Sasobit改性沥青及其混合料性能试验研究

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公路交通技术2013年4月第2期TechnologyofHighwayandTransportApr．2013No．2Sasobit改性沥青及其混合料性能试验研究石庆凡，熊宗奇(重庆桥都桥梁技术有限公司，重庆400074)摘要：随着我国高等级公路建设的发展，路面铺装普遍使用改性沥青。掺SBS、PE、SBR等改性剂的改性沥青其施if-温度高，而高温条件下沥青释放的有害物质会对环境造成危害。降粘沥青是一种节能环保型路面新材料，试验表明，掺3％Sasobit改性剂的降粘沥青，当其工作温度降低约20时，其具有与普通热拌沥青混合料相同甚至更好的路用性能。此外，拌和温度和压实温度降低，使施工成本、环境友好度都得到改善。关键词：沥青混合料；改性沥青；降粘沥青；Sasobit文章编号：1009—6477(2013)02—0032—05中图分类号：U416．217文献标识码：AExperimentalResearchonPerformanceofSasobitModifiedAsphaltanditsMixturesSHIQingfan，XIONGZongqiAbstract：Withdevelopmentofconstructionofournationalhigh-gradehighways，modifiedasphaltiswidelyusedforpaving．ThemodifiedasphaltmixedwithSBS，PEandSBR，etc．modifiersexhibitshighconstructiontemperature，whileharmfulsubstancesreleasedbyasphaltathightemperaturewilljeopardizeenvironment．Viscosityasphaltisanewenergy—savingandenvironmentfriendlymaterialforpavement．Testshowsthatviscosityasphaltmixedwith3％Sasobitmodifierwhenitsoperatingtemperaturedropsapproximate20~Chasequalandevenbetterroadperformancecomparingwithordinaryhot—mixasphaltmixtures．Inaddition，reductionofmixingtemperatureandcompactiontemperaturesavescostandmakesconstructionmoreenvironmentallyfriendly．Keywords：asphaltmixtures；modifiedasphalt；viscosityasphalt；Sasobit目前国内外广泛使用的SBS、PE、SBR等改性剂表1沥青混合料生产过程中CO：排放量与温度的关系不易与基质沥青相容，施工温度较普通沥青提高了混合料拌和温度／℃13014015016017018010—20oC【1-2]。沥青施工温度的提高带来了一系列c02排放量／(kg·t。。)15．916．717．618．519．420．3问题：不仅增加了能耗，而且还增加了拌和、碾压、摊降粘沥青技术实质就是通过一定的措施，降低铺施工难度；且较高的拌和温度还将导致沥青老化，生产过程中沥青的粘度，改善沥青混合料的工作性，增加有害物质的释放，对环境和人们的身体健康带使混合料能在相对较低的温度下进行拌和、摊铺与来危害。资料表明[3-4]，沥青混合料的拌和温度每压实，从而可以节省能源，减少烟尘的排放。其使用增加6oC，所释放的有害物质就会增加1倍。试验效果与热拌沥青混合料相同，但又吸收了冷拌沥青数据表明l5j，沥青混合料生产过程中，温度每升高混合料节能减排的优点，利于节约能源和保护环10℃，每t}昆合料将多产生0．9kg的CO排放量，见境。表1。因此，降低沥青混合料施工温度十分必要。研究表明，添加Sasobit改性剂可降低沥青的由表1可知，要实现热拌沥青混合料的节能减粘度，也可降低施工温度，不仅能节省加热沥青耗费排，最直接的方式是降低拌和温度。但拌和温度降的大量能源，还能大大减少施工过程中有害废气的低后，沥青的粘度会增加，会导致热拌沥青混合料工排放，降低对施工人员健康的危害，符合节能减排和作性和技术性能变差。建设环境友好型社会的要求。收稿日期：2012—08—29作者简介：石庆凡(1972一)，男，四川省邻水县人，专科，工程师 2013年第2期石庆凡，等：Sasobit改性沥青及其混合料性能试验研究331Sasobit改性剂改性机理沥青中含有沥青质、胶质、芳香组分和饱和组分，其由直链、支链脂肪烃、烷基环烷烃和一些烷基芳香烃组成。