Sasobit温拌剂在沥青路面就地热再生中的应用研究

肖克雄，聂 欣，徐予睢

(1.青海交通投资有限公司， 西宁 810000； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067；3.重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074)

Sasobit温拌剂在沥青路面就地热再生中的应用研究

肖克雄1，聂 欣2，徐予睢3

(1.青海交通投资有限公司， 西宁 810000； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067；3.重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074)

目前，沥青路面热再生技术已经成为沥青路面维修和改造的主要方式之一。结合原有沥青路面破损机理和路面再生利用原理，以沥青就地热再生技术为研究对象，并以西北某高速公路路面维修为实体工程，分析有机添加剂Sasobit在路面热再生试验路段应用的相关性能。试验结果表明：在沥青里加入Sasobit温拌剂后，热拌沥青混合料多项路用性能指标明显提高。

就地热再生；沥青路面；有机添加剂；温拌剂

沥青路面就地热再生，指对原有破损路面进行加热、翻松铣刨，然后在旧沥青材料中加入低粘度的油料(再生剂)或适当稠度的沥青材料，经过调配形成沥青混合料，再用于现场路面铺筑[1]。但由于就地热再生工艺施工过程需要较高的温度，不仅会造成能源的大量消耗、污染环境，而且还会造成沥青老化，从而影响再生效果[2]。因此，在沥青混合料热拌过程中加入温拌剂用以降低施工温度的温拌技术应运而生。

沥青混合料温拌技术是上世纪90年代末开发的新技术，Sasobit是应用较广泛的一种温拌剂，其属于一种新型聚烯烃类，具有良好的路用性能。近年来，国内外专家学者对热拌沥青混合料温拌剂进行了相关研究，季节[3]认为Sasobit与沥青发生化学反应从而引起沥青性能的变化，同时沥青性能变化也与Sasobit加入时的温度有关；吴超凡[4]提出Sasobit沥青混合料的表观粘度与实际流动性的差异因素对相对值的影响有限；张锐、黄晓明[5]认为掺加Sasobit后沥青胶结料的温度稳定性得到提高。由温拌沥青混合料的研究可知，混合料制备过程中温拌相比热拌其制备温度低约30 ℃[6]。若温拌剂的加入可以有效降低沥青混合料就地热再生施工温度，则不仅可以达到环保效果，而且还可以解决就地热再生施工天气温度不能过低的问题。本文通过在西北某高速公路热再生技术的应用，对温拌沥青混合料应用较多的温拌剂的特点进行分析，对Sasobit温拌剂在热再生沥青混合料的性能进行了深入研究， 为类似工程应用提供参考。

1 工程背景

西北某高速公路为双向4车道，全长约120 km，其中19.6 km已出现多处车辙，裂缝，病害严重，需要养护维修。考虑到该高速公路车流量大，为了尽量缩短影响车辆通行的时间，同时根据《“十二五”综合交通运输体系规划》中“绿色发展，切实保护环境，节约利用资源”的发展原则，该大修工程采用就地热再生施工方法。由于西北地区冬季温度较低，该路施工季节又包含了冬季低温时期，故再生混合料在拌和与摊铺过程中温度过低便成为施工中的最大难题。因此，对该高速公路病害路段路面进行就地热再生时，尝试添加温拌剂，旨在通过降低施工拌和温度来适应环境温度，保证拌和、压实质量。

2 原有路面状况评价

2.1 适合就地热再生的沥青路面病害类型

沥青路面就地热再生技术可以处理大部分非结构性的沥青路面破损病害，包括坑槽、拥包、滑移裂缝、沉降、车辙、凹陷、纵向裂缝和横向裂缝等。

2.2 路面结构承载能力评价

沥青路面热再生技术要求沥青路面厚度至少为75 mm。如果现有沥青路面承载能力需要补强，则需按常规设计方法来确定补强厚度。如果沥青路面结构承载能力大面积失效则不适合采用热再生技术来维修养护。若现有道路承载能力不能满足预期的交通量要求时，则应根据再生沥青层厚度进行相应加铺设计。

