Sasobit复合SBS改性沥青混合料压实及路用性能研究

2018-05-08■邵彩

福建交通科技 2018年2期

■邵彩

（福建南平路桥养护工程有限公司，南平 353000）

1 前言

为满足交通发展需求，路面大修改造使用舒适性更高的沥青路面将成为一种趋势。对于普通省道二级公路的路面改造工程，沥青混合料一般由商用沥青混凝土拌合站加工，当拌合站距离施工路段较远时，沥青混合料的压实温度往往处于规范要求下限，甚至达不到规范要求，这将直接导致路面较难压实，路段芯样压实度达不到要求。一些工程面临这一问题时往往加大沥青混合料的拌和温度，以期沥青混合料运输至现场时压实温度能够满足要求，但这将带来另外的问题是过高的拌和温度不仅消耗大量的能源，还将导致沥青材料的老化。无论是压实度不足，还是沥青材料过度老化，都将大大折损路面的使用寿命。

近年来温拌技术不断发展，该技术可有效降低沥青混合料施工温度20～30℃，降低能源消耗和粉尘排放。这与我国公路建设向资源节约型方向发展的理念相符，所以温拌技术应用于沥青混合料的生产对于我国公路建设可持续发展具有重要意义[1]。同时温拌技术将有效降低沥青混合料的压实温度，在我省有较大的应用前景。

Sasobit作为一种环保型温拌材料，是一种在广泛使用的温拌材料。鉴于此，本文首先基于碾压实验和空隙率试验确定了Sasobit对SBS改性沥青混合料压实温度区间，其次采用车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验分别比较了Sasobit温拌剂添加前后的SBS改性沥青混合料的路用性能。研究结论可为Sasobit改性和SBS改性复合改性技术在工程中应用的可行性提供试验依据，能够解决拌合站距离施工现场运输距离较远带来的压实问题。

2 原材料

（1）SBS 改性沥青

SBS改性沥青技术性能见表1。

（2）Sasobit温拌剂

本研究所使用的Sasobit温拌剂见图1。Sasobit一种固体蜡，属于高碳数脂肪烃类，呈白色或者淡黄色的固体小颗粒状。Sasobit使用过程采用干法或湿法工艺均可，本研究中采用干法工艺制备温拌沥青混合料，即先将预热至指定温度的集料加入拌锅中，然后同时加入沥青混合料质量0.1%的Sasobit与一定温度的沥青粘结剂，拌合90s后，添加矿粉，再次拌合90s。

Sasobit的凝结温度大约为102℃ ，当沥青温度超过120℃时，会完全溶解于沥青中，降低沥青粘结剂的粘度，增加沥青混合料的和易性，从而降低沥青混合料的拌合与压实温度。

（3）矿料

集料为石灰岩碎石和机制砂，矿粉由石灰岩磨细而成，矿料级配为AC-13型。矿料密度实验结果见表2，合成级配曲线如图2所示。

表1 SBS改性沥青性能试验结果

图1 Sasobit温拌剂

图2 AC-13矿料级配曲线图

表2 矿料密度试验结果

3 试验方法

（1）碾压试验

碾压试验是按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》规定的标准轮碾成型方法在不同温度下压实两种改性沥青混合料，并测试不同压实温度下两种改性沥青混合料的对应空隙率。由于两种沥青混合料的级配、油石比等指标均相同，以SBS改性沥青混合料常用压实温度下的空隙率为基准，确定Sasobit复配SBS改性沥青混合料的压实温度。该方法的原理是为达到相同的压实效果（由空隙率表征），在确保压实功相同的前提下（碾压试验中碾压次数相同），不同沥青混合料的所需压实温度有所不同[2]。

具体方法是将拌合好的沥青混合料装填入标准车辙板模具（30cm×30cm×5cm），车辙板模具放置在轮碾仪上进行碾压，先在一个方向预压2个来回，再调换方向，分别在两个方向均碾压7个来回。碾压成型冷却48h后，对每块车辙板进行钻芯，测试4个芯样水中重和表干质量，用电扇对芯样进行24h风干，测试芯样干燥质量。计算各个芯样的相对毛体积密度和空隙率。