沥青4个组分的含量会对沥青粘度有不同程度的影响，增加沥青质和胶质等重质成分会使沥青的高温粘度升高；而增加饱和酚或芳香酚等图1Sasobit沥青改性剂轻质成分会使沥青的高温粘度降低。通常，这些饱降粘沥青试样制备步骤如下。和物相互溶解，大多以强度极低的油膏状分散于沥1)将基质沥青加热至135oC，并保温5rain；青中，极大地影响沥青的高温性能。低温时，这些被2)将2％、3％、4％Sasobit分别掺入基质沥青溶解的饱和物分子形成粗大晶体而被析出，使沥青中，制备3种试样，人工搅拌1．5min；变脆、变硬。3)保温5min后，再人工搅拌1min，再保温10改性剂的掺人会降低沥青高温拌和时的粘度。min，让Sasobit充分溶于基质沥青，得到待测试样。改性剂在高温(大于100qC)下，晶粒分解熔化，吸2．2降粘沥青性能检验附沥青中与其结构相类似的饱和组分(大多为蜡基1)按照JTGE20—20l1《公路工程沥青及沥青或油基分子)，并溶解于饱和组分之中，形成稳定的混合料实验规程》中的方法，测定基质沥青及不同溶液而不离析。Sasobit改性剂的吸附溶解作用降低Sasobit掺量沥青的针入度，试验结果见表3。了沥青的运动粘度，且随着温度升高，运动粘度急剧从表3可以看出，随着Sasobit掺量的增加，改下降，使降粘型改性沥青的施工温度较基质沥青降性沥青针入度降低，高温稳定性增强。低。2)按照JTGE20—2011中的方法，测定基质沥沥青温度降低到90cc以下后，因改性剂的熔点青及不同Sasobit掺量沥青在15℃条件下的延度，试高(100oC)，其与部分被其吸附并溶解于其中的组验结果见表4。分一起逐渐结晶析出，进而锁定了这些饱和的油类、从表4可以看出，掺入Sasobit后沥青的延度都蜡类组分，使沥青在夏季6O℃高温下，不易发软泛大于100mm，降粘沥青的延度能满足要求，说明掺油，防止了车辙出现。沥青的老化是由沥青中的油入2％一4％的Sasobit对沥青延度影响不大。类、胶质逐渐减少所致，而改性剂可以锁定油类、蜡3)软化点是道路沥青最基本的一种性质指标，类组分，所以降粘型改性沥青可提高沥青的抗老化直接与路面发软变形的程度相关联。因此，软化点能力。是大多数国家用来说明沥青高温性能的指标之一。按照JTGE20_2011中的方法，测定基质沥青及不2降粘沥青技术性能研究同Sasobit掺量沥青的软化点，试验结果见表5。2．1试样制备选用埃索7O号基质沥青作为试验用材料，其技表3不同Sasobit掺量沥青的针入度术参数见表2。选用的改性剂为Sasobit，其是一种聚烯烃类的沥青改性剂，被称为FT固体石蜡，以薄片、颗粒或粉表4不同Sasobit掺量沥青的延度末的形式存在。本文使用的Sasobit为颗粒状，见图1。将Sasobit直接掺人热沥青中，经过简单机械搅拌即可使用。表270号沥青的物理参数表5不同Saso~t掺量沥青的软化点 公路交通技术2013生从表5可以看出，掺入Sasobit后，沥青软化点由表6及图2、图3可以看出，掺入Sasobit后，得到提高，并随Sasobit掺量的增加而升高。当沥青在90—110oC时粘度急剧下降，温度较高时下Sasobit掺量较高时软化点大于80℃，说明改性后降趋势虽有所减缓，但仍是降低。虽然较高温度下沥青具有良好的高温性能。粘度降低较少，但从图2可以看出，沥青工作温度降低的幅度依然很大。3降粘沥青工作温度研究JTGE20-2011规定：使用石油沥青时，宜以沥粘度是表征沥青材料粘滞性的一种性能参数，青粘度为(0．17+0．2)Pa·S时的温度作为拌和温度不仅能反映沥青的粘稠程度，而且能反映沥青的感的范围，以(0．28±0．3)Pa·S的温度作为碾压成型温性能，是评价沥青性能的重要指标之一。按照的范围。本文取沥青粘度为0．17Pa·S时的温度JTGE20_2011中的方法，对基质沥青及不同作为拌和温度，以沥青粘度为0．28Pa·S的温度作Sasobit掺量降粘沥青的布氏粘度进行测试，结果见为碾压成型温度，由此可以根据图3确定不同表6。Sasobit掺量下沥青的拌和温度和碾压成型温度，见为了研究降粘型改性沥青的粘度特性，同时确表7。定沥青混合料的拌和温度、碾压成型温度，根据表6从表7可以看出，随着Sasobit掺量的增加，沥测试结果绘制粘温曲线，见图2。青工作温度降低，工作温度降低的幅度也随Sasobit对于沥青混合料拌和及压实温度，目前通常采掺量的增加而减缓。用对数坐标粘温曲线一等粘温度的方法来确定，用粘温曲线确定沥青混合料的施工温度是基于普通沥4降粘温拌混合料技术性能研究青流变性质的特点给出的经验数据。根据粘温指数掺Sasobit的沥青混合料试件，可在保持空隙率测试结果绘制对数坐标粘温曲线，结果见图3。不变条件下，压实温度得到很大降低，从而可以节约能源并减少污染物的排放。这样的效果正是研究温表6不同Sasobit掺量降粘沥青布氏粘度测试结果Pa·S拌沥青混合料的期望所在。