2.3 旧路材料性能评价

2.3.1 旧沥青混合料现场含水量与毛体积密度

1) 旧沥青路面的现场含水量对热再生的影响很大，故测试旧材料现场含水量时，需采用干钻法取出旧料芯样，钻取过程中不能用水冷却。

2) 需采用水中重法或者表干法对芯样密度进行测试，以确定旧料的现场毛体积密度，并供后续配合比设计时参考。

2.3.2 旧混合料沥青含量确定与评价

再生混合料中，旧沥青混合料的沥青含量和性能指标对再生混合料的性能影响较大。国内外往往采用离心轴法来检测旧混合料的沥青含量，然后通过阿布森试验方法对旧沥青进行回收试验，并测试其软化点、针入度、延度等指标，以评价旧混合料的老化程度并以此进行沥青掺配设计。

3 沥青材料老化与再生原理

3.1 沥青混合料

沥青混合料是由一定比例的粗集料、细集料、沥青与填料在严格控制条件下进行充分拌和而形成的混合物。沥青混合料的集料主要有石英(岩类硅)、石灰岩(钙类)、多孔玄武岩和花岗岩(闪长岩和石英)等。不同岩类集料的沥青混合料其具有不同的热物理参数，如导热系数和比热容等，其对旧沥青路面的加热有较大影响。

由于公路等级、路面类型、路面结构层次不同，所以需要的沥青混合料类型也不同。通常，沥青路面上面层采用最大粒径较小的沥青混合料，中下面层采用最大粒径较大的沥青混合料。

3.2 沥青老化原理

沥青路面经过车辆荷载及自然环境因素的长期作用后，其混合料中的沥青结合料慢慢会老化、变得脆硬，使路面出现各种形式的损坏。沥青路面的热再生就是对旧沥青进行再生循环利用。沥青结合料的老化主要受沥青混合料中沥青膜厚度和集料空隙率的影响，空隙率较大的沥青混合料容易受到空气的长期影响而使氧化加快。另外，较大空隙率的沥青混合料由于长期受空气的影响，其沥青结合料的针入度指数会明显变大。沥青膜厚度对沥青材料的老化也有较大影响，沥青材料的老化指数会随沥青膜厚度的增加而减小。

3.3 沥青流变特性与废旧沥青的再生利用原理

旧沥青的再生利用原理，就是采用调和沥青的调配原理，即在废旧沥青材料中加入某种低粘度的油料(沥青再生剂)或适当粘度的新沥青材料，对沥青进行重新拌和和调配，使调配之后的再生沥青能够满足所需的粘度和路用性质。因此，沥青混合料的再生过程就是旧沥青材料与新沥青再生剂或沥青材料，经过重新调配混合形成满足道路路用要求的新沥青混合料的一个过程。在此过程中，需要把旧沥青粘度调节到满足路用要求的粘度范围，同时也要把旧沥青路面材料的流变指数提高至合适的范围，使再生后沥青材料能再次拥有良好的流变性能[7]。

3.4 评价沥青材料再生效果的指标

3.4.1 再生沥青材料的粘度

新沥青再生剂的添加量与再生剂的粘度、旧沥青混合料的粘度及再生后沥青混合料的设计粘度有关。再生后沥青混合料的设计粘度与再生剂粘度和旧沥青混合料粘度的关系可由下式求得：

logηR=x1.2logηb+(1-x)1.2logη0

式中：ηR为再生后沥青混合料的设计粘度，Pa·s；η0为旧沥青的粘度，Pa·s；ηb为再生剂的粘度，Pa·s；x为新沥青材料或再生剂的添加比例。

3.4.2 再生沥青材料的流变指数

废旧沥青混合料与新沥青混合料或较低粘度的沥青再生剂混合调配之后所得到的新型再生沥青结合料，将拥有新的流变性质胶体结构，新的流变指数可由下式计算得到：

CR=K(xCb+(1-x)C0)

