不同摻量Sasobit溫拌劑對瀝青結合料的改性作用

朱凱

（廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 廣州 510660）

當前，瀝青混凝土路面因其減震降噪、行車舒適和養護方便等優點在我國高等級路面中大規模應用，但傳統的瀝青路面鋪筑需要保證較高的混合料拌和及壓實溫度，這不僅對施工單位的技術水平和素質提高了要求，同時也為資源節約、環境保護和施工人員健康帶來了巨大困擾。針對以上問題，國內外相繼研發出溫拌瀝青路面（WMA）以降低瀝青路面的施工溫度，其主要方式是使用添加溫拌劑的改性瀝青來實現混合料的低溫壓實[1]。隨著科學技術水平的提高，目前市面上存在的溫拌劑種類繁多，其中最具有代表性的是德國Sasol Wax公司生產的有機降黏型溫拌劑Sasobit，其在高溫下能以油分的方式熔解于瀝青中，起到較好的降黏效果[2]。

大量試驗證明Sasobit能有效降低瀝青的黏度，保證瀝青在相對低溫下仍能保持較好的和易性，但不同摻量的Sasobit對瀝青的性能影響不一，如何在瀝青降黏效果和常規技術性能之間取得較好平衡仍需要進一步分析研究。為此，本文選取不同摻量的Sasobit融入基質瀝青，分析研究了不同Sasobit摻量對瀝青性能的變化影響，以期找到相對適宜的Sasobit溫拌劑用量。

一、試驗

（一）試驗材料

1.瀝青

選用70#基質瀝青，其性能如表1所示。

表1 70#基質瀝青技術性能

2.溫拌劑

選用的Sasobit溫拌劑基本技術性能如表2所示。

表2 Sasobit技術指標

（二）試驗方案

利用高速剪切機制作溫拌改性瀝青，制備時應避免瀝青發生老化，成品應均勻、無顆粒感。

制備程序：利用烘箱，將基質瀝青加熱至160℃；放入一定質量的Sasobit，攪拌均勻；將攪拌好的瀝青放至已控溫至160℃±10℃的油浴鍋中，剪切機轉速調至3000r/min，剪切5分鐘后，提高轉速至5000r/min，穩定剪切40min；將瀝青放入160℃的烘箱中，發育1h。

分別選取2%、2.5%、3%、和3.5%Sasobit用量制成的溫拌瀝青，做常規物理性能試驗、黏度試驗和降溫效果評價，綜合比較Sasobit對瀝青性能的影響。

二、試驗結果分析

（一）對基質瀝青常規性能的影響

對溫拌瀝青做三大指標試驗，結果如圖1～圖3所示。

圖1 針入度

圖2 軟化點

圖3 15℃下的延度

如圖1所示，Sasobit的加入降低了瀝青針入度，具體來看，當Sasobit摻量為2%時，瀝青針入度下降至4.35mm，下降幅度為34.4%，當Sasobit摻量提升至3.5%時，瀝青針入度數值為3.88mm，降幅擴大至44.5%，但增速有所放緩。原因在于Sasobit由微晶蠟構成，其化學式為CnH2n+2，在25℃的試驗溫度下，宏觀狀態上微晶蠟能夠以彈性固態存在于瀝青之中，微觀狀態上能夠在瀝青中形成一種晶體的網狀結構，使得瀝青稠度和硬度都得到提升，表現為針入度減小。從數據可以看到，Sasobit摻量在2%以前，每1%的增量，可使針入度減小1.14mm，而超過2%之后，每1%的增量，使得瀝青針入度減小0.313mm，這是因為當Sasobit摻量在0%～2%左右時，瀝青中的蠟的網狀結構正在加速形成，針入度減小明顯，而當摻量超過2%后，網狀體搭接接近完成，針入度降幅速度開始放緩。

