溫拌瀝青膠漿流變性能研究

何俊輝，趙艷納

(廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530021)

溫拌瀝青膠漿流變性能研究

何俊輝，趙艷納

(廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530021)

文章通過動態剪切流變試驗，分析了投料順序、溫拌劑類型與摻量以及粉膠比對溫拌瀝青膠漿流變性能的影響。結果表明：礦粉與溫拌劑的添加順序對溫拌瀝青膠漿的流變性能基本沒有影響；SBS改性瀝青在一定溫度范圍內表現出與基質瀝青相反的粘彈性規律；Sasobit溫拌劑增加了溫拌瀝青膠漿彈性成分比例，且不同摻量對膠漿流變性能影響不大，3G溫拌劑則對膠漿流變性能影響較小；隨著粉膠比的增大，溫拌瀝青膠漿的高溫性能與感溫性能得到改善。

瀝青膠漿；溫拌瀝青；流變性能；影響因素

0 引言

溫拌瀝青技術可有效減少施工過程中煙氣排放及單位能耗，顯著緩解施工期瀝青的老化，因此溫拌瀝青技術近年來備受道路工程界關注。國內外很多學者對溫拌瀝青與溫拌瀝青混合料進行了廣泛研究：李銳鐸等對溫拌瀝青感溫性能及其評價指標進行了研究；王鵬等對摻DAT添加劑的溫拌瀝青拌和溫度進行了研究；胡項禹對KSH溫拌改性瀝青膠結料性能進行了研究；左鋒等對國外溫拌瀝青混合料技術與性能評價進行了編譯匯總；孔令云等基于表面自由能理論對Sasobit溫拌瀝青混合料劈裂強度機理進行了研究；魏建國等研究了溫拌瀝青混合料施工溫度的確定方法。綜合表明，目前國內外對溫拌瀝青及瀝青混合料性能指標與路用性能進行了廣泛研究，但對于溫拌瀝青膠漿性能的研究稍顯缺乏。 為此，本文通過動態剪切流變試驗，著重探討了溫拌瀝青膠漿流變性能及其影響因素，為溫拌瀝青技術的推廣提供理論指導。

1 原材料

1.1 瀝青

采用青島安邦路法有限公司70#瀝青與SBS改性瀝青，具體技術指標見表1～2。

表1 70#瀝青技術指標表

表2 SBS改性瀝青技術指標表

1.2 溫拌劑

溫拌劑采用Sasobit、3G兩種添加劑。其中Sasobit為南非Sasobit-Wax公司生產，其技術指標為：25 ℃時密度為0.94g/cm3，135 ℃時黏度為0.012Pa·s，凝固點為100 ℃，閃點約為290 ℃；Evotherm3G為美德維實偉克公司生產，其技術指標為：25 ℃時密度為0.999 7g/cm3，25 ℃時導熱性為2.2μs/cm，介電常數為2～10。

2 膠漿流變性能影響因素

瀝青膠漿是由瀝青、填料組成的混合體，膠漿在瀝青混合料中所占比例雖然不大，但其在瀝青混凝土中不僅起粘結作用，還起填充粗細集料空隙的作用，對路面性能有著十分重要的影響，因此有必要對瀝青膠漿性能進行研究。動態剪切流變儀(DSR)作為美國SHRP計劃開發的可以表征瀝青及瀝青膠漿粘彈特性儀器，能夠利用測定的復數剪切模量G*和相位角δ對瀝青膠漿流變性能進行評價。本文利用DSR試驗研究溫拌瀝青膠漿的流變性能，依次探討了投料順序、溫拌劑類型、摻量以及粉膠比對溫拌瀝青膠漿流變性能的影響。

2.1 投料順序對膠漿流變性能的影響

由于溫拌瀝青膠漿的制備需往瀝青中加入溫拌劑和礦粉兩種添加劑，而不同制備工藝將直接影響制備物的性能。為研究兩種添加劑不同添加順序對膠漿性能的影響，取同樣摻量溫拌劑和礦粉按不同投料順序制備瀝青膠漿，其中Sasobit、3G推薦摻量、粉膠比分別為4%、0.6%、1.2。試驗通過動態剪切流變儀研究投料順序對膠漿流變性能的影響。