式中：Cb为再生剂或新沥青材料的流变系数；C0为废旧沥青材料的流变指数；CR为再生后沥青材料的流变系数；K为再生效果指数，K=1。

3.4.3 再生沥青材料的针入度

沥青材料的针入度与粘度的关系式为：

式中：η为粘度，Pa·s；p为针入度，1/10 mm。

因此，再生沥青材料的针入度与废旧沥青材料、新沥青材料或沥青再生剂针入度的对数关系为：

logPR=xalog(Pb-A)+(1-x)alog(P0-A)+A

式中：Pb为新沥青材料或再生剂的针入度，1/10 mm；P0为废旧沥青材料的针入度，1/10 mm；Pa为再生后沥青材料的针入度，1/10 mm；A为常数，A=4.656 9。

3.5 沥青再生剂的作用

在使旧沥青再生时，通过新沥青材料或沥青再生剂与废旧沥青材料的混合调配，来降低废旧沥青材料的粘度，从而达到要求的性能指标，使旧沥青路面混合料软化，便于加热后使其松散，并与新沥青混合料混合均匀[8]。混合过程中，新添加的再生剂与旧沥青材料应充分混合，使旧沥青结合料中凝聚起来的沥青质溶解分散，并使旧沥青结合料分散软化，从而使再生沥青结合料的流变性质得到改善。沥青再生剂选择标准见表1。

表1 沥青再生剂指标的选择标准

3.6 Sasobit温拌剂改性性能分析

Sasobit温拌剂属于一种新型聚烯烃类，是一种合成的碳氢化合物混合物。国际上较好的温拌剂Sasobit由德国Schiimann-Sasol公司研发。为检验其技术性能,对东海AH-70基质沥青与添加3%Sasobit温拌剂的东海AH-70基质沥青进行了对比试验。结果表明，Sasobit温拌剂对路面材料具有独特的改性机理，使其针入度、软化点有较大提高，且拌和成型温度可以降低20～30 ℃。在沥青热再生加热条件下，只需简单搅拌，Sasobit温拌剂就可稳定分散于沥青混合料中。无添加基质沥青与掺加3%Sasobit温拌剂的基质沥青性能对比见表2。

表2 无添加基质沥青与掺加3%Sasobit温拌剂的基质沥青性能对比

4 Sasobit温拌剂路面现场热再生

对施工拌和温度为120 ℃，Sasobit温拌剂添加量为3%的基质沥青进行沥青路面现场热再生施工，施工前按规范要求铺筑试验段，以此来验证和确定热再生材料添加剂的性能和最佳配合比。试验路段热再生混合料采用基质沥青与掺加3%Sasobit温拌剂的基质沥青进行对比试验。选取该高速公路K7+750～K7+890和K8+210～K8+390路段进行观察与检测，以评价基质沥青掺加3%Sasobit温拌剂的混合料和基质沥青混合料的路用性能。

4.1 路面使用材料

根据设计资料，该高速公路路面为AC-13路面，所用沥青为SBS改性沥青，集料为玄武岩碎石经碎化后的矿料级配，再生剂为掺加3%Sasobit温拌剂，再生混合料设计油石比为6%。

4.2 路面压实度检验

在K7+820～K7+850试验路段对沥青路面进行钻芯取样。将芯样取回实验室，先测其毛体积密度，烘干后再测其最大理论相对密度，两者比值为实际压实度。测得该路段平均压实度为95%，且压实度在93%～98%之间波动，满足道路施工与验收规范中压实度≥93%的要求。

4.3 混合料压实温度与压实空隙率关系

为了检验基质沥青混合料与掺加3% Sasobit温拌剂的基质沥青混合料在不同温度下的空隙率变化，参照击实试验规程，采用双面击实试验(双面各击实75次)，测试2种混合料的空隙率，试验结果如图1所示。由图1可以看出，在相同的温度和击实次数下，2种混合料的空隙率都随温度升高而降低，但掺加3% Sasobit温拌剂的基质沥青混合料其空隙率明显小于无添加基质沥青的空隙率。

