Sasobit在SMA瀝青混合料中的應用研究

姚城熙，徐波，于新

（河海大學土木與交通學院，江蘇南京210098）

Sasobit在SMA瀝青混合料中的應用研究

姚城熙，徐波，于新

（河海大學土木與交通學院，江蘇南京210098）

通過新型的試驗方法對比室內制作的SMA-13和在不同壓實溫度條件下成型的摻入3%的Sasobit溫拌劑下的SMA-13馬歇爾試件的一系列體積指標，確定摻入Sasobit溫拌劑下SMA-13的室內最佳壓實溫度范圍，進而確定現場攤鋪溫度為140℃左右；通過比較兩種不同混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩性能，試驗結表明：摻入3%的Sasobit溫拌劑的SMA-13混合料高溫性能優于普通的SMA-13混合料，低溫與水穩性能略低于普通的SMA-13混合料。

Sasobit；高溫性能；低溫性能；水穩性能

當今世界，經濟的快速發展，社會文明化程度愈來愈高，人們在改造自然界的同時出現了一些前所未有的危機，比如說能源危機、環境污染、溫室效應等。傳統的熱拌SMA混合料雖然應用廣泛，路面性能優越，技術也十分成熟，但是帶來一系列問題，例如鋪筑SMA路面時溫度很高引起能源浪費、CO2排放過多造成城市的“熱島效應”顯著以及膠結料粘度過高不好壓實攤鋪。因此將溫拌技術［1］應用到SMA路面材料攤鋪中很有必要，它不僅將原來瀝青混合料的施工溫度降低20～30℃，減少了污染和熱能浪費，而且其高溫性能遠遠優于熱拌SMA混合料，特別是在冬季施工時降溫比較快時能延遲混合料固結時間，保證壓實度，既環保又經濟。

1 Sasobit溫拌機理及混合料配合比設計

1.1 Sasobit溫拌機理

Sasobit溫拌劑［2］是SASOL-WAX公司研發部門開發的新型改性劑，是一種長鏈脂肪族烴，被稱為FT固體石蠟，以白色薄片、淡黃色小顆粒或粉末的形式存在。Sasobit溫拌降粘機理與Sasobit的物理化學性質有關，一般Sasobit的熔點只有100℃左右，當路面攤鋪溫度高于它的熔點時，小顆粒此時就會融化成液體狀態，起到潤滑的作用［3-4］，它能夠吸附瀝青中與它結構相近似的飽和組分，形成穩定溶液而不離析，更好的溶解瀝青中的瀝青質，從而降低瀝青粘度；低于熔點時，在瀝青中形成一種晶體網狀結構，包裹瀝青中的飽和分，保證瀝青飽和分溶劑的穩定性，增加瀝青的流動性，提高瀝青低溫粘度。從而達到降低混合料施工溫度，減少低溫施工難度，實現溫拌化。

1.2 溫拌SMA-13的制備過程

瀝青采用的是江蘇保利SBS改性瀝青，集料采用的是鎮江茅迪的玄武巖集料，南通創新的礦粉，外摻劑為東臺市道康建材的木質素纖維、Sasobit溫拌劑。首先將集料（含礦粉）與SBS改性瀝青放在烘箱內加熱保溫1h以上，從烘箱中取出一定比例的集料（含礦粉）放入攪拌鍋內，攪拌50～60 s，再將一定的比例的熱瀝青、Sasobit和木質纖維，攪拌90～120 s。攪拌結束后需要放入烘箱內重新保溫加熱0.5～1 h，然后對混合料進行試件成型，為了Sasobit溫拌劑更加均勻分布于瀝青混合料中，在混合料性能試驗中把攪拌時間延長至150 s。

1.3 混合料配合比設計

瀝青采用的是江蘇保利SBS改性瀝青，集料采用的是鎮江茅迪的玄武巖集料，礦粉為南通創新礦粉，外摻劑為東臺市道康建材的0.4%木質素纖維、3%的Sasobit溫拌劑，其技術指標均滿足規范的要求。按體積設計方法進行SMA-13混合料的配合比設計［5］，首先初選礦料（含礦粉）A、B、C 3種級配，3種集料混合物的級配篩分如表1所示，初選6.25%的油石比，雙面各擊實75次制作馬歇爾試件，擊實溫度為170℃，成型溫度為160℃，測定VCAmix及VMA等指標，測試結果見表2和表3。