動態剪切流變試驗相位角δ和抗車轍因子G*/sinδ的測試結果如圖1～2所示。其中，A、B分別表示70#瀝青、SBS改性瀝青，S-4表示摻4%的Sasobit，G-0.6表示摻0.6%的3G溫拌劑，帶小數點數表示粉膠比，書寫順序表示投料順序，下同。

本文通過多種渠道搜集數據，估計了回歸式產業轉移相關指標對區域經濟增長的影響，也考量了制度資本參與下其對區域經濟增長的影響。研究發現：從總體上講，所選年齡、學歷、回歸前想從事行業、回歸后從事行業這些變量對區域經濟增長都有著較好的解釋作用，因此表明回歸式產業轉移是落后、欠發達地區促進本地區經濟增長的非常有效的產業轉移模式。另外，制度資本變量能改善模型的變量解釋能力，能縮小城鄉收入差距，學歷變量會縮小城鄉收入差距。

由圖1可知：投料順序對溫拌瀝青膠漿的相位角δ基本沒有變化，即對溫拌瀝青膠漿粘彈比例無影響。對比不同溫拌劑對δ值影響可知，3G溫拌瀝青膠漿較Sasobit溫拌瀝青膠漿δ值大，即Sasobit溫拌瀝青膠漿較3G溫拌瀝青膠漿彈性成分比例大，3G溫拌瀝青膠漿較Sasobit溫拌瀝青膠漿黏性成分大。主要是由于Sasobit為蠟性溫拌劑，熔點約為99 ℃，低于此溫度時Sasobit由熔融狀態轉變為半固體狀態，彈性增強，塑性降低，進而引起δ值降低。

對比基質瀝青與SBS改性瀝青δ值可知，改性瀝青δ值明顯小于基質瀝青，表明改性瀝青彈性成分明顯多于基質瀝青，這是由于摻入了彈性和韌性較好的SBS改性劑的結果。而升高溫度，兩者表現出不同的粘彈變化規律，主要是在該溫度范圍內改性劑與瀝青互熔后溫度越高改性劑對粘彈性起主導作用越強的結果。由于改性劑熔點較高，升溫初期瀝青彈性成分降低、黏性成分增強，改性劑與瀝青混熔越發充分，此時改性劑性質占據主導地位，因此在一定溫度范圍內表現為δ值減小。而當溫度升高(圖示為80 ℃)，瀝青熔化充分，瀝青性質占主導作用，此時表現為δ值增大，即改性瀝青黏性成分增加。

圖1 投料順序對溫拌瀝青膠漿δ的影響示意圖

δ值反映的僅僅為瀝青膠漿中粘彈比例的相對大小，要想深入研究投料順序對膠漿性能的影響，還需對與路用性能關系密切的車轍因子(G*/sinδ)進行分析，如圖2所示。

車轍因子G*/sinδ可以表征瀝青材料的抗永久變形能力，反映了瀝青膠漿的高溫性能。由圖2可知，隨著溫度的升高，膠漿G*/sinδ值減小，即溫度的升高降低了溫拌瀝青膠漿的高溫性能，且不同溫拌劑對膠漿高溫性能影響不大。對比基質瀝青與改性瀝青車轍因子可知，改性瀝青膠漿車轍因子稍大于基質瀝青膠漿，表明SBS改性劑對膠漿高溫性能具有改善作用。

圖2 投料順序對溫拌瀝青膠漿G*/sinδ的影響示意圖

2.2 不同溫拌劑對膠漿高溫性能的影響

研究表明，瀝青對路面抗車轍的貢獻占至少29%，而瀝青混合料中發揮主導作用的實際為瀝青膠漿。相比瀝青高溫性能而言，研究者對瀝青膠漿高溫性能研究較少，為了研究溫拌劑對瀝青膠漿高溫性能的影響，現采用動態剪切流變實驗車轍因子對溫拌瀝青膠漿進行評價。試驗溫度65 ℃，測試結果如下頁圖3所示。