图1 掺加Sasobit3%和无添加基质沥青混合料空隙率与击实温度的关系

4.4 高低温性能

研究Sasobit温拌剂在热再生沥青混合料中的应用时，其温度性能十分重要。因此，对基质沥青与掺加Sasobit温拌剂的混合料分别通过车辙试验、马歇尔试验、小梁弯曲试验来评估其高温稳定性和低温稳定性。

4.4.1 沥青混合料的高温稳定性分析

加入3%Sasobit温拌剂的基质沥青与无添加的基质沥青混合料均采用相同的配合比(AC-13)和矿质原料成型试件来进行车辙试验和马歇尔稳定度试验，试验结果见表3、表4。

从表3可以看出，当基质沥青加入3%Sasobit温拌剂后其高温抗车辙能力大大增强，抗车辙稳定度较无添加基质沥青提高了5.5倍。

由表4可知，掺加3%Sasobit温拌剂的基质沥青混合料与无添加基质沥青混合料相比，其稳定度提高了61.21%，而流值则降低了28.9%，空隙率和沥青饱和度变化不太明显。

表3 沥青混合料车辙试验结果

表4 马歇尔稳定度试验结果

4.4.2 混合料低温弯曲性能

对掺3%Sasobit温拌剂的基质沥青混合料与无添加的基质沥青混合料进行了弯曲试验以考察其低温性能，试验结果见表5。

表5 低温弯曲强度与破坏应变

由表5可知，掺3%Sasobit温拌剂对混合料低温弯曲性能的影响不太明显，2种混合料的低温弯曲强度和破坏应变均有一定提高。

4.5 混合料水稳定性能和渗水性

为了解掺加Sasobit温拌剂的基质沥青与无添加的基质沥青混合料的密实性和渗水性，需对现场热再生试验路段进行现场取芯芯样的马歇尔残留稳定度试验和现场渗水试验，试验结果见表6。从表6可以看出，掺加3%Sasobit温拌剂的基质沥青混合料与无添加的基质沥青混合料的水稳定性差异不太明显，均符合相关技术规范要求；现场渗水系数检验结果均小于路面验收规范≤300 mL·min-1的要求；掺加3%Sasobit温拌剂的基质沥青水稳定性和抗渗水性能相对较好。

表6 稳定性能和渗水性

5 结束语

本文在分析沥青路面热再生技术特点的基础上， 对沥青路面就地热再生技术应用中掺加Sasobit温拌剂进行了试验研究和工程实践，结果表明：

1) 路面热再生技术是重复利用旧沥青路面材料的技术。路面热再生混合料中加入温拌剂不仅可以有效降低就地热再生施工温度，达到保护环境、减少排放的目的，而且还可以解决就地热再生对施工温度过低时施工质量难以保证的问题。

2) 掺加3% Sasobit温拌剂的基质沥青混合料与无添加的基质沥青混合料在不同的温度下，其空隙率都随温度升高而降低，但掺加3% Sasobit温拌剂的基质沥青混合料其空隙率明显比无添加的基质沥青混合料要小。

3) Sasobit温拌剂不仅可以有效降低施工温度(20～30 ℃)，而且热再生后路面的高温稳定性、低温稳定性、水稳定性等路用性能均有较大提高。因此，进行沥青路面热再生施工时可推广使用Sasobit温拌剂。

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Study on Application of Sasobit Warm Mix Agent in Hot Recycling of Asphalt Pavement

XIAO Kexiong1,NIE Xin2,XU Yusui3

At present,asphalt pavement thermal regeneration technology has become one of the main ways of asphalt pavement maintenance and reconstruction. In this paper,according to the original asphalt pavement damage mechanism and the principle of pavement recycling,the asphalt in-place thermal regeneration technology is studied. An expressway pavement maintenance project in northwestern China is used as sample to analyze relevant performance of application of Sasobit in pavement thermal recycling test sector. The results show:performance of hot mix asphalt mixture is improved significantly by adding Sasobit.

in-place thermal regeneration; asphalt pavement; organic additive; warm mix

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.006

2016-09-08

肖克雄(1984-)，男，青海省湟中县人，本科，助工。

1009-6477(2016)06-0023-05

U416.217

A