表1 3種級配的設計組成結果Tab.1 Three kinds of gradation design results

表2 VCADRC測試結果Tab.2 VCADRCtest results

表3 初試級配的體積分析Tab.3 Volume analysis of the initial grading

通過對比以上選用的3種集料配比，級配A，B，C均滿足VCAmix小于VCADRC和VMA大于16.5%這兩個條件，為保證一定的浮動范圍，根據經驗一般選用適中的級配B較為適宜。

1.4 確定最佳油石比

按級配B稱取礦料，分別采用6.0%，6.3%，6.6%3種油石比，雙面各擊實75次成型馬歇爾試件，然后將成型的試件檢測馬歇爾體積指標，試驗結果見下表4。根據JTJ E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（以下簡稱規程）要求用謝倫堡析漏試驗和肯特堡飛散試驗檢驗所選油石比混合料的飛散和析漏性能，試驗結果見下表5和表6。

表4 瀝青混合料馬歇爾試驗結果Tab.4 Marshall test results of asphaltmixture

表5 謝倫堡析漏試驗結果Tab.5 Shellen leak test results%

表6 肯特堡飛散試驗結果Tab.6 Kent flying test results %

根據SMA路面設計要求空隙率應控制在3%～4.5%，油石比為6.3%時空隙率為3.94%，其它指標（VMA、VCA、穩定度、飽和度等）也均滿足設計要求。所選油石比6.3%時的析漏試驗和飛散試驗結果均可滿足規范要求，因此選取6.3%為設計油石比。

1.5 確定攤鋪溫度

在前面的基礎上，確定油石比為6.3%的級配B，外摻劑添加0.4%的木質纖維和3%的Sasobit溫拌劑，測定在不同壓實溫度下的馬氏體積指標，如表7。

表7 不同成型溫度溫拌SMA混合料馬歇爾試驗結果Tab.7 The Marshall test results of warmmix SMAmixture at different forming temperatures

對比表4和5可知，摻加Sasobit溫拌劑［6］時，壓實溫度在135度時，空隙率、VMA、VFA等體積指標與熱拌SMA-13瀝青混合料最為接近。所以溫拌瀝青混合料溫度控制在135～145℃時，進行壓實效果最好。室內試驗控制的壓實溫度，相當于現場控制的攤鋪溫度，添加了溫拌劑Sasobit后攤鋪溫度由160℃以上降低到140℃左右。

2 混合料路用性能評價

2.1 高溫穩定性

根據規程［7～8］要求分別制作3組摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13和未摻加Sasobit的SMA-13車轍板，分別制作3組摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13和未摻加Sasobit的SMA-13，在60±1℃，0.7±0.05 MPa條件下進行車轍試驗，試驗開始后50～60min測定動穩定度，檢驗瀝青混合料的高溫穩定性，試驗結果匯總于表8。

表8 車轍試驗動穩定度Tab.8 Rutting test dynamic stability

從上表8兩種混合料平均值對比可知，溫拌SMA-13大幅度提高了動穩定度，說明溫拌SMA-13的高溫抗車轍能力遠遠強于熱拌SMA-13混合料，Sasobit的加入，大大提高了混合料的高溫性能。

2.2 低溫性能

制作Sasobit溫拌劑的車轍板試件，并按要求經輪碾成型后切割成250×35×30mm的小梁試件，跨徑為200mm，分別選取5組摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13和未摻加Sasobit的SMA-13，在-10℃條件下進行低溫彎曲試驗，分別對這5組結果取平均值，試驗結果如下表9所示。

表9 小梁彎曲試驗結果Tab.9 Test results of trabecular bend

根據表9，通過比較兩種混合料的均值，得出在規定溫度和固定的剪切速率下摻加3%Sasobit的溫拌SMA-13的彎曲破壞力學性能低于未摻加Sasobit的SMA-13，摻了3%Sasobit的溫拌SMA-13低溫力學性能低于未摻加Sasobit的SMA-13。

2.3 水穩定性

根據規程要求分別通過浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂試驗模擬路面實際環境，評價混合料的水穩定性。

根據要求分別成型油石比為6.3%的摻3%的Sasobit與不摻Sasobit溫拌劑的標準馬歇爾試件3組，分別計算3組平均值，在非條件（0.5 h）和條件下（48 h）測定其空隙率、馬歇爾穩定度、流值以及殘留穩定度結果見表10。

表10 浸水馬歇爾穩定度試驗結果Tab.10 Test results of immersion Marshall stability

比較表10兩種不同混合料的試驗數據，摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13馬歇爾穩定度都略低于未摻加Sasobit的SMA-13，而流值則呈現相反的趨勢；摻3%的Sasobit的溫拌SMA-13抗水穩性能與不摻Sasobit溫拌劑的SMA-13相當都能滿足規范要求。