由圖2可知，瀝青軟化點隨Sasobit摻量的提高而增大，當溫拌劑從2%增長到3.5%時，瀝青的軟化點從66.2℃上升至88.7℃，相對于原有的基質瀝青，增長幅度分別為35.1%和81%，提高幅度明顯。究其原因在于，Sasobit的加入使得瀝青中的4組分比例發生了變化，合成蠟使得瀝青重質組分增加，輕質組分比例相對減少，瀝青變硬，高溫性能提高。同時，通過高速剪切，Sasobit能夠在瀝青中形成均勻穩定的網狀分子結構，且Sasobit構成材料也具有比基質瀝青更高的熔點，這些因素共同提高了溫拌瀝青的軟化點數值，表現出整體更好的高溫穩定性。

由圖3可知，Sasobit摻量的提高導致瀝青延度受損嚴重。當溫拌劑從0%提升到3.5%時，瀝青的延度從1142.2mm下降至452.8mm，相比基質瀝青下降幅度達到81.0%。分析原因在于，低溫環境下Sasobit中的晶體蠟結構呈現固體狀態，其不斷搭接纏繞阻礙了基質瀝青的分子運動，從而降低了瀝青的流動性和延展性，瀝青表現出脆性性質。應該選取合適的Sasobit摻量，降低溫拌劑對瀝青延度的不利影響。

（二）對瀝青黏度影響

布氏黏度是評價瀝青流變性能的重要指標，與施工現場的拌和溫度、壓實溫度緊密相關，對基質瀝青和4種溫拌瀝青進行布氏黏度測試，并根據常規經驗選取黏度為0.17±0.02 pa·s所對應的溫度為瀝青拌和溫度，選取黏度為0.28±0.02 pa·s對應的溫度為瀝青壓實溫度，試驗結果如表3和圖4所示。

圖4 溫拌改性瀝青的黏溫曲線

表3 Sasobit溫拌改性瀝青布氏黏度

由圖4可知，隨著溫度的提高，瀝青的黏度下降明顯，這是因為瀝青是典型的感溫型材料，溫度升高，瀝青由彈性向彈塑性轉變，流動性增大。從Sasobit摻量對瀝青黏度的影響來看，兩者具有較為明顯的線性關系，Sasobit摻量的不斷提高，瀝青的黏度也在不斷降低。溫度為120℃時，3.5%摻量Sasobit溫拌瀝青布氏黏度為0.811pa·s，相對基質瀝青降幅達26.3%，135℃和150℃下的黏度為0.349pa·s和0.135pa·s，降幅分別為27.3%和60.9%，這也說明溫度對溫拌劑的降黏效果也具有較大的正面影響。從壓實溫度來看，基質瀝青在150℃左右剛好能夠滿足壓實要求，而其他幾種溫拌瀝青則集中于137℃～142℃區間，壓實溫度下降8℃～15℃。從拌和溫度來看，在120℃～150℃的溫度區間內，基質瀝青并沒有合適的拌和溫度，都不能滿足施工和易性要求，根據黏溫曲線擬合公式和拌和經驗來看基質瀝青的拌和溫度在165℃上下，而3%摻量的溫拌瀝青，拌和溫度只有145℃左右，相比基質瀝青下降差值達到20℃，能夠較好滿足的瀝青的溫拌要求，降低施工溫度。

三、結語

Sasobit溫拌劑的添加降低了瀝青的針入度和延度，瀝青稠度增大，并表現出一定的脆性，瀝青低溫性能損失嚴重，不宜使用較高的Sasobit用量。

得益于合成蠟的材料構成，Sasobit能夠在瀝青中形成均勻的網狀分子結構，溫拌瀝青在微觀上重質組分增多，輕質組分比例相對減少，瀝青軟化點提高，高溫穩定性得到增強。

黏溫曲線表明，Sasobit溫拌劑摻量提高，瀝青的拌和和壓實溫度相應降低，在所選的溫拌劑摻量范圍內，瀝青壓實溫度能夠下降10℃～15℃，拌和溫度能夠下降15℃～30℃。當Sasobit的摻量為3%時，溫拌瀝青實際拌和溫度在145℃上下，相比基質瀝青下降20℃，這表明3%的Sasobit溫拌瀝青在保證瀝青常規性能和施工和易性同時，起到了較好的溫拌效果，推薦其作為Sasobit溫拌瀝青的使用摻量。