不同掺量Sasobit温拌剂对沥青结合料的改性作用

朱凯

（广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 广州 510660）

当前，沥青混凝土路面因其减震降噪、行车舒适和养护方便等优点在我国高等级路面中大规模应用，但传统的沥青路面铺筑需要保证较高的混合料拌和及压实温度，这不仅对施工单位的技术水平和素质提高了要求，同时也为资源节约、环境保护和施工人员健康带来了巨大困扰。针对以上问题，国内外相继研发出温拌沥青路面（WMA）以降低沥青路面的施工温度，其主要方式是使用添加温拌剂的改性沥青来实现混合料的低温压实[1]。随着科学技术水平的提高，目前市面上存在的温拌剂种类繁多，其中最具有代表性的是德国Sasol Wax公司生产的有机降黏型温拌剂Sasobit，其在高温下能以油分的方式熔解于沥青中，起到较好的降黏效果[2]。

大量试验证明Sasobit能有效降低沥青的黏度，保证沥青在相对低温下仍能保持较好的和易性，但不同掺量的Sasobit对沥青的性能影响不一，如何在沥青降黏效果和常规技术性能之间取得较好平衡仍需要进一步分析研究。为此，本文选取不同掺量的Sasobit融入基质沥青，分析研究了不同Sasobit掺量对沥青性能的变化影响，以期找到相对适宜的Sasobit温拌剂用量。

一、试验

（一）试验材料

1.沥青

选用70#基质沥青，其性能如表1所示。

表1 70#基质沥青技术性能

2.温拌剂

选用的Sasobit温拌剂基本技术性能如表2所示。

表2 Sasobit技术指标

（二）试验方案

利用高速剪切机制作温拌改性沥青，制备时应避免沥青发生老化，成品应均匀、无颗粒感。

制备程序：利用烘箱，将基质沥青加热至160℃；放入一定质量的Sasobit，搅拌均匀；将搅拌好的沥青放至已控温至160℃±10℃的油浴锅中，剪切机转速调至3000r/min，剪切5分钟后，提高转速至5000r/min，稳定剪切40min；将沥青放入160℃的烘箱中，发育1h。

分别选取2%、2.5%、3%、和3.5%Sasobit用量制成的温拌沥青，做常规物理性能试验、黏度试验和降温效果评价，综合比较Sasobit对沥青性能的影响。

二、试验结果分析

（一）对基质沥青常规性能的影响

对温拌沥青做三大指标试验，结果如图1～图3所示。

图1 针入度

图2 软化点

图3 15℃下的延度

如图1所示，Sasobit的加入降低了沥青针入度，具体来看，当Sasobit掺量为2%时，沥青针入度下降至4.35mm，下降幅度为34.4%，当Sasobit掺量提升至3.5%时，沥青针入度数值为3.88mm，降幅扩大至44.5%，但增速有所放缓。原因在于Sasobit由微晶蜡构成，其化学式为CnH2n+2，在25℃的试验温度下，宏观状态上微晶蜡能够以弹性固态存在于沥青之中，微观状态上能够在沥青中形成一种晶体的网状结构，使得沥青稠度和硬度都得到提升，表现为针入度减小。从数据可以看到，Sasobit掺量在2%以前，每1%的增量，可使针入度减小1.14mm，而超过2%之后，每1%的增量，使得沥青针入度减小0.313mm，这是因为当Sasobit掺量在0%～2%左右时，沥青中的蜡的网状结构正在加速形成，针入度减小明显，而当掺量超过2%后，网状体搭接接近完成，针入度降幅速度开始放缓。

由图2可知，沥青软化点随Sasobit掺量的提高而增大，当温拌剂从2%增长到3.5%时，沥青的软化点从66.2℃上升至88.7℃，相对于原有的基质沥青，增长幅度分别为35.1%和81%，提高幅度明显。究其原因在于，Sasobit的加入使得沥青中的4组分比例发生了变化，合成蜡使得沥青重质组分增加，轻质组分比例相对减少，沥青变硬，高温性能提高。同时，通过高速剪切，Sasobit能够在沥青中形成均匀稳定的网状分子结构，且Sasobit构成材料也具有比基质沥青更高的熔点，这些因素共同提高了温拌沥青的软化点数值，表现出整体更好的高温稳定性。

由图3可知，Sasobit掺量的提高导致沥青延度受损严重。当温拌剂从0%提升到3.5%时，沥青的延度从1142.2mm下降至452.8mm，相比基质沥青下降幅度达到81.0%。分析原因在于，低温环境下Sasobit中的晶体蜡结构呈现固体状态，其不断搭接缠绕阻碍了基质沥青的分子运动，从而降低了沥青的流动性和延展性，沥青表现出脆性性质。应该选取合适的Sasobit掺量，降低温拌剂对沥青延度的不利影响。

（二）对沥青黏度影响

布氏黏度是评价沥青流变性能的重要指标，与施工现场的拌和温度、压实温度紧密相关，对基质沥青和4种温拌沥青进行布氏黏度测试，并根据常规经验选取黏度为0.17±0.02 pa·s所对应的温度为沥青拌和温度，选取黏度为0.28±0.02 pa·s对应的温度为沥青压实温度，试验结果如表3和图4所示。

图4 温拌改性沥青的黏温曲线

表3 Sasobit温拌改性沥青布氏黏度

由图4可知，随着温度的提高，沥青的黏度下降明显，这是因为沥青是典型的感温型材料，温度升高，沥青由弹性向弹塑性转变，流动性增大。从Sasobit掺量对沥青黏度的影响来看，两者具有较为明显的线性关系，Sasobit掺量的不断提高，沥青的黏度也在不断降低。温度为120℃时，3.5%掺量Sasobit温拌沥青布氏黏度为0.811pa·s，相对基质沥青降幅达26.3%，135℃和150℃下的黏度为0.349pa·s和0.135pa·s，降幅分别为27.3%和60.9%，这也说明温度对温拌剂的降黏效果也具有较大的正面影响。从压实温度来看，基质沥青在150℃左右刚好能够满足压实要求，而其他几种温拌沥青则集中于137℃～142℃区间，压实温度下降8℃～15℃。从拌和温度来看，在120℃～150℃的温度区间内，基质沥青并没有合适的拌和温度，都不能满足施工和易性要求，根据黏温曲线拟合公式和拌和经验来看基质沥青的拌和温度在165℃上下，而3%掺量的温拌沥青，拌和温度只有145℃左右，相比基质沥青下降差值达到20℃，能够较好满足的沥青的温拌要求，降低施工温度。

三、结语

Sasobit温拌剂的添加降低了沥青的针入度和延度，沥青稠度增大，并表现出一定的脆性，沥青低温性能损失严重，不宜使用较高的Sasobit用量。

得益于合成蜡的材料构成，Sasobit能够在沥青中形成均匀的网状分子结构，温拌沥青在微观上重质组分增多，轻质组分比例相对减少，沥青软化点提高，高温稳定性得到增强。

黏温曲线表明，Sasobit温拌剂掺量提高，沥青的拌和和压实温度相应降低，在所选的温拌剂掺量范围内，沥青压实温度能够下降10℃～15℃，拌和温度能够下降15℃～30℃。当Sasobit的掺量为3%时，温拌沥青实际拌和温度在145℃上下，相比基质沥青下降20℃，这表明3%的Sasobit温拌沥青在保证沥青常规性能和施工和易性同时，起到了较好的温拌效果，推荐其作为Sasobit温拌沥青的使用掺量。