凍融劈裂試驗是指在規定的條件下（250C，50mm·min-1）檢測瀝青混合料試件在受到水損害前后劈裂破壞的程度，通過凍融前后的強度比值來評價瀝青混合料的水穩定性能。在試驗時，調節恒溫冰箱的溫度在－180C，分別制作10組兩種SMA-13試件，其中取5組做凍融劈裂試驗，分別計算5組平均值，試驗結果見表11。

表11 凍融劈裂試驗結果Tab.11 Test results of freeze-thaw splitting

根據上表11可以看出摻加Sasobit的溫拌SMA-13的非條件劈裂強度和條件凍融條件下的劈裂強度都要低于未摻加Sasobit的SMA-13，其比值TSR也呈現相同的結果。摻加了Sasobit的溫拌SMA-13抗凍融性能下降，抗水穩定性略有降低，但是幅度不大滿足規范要求。

3 結論

1）通過對比不同室內壓實溫度下熱拌SMA-13和溫拌SMA-13的馬歇爾一系列體積指標，確定了室內溫拌SMA-13的溫度控制在135～145℃時，進行壓實效果最好。室內試驗控制的壓實溫度，相當于現場控制的攤鋪溫度，從而確定了添加了溫拌劑Sasobit后攤鋪一般控制在140℃左右。

2）溫拌SMA-13混合料攤鋪溫度從原來的160℃降到140℃，在保證其他其他性能條件下降溫效果十分明顯。而且在冬季施工條件下適當升高混合料溫度，保證在溫度降低過快的情況下延長施工時效，保證路面壓實度以及施工質量。

3）在高溫性能上，摻3%Sasobit的SMA-13抗車轍能力遠優于未摻Sasobit的SMA-13，遠遠高于標準要求，保證路面的耐久性。

4）在低溫性能上，摻3%Sasobit的SMA-13勁度模量以及破壞應變低于未摻Sasobit的SMA-13，但是還能符合路面性能要求。

5）在水穩定性能上，摻3%Sasobit的SMA-13殘留穩定度較未摻Sasobit的SMA-13略有較低，凍融劈裂強度比降低較多，說明在短期的水損害下摻3%Sasobit的SMA-13強度下降不顯著，經過長期的凍融循環下強度下降明顯，但是仍能滿足路面性能要求。

[1]劉平,周巧英.溫拌材料及溫拌技術國內外發展現狀及展望[J].內江科技,2012,32(11):154-155,161.

[2]瞿翔,陳景雅,王坤.Sasobit對瀝青混合料水穩定性的影響[J].公路與汽運,2013,28(3):104-106.

[3]吳乃明.溫拌劑種類對瀝青混合料性能影響的研究[D].黑龍江:東北林業大學,2013.

[4]吳耀東.降粘劑Sasobit對溫拌瀝青的性能影響與評價[J].北方交通,2012,33(2):7-10.

[5]王坤,陳景雅,王謙,等.DAT與SA溫拌排水瀝青混合料路用性能對比[J].華東交通大學學報,2013,30(3):65-69.

[6]侯曙光.熱拌與溫拌瀝青混合料和易性試驗[J].南京工業大學學報,2011,33(5):36-39.

[7]張業茂,胡光偉,陳小周,等.溫拌SMA瀝青混合料與熱拌SMA瀝青混合料路用性能的對比分析[J].中外公路,2012,32(1):257-260.

[8]中華人民共和國行業標準.JTJ E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京:人民交通出版社,2011.

Research on the Application of Sasobit in SMA Asphalt Mixture

Yao Chengxi,Xu Bo,Yu Xin
(College of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China)

By comparing Marshall specimen of indoor-produced SMA-13mixture and the onemixed with 3%Sa?sobit,this study determines a series of volume indices and themixing and pavement compaction temperature with the added Sasobit.The comparison results of high temperature properties and water stability for two differentmix?tures show that the performance of SMA-13mixture with 3%Sasobit at high temperature is superior to the com?mon SMA-13mixture,while its low temperature properties and water stability are slightly lower.

Sasobit;high temperature properties;water stability

U416.217

A

2014-04-15

姚城熙（1989—），男，碩士研究生，研究方向為道路與鐵道工程；于新（1976—），男，教授，高級工程師，博導，研究方向為道路與鐵道工程。

1005-0523（2014）04-0016-05