

G*/sinδ=AeB*(FB)

(2)

式中，A、B——回归参数；FB——粉胶比。

回归系数如表5所示。

表5 粉胶比与G*/sinδ值的回归系数结果表

由表5可知，各回归方程相关系数R2值均较大，其中改性沥青R2值达到0.98，这表明回归方程能够很好地描述粉胶比和G*/sinδ之间的相关关系，该方程具有一定的实际意义。分析方程回归参数可知，B均为正数，表明G*/sinδ值随着粉胶比的增大而增大，即粉胶比在0.6～1.4范围内胶浆高温性能随着粉胶比的增大而增强。且随着温度升高参数A、B值均增大，表明一定范围内升高温度胶浆感温性能增强。且SBS改性沥青A、B值均大于同温度下基质沥青，表明改性沥青感温性能明显优于基质沥青，SBS改性剂的掺入极大改善了胶浆感温性能与高温性能。

3 结语

(1)温拌沥青胶浆制备过程中，温拌剂与矿粉的投料顺序对胶浆流变性能没有影响，Sasobit与3G两种温拌剂可在胶浆制备过程中随时按需掺入。

(2)Sasobit温拌剂掺入后可在沥青或沥青胶浆内形成蜡质空间网状结构，在低于其熔点99 ℃的温度范围内可以提高沥青或胶浆弹性成分比例，而3G温拌剂则对其影响较小。同时两类温拌剂对沥青胶浆高温性能影响差异不大。

(3)30 ℃～90 ℃温度范围内，基质沥青弹性成分比例随温度升高而降低；而SBS改性沥青则呈现相反的粘弹性规律。这是由于在该温度范围内掺入的高熔点SBS改性剂对胶浆粘弹性起主导作用，且主导作用随温度升高而加强，导致沥青胶浆弹性成分比例升高、黏性成分比例降低。

(4)Sasobit温拌剂掺量变化对沥青胶浆粘弹成分比例几无影响，且在掺量为3%时较其它掺量下沥青胶浆高温性能好，但高温性能改善幅度并不明显。

(5)沥青胶浆高温性能与感温性能均随粉胶比的增大而加强，且SBS改性沥青胶浆高温性能与感温性能明显优于基质沥青，同时改性沥青高温性能随温度增幅显著高于基质沥青。

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Research on Rheological Properties of Warm-mix Asphalt Mortar

HE Jun-hui，ZHAO Yan-na

(Guangxi Communications Investment Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530021)

Through dynamic shear rheological experiments，this article analyzed the impact of feeding sequence，warm-mix agent type，mixing dosage and powder-cement ratio on the rheological properties of warm-mix asphalt mortar.The results showed that：the addition sequence of mine powder and warm-mix a-gent had no effect on the rheological properties of warm-mix asphalt mortar；SBS modified asphalt within a certain temperature range showed the viscoelastic regularity opposite to base asphalt；Sasobit warm-mix a-gent increased the proportion of elastic component in warm-mix asphalt mortar，and the different mixing dos-age had little effect on rheological properties of mortar，3G warm-mix agent had less impact on the rheologi-cal properties of mortar；with the increase of powder-cement ratio，the high-temperature performance and temperature sensing performance of warm-mix asphalt mortar were improved.

Asphalt mortar；Warm-mix asphalt； Rheological properties； Influencing factors

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.004

1673-4874(2015)06-0013-05

2015-05-02

何俊辉，硕士研究生，工程师，主要从事高速公路建设管理与科研工作。