由圖3可知，不同溫拌劑對瀝青高溫性能的影響差異較大，且不同類型瀝青高溫性能差距明顯。其中Sasobit溫拌瀝青G*/sinδ值約為3G溫拌瀝青值的200%，且Sasobit溫拌改性瀝青G*/sinδ值也明顯大于3G溫拌改性瀝青值。這是由于Sasobit的摻入增加了瀝青彈性成分比例，使在該溫度下的瀝青高溫性能得到改善。而SBS改性劑的摻入極大地增強了瀝青力學性能，使改性瀝青高溫性能顯著優于基質瀝青。

圖3 溫拌劑類型對溫拌瀝青膠漿高溫性能的影響柱形圖

分析膠漿G*/sinδ值可知，礦粉的摻入顯著提高了瀝青高溫性能，同時Sasobit使膠漿高溫性能得到提高，3G溫拌劑使膠漿高溫性能稍有降低。由圖3可知，摻入礦粉后Sasobit溫拌瀝青與3G溫拌瀝青的G*/sinδ值均提升2倍以上，且改性溫拌瀝青提升效果更加顯著，均達到6倍以上。這是由于礦粉或SBS改性劑摻入后與瀝青發生物化反應，增大了結構瀝青的比例，增強了瀝青膠漿的粘滯性，從而使瀝青高溫性能得到改善。

2.3 溫拌劑摻量對膠漿性能的影響

由以上分析可知，推薦摻量下Sasobit溫拌瀝青膠漿高溫性能以及對于膠漿粘彈比例的改善效果明顯優于3G溫拌劑，為此對不同摻量Sasobit對膠漿性能的影響進行深入探討。采用動態剪切流變試驗，瀝青為70#瀝青，粉膠比取1.2，試驗溫度范圍為20 ℃～90 ℃，測試結果如圖4所示。分析可知，不同摻量Sasobit對瀝青膠漿粘彈比例幾乎沒有影響，相位角變化曲線幾近重合，均隨著溫度升高而降低，表明溫度升高膠漿彈性成分比例增加，黏性成分比例減少。比較G*值可知，當摻量為3%時G*值較大，由G*與G*/sinδ具有相似規律可知，該摻量范圍內膠漿高溫性能最優、抗車

轍性能相對較強，這與以往研究結論一致。

圖4 不同摻量Sasobit對G*和δ的影響示意圖

2.4 粉膠比對膠漿感溫性能的影響

膠漿則作為決定瀝青混合料高、低溫性能的關鍵因素，在瀝青混合料中具有重要作用，而作為主要成分的礦粉對膠漿中結構瀝青的形成具有顯著影響。在瀝青混合料中，瀝青與礦粉產生劇烈物理化學作用后，一起抵抗車轍變形作用，因此有必要對礦粉含量即粉膠比對膠漿性能的影響作進一步探討。采用動態剪切流變試驗，瀝青選取70#瀝青、SBS改性瀝青，Sasobit摻量為4%，試驗溫度選取65 ℃、77 ℃、85 ℃三個溫度，粉膠比范圍為0.6～1.4，G*/sinδ值測試結果如表3所示。

表3 Sasobit溫拌瀝青膠漿G*/sinδ值表

分析表3，發現溫度和抗車轍因子之間的關系可簡化為如下關系式：

G*/sinδ=KT+C

(1)

式中，G*/sinδ——抗車轍因子；T——溫度；K、C——回歸系數。

K為一次方程斜率，其絕對值|K|的大小可以反映膠漿感溫性能的強弱。|K|值越大，表明溫拌瀝青膠漿感溫性能越強。現將表3數據利用式(1)匯總出相關參數列于表4。

表4 溫度與G*/sinδ值的回歸結果表

由表4可知，回歸方程相關系數R2均>0.9，表明該方程能夠很好地表征G*/sinδ與T之間的相關關系。由K均為負值可知，G*/sinδ值隨溫度T的升高而降低。為清晰表示不同粉膠比對膠漿感溫性能的影響，現將|K|值匯總見圖5。