（2）车辙试验

车辙试验是我国评价沥青混合料高温稳定性最常用的试验方法，本文按照《公路工程沥青及沥青与沥青混合料试验规程》（JTG E-2011）T0719－2011 规定的方法对SBS改性沥青混合料和Sasobit复合SBS改性沥青混合料进行车辙实验得到永久变形量和动稳定度。

（3）低温弯曲试验

本研究采用电液伺服万能材料机MTS在-10℃下对两种混合料进行弯曲试验，根据试件在破坏时刻的荷载和跨中挠度按照《公路工程沥青及沥青与沥青混合料试验规程》（JTG E-2011）中的公式计算小梁的弯拉强度σ0和破坏应变ε0。目前我国低温性能评价体系中主要采用破坏应变ε0评价混合料的低温抗裂性能，但部分学者认为该指标仅考虑了混合料在低温下的变形能力，而忽略了抗拉强度的贡献[4-5]。近年来基于能量角度，综合变形和强度两个指标的应变能密度W指标逐渐应用于混合料的低温性能评价。其计算方法为根据小梁试件的σ-ε曲线，得出峰值荷载之前曲线的包络面积（见图3）。

图3 小梁弯拉实验应力应变曲线示意图

（4）冻融劈裂试验

路面水经由沥青混合料空隙或裂缝进入铺装层内部后，在车轮动态荷载的作用下，侵入到沥青与矿料的界面，导致沥青与矿料之间的黏附破坏，致使沥青混合料松散、掉粒，最终形成铺装层的坑槽、坑洞等现象。水稳定性是沥青混合料一项重要路用性能。本研究采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中冻融劈裂试验（T 0729-2000）来评价沥青混合料水稳定性。

4 试验结果与分析

4.1 碾压试验和空隙率试验结果

Sasobit复合SBS改性沥青混合料压实温度分别为115℃、130℃、145℃、160℃，SBS改性沥青混合料压实温度分别为 130℃、145℃、160℃、175℃。不同温度下碾压成型试件的空隙率结果见图4。从上图可以看出两种沥青混合料的空隙率随压实温度升高，空隙率逐渐降低。应用统计学方法发现空隙率与温度具有二次函数关系，相关系数达到0.99以上，拟合回归得到函数曲线见图4。规范中规定SBS沥青混合料的压实温度一般在150～160℃，对应到图4中SBS改性沥青混合料压实温度的空隙率为4.42%～4.94%，按照等空隙率原则，代入回归方程中计算得到高模量沥青混合料合适的压实温度为133～142℃。可见Sasobit温拌添加剂使SBS改性沥青混合料的压实温度降低20℃左右，可增加沥青混合料有效压实工作时间。

图4 沥青混合料空隙率-压实温度关系曲线

4.2 路用性能试验结果

车辙试验结果见表3。从表中可以看出，相比SBS改性沥青混合料，Sasobit复合SBS改性沥青混合料的永久变形值降低了18.9%，动稳定度值增加了13.6%，结果显示Sasobit温拌添加剂增强了沥青混合料高温抗车辙性能。这是由于环境温度下低于熔点时，Sasobit会在沥青粘结剂中形成结晶的网状结构，增加沥青的稳定性，从而提高沥青混合料高温性能。

沥青混合料低温弯曲试验结果如表4所示。从表4中可以看出，两种沥青混合料弯拉强度指标并没有明显差异，但沥青SBS改性沥青混合料破坏应变和应变能密度显著大于Sasobit复合SBS改性沥青混合料。说明了从变形角度和能量角度进行判定时，SBS沥青中加入Sasobit后会对沥青混合料的低温性能产生不利影响。目前我国规范中对低温性能评价指标破坏应变有给定的标准值，对于冬冷区、冬温区要求达到2500微应变，对于冬寒区要求达到2800微应变，对于冬严寒区要求达到3000微应变，所以Sasobit复合SBS改性沥青混合料的低温性能虽然相对有削弱，但能够满足我国各个气候分区。尤其对于福建省低温环境并不严苛的应用工况，其低温性能足够满足使用要求。