分析可知，溫拌瀝青膠漿感溫性能隨著粉膠比的增加而增強，且不同瀝青感溫性能存在明顯差異。兩種瀝青膠漿隨著粉膠比的增大感溫性能逐漸增強，粉膠比從0.6到1.4，基質瀝青膠漿|K|值增長約60%、SBS改性瀝青增長至原來的3倍多。這是由于在該粉膠比范圍內礦粉的增加促進了膠漿結構瀝青的形成比例，改善了膠漿性質，進而改善了膠漿感溫性能。這也進一步證明了規范規定的0.6～1.4的粉膠比范圍是合適的。同時，相對于70#瀝青，SBS改性瀝青|K|值隨粉膠比增大增幅更加明顯且|K|值均遠大于基質瀝青。這是由于SBS加入到基質瀝青后在高速剪切作用下分散成微米級的小顆粒，比表面積增大，瀝青中的小分子對其產生溶脹與增塑作用，使得原基質瀝青的膠體結構發生改變，改善了膠漿感溫性能、增強了瀝青容納礦粉的能力。

圖5 粉膠比與|K|的關系柱形圖

2.5 粉膠比對膠漿高溫性能的影響

分析表3可以發現，粉膠比與G*/sinδ值存在如下關系式：

G*/sinδ=AeB*(FB)

(2)

式中，A、B——回歸參數；FB——粉膠比。

回歸系數如表5所示。

表5 粉膠比與G*/sinδ值的回歸系數結果表

由表5可知，各回歸方程相關系數R2值均較大，其中改性瀝青R2值達到0.98，這表明回歸方程能夠很好地描述粉膠比和G*/sinδ之間的相關關系，該方程具有一定的實際意義。分析方程回歸參數可知，B均為正數，表明G*/sinδ值隨著粉膠比的增大而增大，即粉膠比在0.6～1.4范圍內膠漿高溫性能隨著粉膠比的增大而增強。且隨著溫度升高參數A、B值均增大，表明一定范圍內升高溫度膠漿感溫性能增強。且SBS改性瀝青A、B值均大于同溫度下基質瀝青，表明改性瀝青感溫性能明顯優于基質瀝青，SBS改性劑的摻入極大改善了膠漿感溫性能與高溫性能。

3 結語

(1)溫拌瀝青膠漿制備過程中，溫拌劑與礦粉的投料順序對膠漿流變性能沒有影響，Sasobit與3G兩種溫拌劑可在膠漿制備過程中隨時按需摻入。

(2)Sasobit溫拌劑摻入后可在瀝青或瀝青膠漿內形成蠟質空間網狀結構，在低于其熔點99 ℃的溫度范圍內可以提高瀝青或膠漿彈性成分比例，而3G溫拌劑則對其影響較小。同時兩類溫拌劑對瀝青膠漿高溫性能影響差異不大。

(3)30 ℃～90 ℃溫度范圍內，基質瀝青彈性成分比例隨溫度升高而降低；而SBS改性瀝青則呈現相反的粘彈性規律。這是由于在該溫度范圍內摻入的高熔點SBS改性劑對膠漿粘彈性起主導作用，且主導作用隨溫度升高而加強，導致瀝青膠漿彈性成分比例升高、黏性成分比例降低。

(4)Sasobit溫拌劑摻量變化對瀝青膠漿粘彈成分比例幾無影響，且在摻量為3%時較其它摻量下瀝青膠漿高溫性能好，但高溫性能改善幅度并不明顯。

(5)瀝青膠漿高溫性能與感溫性能均隨粉膠比的增大而加強，且SBS改性瀝青膠漿高溫性能與感溫性能明顯優于基質瀝青，同時改性瀝青高溫性能隨溫度增幅顯著高于基質瀝青。

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[3]王 鵬，黃衛東.采用DAT添加劑的溫拌瀝青拌和溫度[J].長沙理工大學學報(自然科學版)，2010(2)：12-18.

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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

何俊輝，碩士研究生，工程師，主要從事高速公路建設管理與科研工作。