下面将探讨掺Sasobit改性剂的沥青混合料，在拌和及压实温度降低后其路用性能(包括混合料的高低温性能、水稳定性、低温性能等)的变化。4．1Sasobit掺量及工作温度确定从粘度试验可以看出，Sasobit掺量对降粘沥青6的性质有很大影响，现使用2％、3％、4％不同5Sasobit掺量的降粘沥青工作温度和针入度、延度、软4竺3化点来确定Sasobit最佳掺量。由于试验时不同掺商2量降粘沥青的延度值均大于100mm，掺入2％～104％Sasobit对沥青的延度影响不大，所以确定Sasobit掺量时不使用延度这一指标。评分公式如下：图2粘温曲线(Ao—A)／。—一，一基质10，、∞表7不同Sasobit掺量降粘沥青工作温度℃1越0·10O11o0160温度，℃图3对数坐标粘温曲线 2013年第2期石庆凡，等：Sasobit改性沥青及其混合料性能试验研究35=拌和温度得分+碾压温度得分+针入度得分+由表10可知，降低工作温度后，降粘沥青混合软化点得分。料与基质沥青混合料的拌和及成型效果无明显差式中，口为相应技术指标得分；A。为基质沥青技术指异，说明通过掺加Sasobit来降低基质沥青的工作温标；A为掺i％Sasobit降粘沥青技术指标；i为度可行。Sasobit掺量；A为Sasobit掺量变化1％所致技术指4．3高温稳定性能标值变化的平均值；为总得分。4．3．1马歇尔试验按照上述评价方法，分别计算各分项技术指标马歇尔试验是测定马歇尔试件在标准加载条件得分以及各掺量的总得分，结果见表8。下，试件破坏前所能承受的最大荷载，即马歇尔稳定度，其对应的变形即流值。马歇尔稳定度越大，流值表8得分统计分越小，说明高温稳定性越好。根据JTGE20—2011，对3组试件分别进行马歇尔试验，测试结果见表11。由表11可以看出，当降粘沥青混合料、基质沥青混合料拌和温度相同时，降粘沥青混合料马歇尔稳定度增大，流值减小；当降粘沥青混合料的拌和温度较基质沥青混合料降低19．8℃后，其马歇尔稳定注：2％～4％为Sasobit掺量。度不但没有降低，反而有所增加，流值也有所减小。从表8可看出，最大值为4．141，最佳Sasobit试验结果表明，在不改变拌和温度的条件下，掺加掺量为3％。Sasobit能够改善沥青混合料的高温抗剪强度；在拌4．2试件制备和温度降低19．8℃后，降粘沥青混合料仍具有比基为便于比较降粘沥青混合料与基质沥青混合料质沥青混合料好的高温抗剪强度。的技术性能，用70号埃索基质沥青制备1试件，用4．3．2车辙试验掺加3％Sasobit降粘沥青制备2试件，其工作温度在夏季，当路面温度高于50℃时，随着汽车荷与基质沥青相同，用掺加3％Sasobit降粘沥青制备载的反复作用就容易产生车辙。车辙是不能恢复的3试件，其工作温度较基质沥青降l9．8℃。沥青混永久变形，会降低路面的使用性能，危及行车安全，合料制备方案见表9。从而缩短沥青路面的使用寿命，故车辙是沥青路面试件制备时，根据拌和后沥青混合料有无花白最有危害的破坏形式之一。因此，抗车辙性能是沥料、拌和是否均匀来评定拌和效果，用混合料的毛体青混合料高温性能的重要指标，以动稳定度(~．／mm)积相对密度、空隙率和外观来评定混合料的成型效来表示。果，检测指标见表1O。沥青混合料车辙试验是试件在规定温度及荷载表9沥青混合料制作方案1拌和均匀，无花白料2．4813．5试件密实，表面平整2拌和均匀，无花白料2．5123．1试件密实，表面平整3拌和均匀，无花白料2．4793．4试件密实，表面平整 36公路交通技术2013，年表l1基质沥青及降粘沥青混合料马歇尔试验结果表12基质沥青及降粘沥青混合料马歇尔试验结果表13浸水马歇尔残留稳定度条件下，测定试验轮往返行走所形成的车辙变形速率，以变形稳定期内，每产生1mm变形的行走次数即动稳定度来表示。根据JTGE20—20li，分别对各组试件进行车辙试验，测试结果见表12。由表12可知，降粘沥青混合料、基质沥青混合料拌和温度相同时，降粘沥青混合料动稳定度增大；沥青的针入度降低、软化点升高，由此可以判断掺入降粘沥青混合料的拌和温度较基质沥青混合料降低Sasobit改性剂能提高沥青材料的高温稳定性，且沥19．8℃后，其动稳定度没有降低，反而略有增加。青抵抗变形能力也得到增加。试验结果表明，在相同拌和温度条件下，掺加Sasobit2)掺2％～4％Sasobit对沥青的延度影响不大。能够改善沥青混合料的抗车辙性能；在拌和温度降低19．8℃后，降粘沥青混合料仍具有比基质沥青混3)降低工作温度后，降粘沥青混合料与基质沥合料稍好的抗车辙性能。青混合料的拌和及成型效果无明显差异。4．4水稳定性4)降粘沥青的工作温度与基质沥青相同时可4．4．1浸水马歇尔试验以改善混合料的高温性能，降粘沥青拌和温度降低按照JTGE20__2011，对3组试样分别进行浸19．8℃后，其仍具有比基质沥青混合料稍好的抗车水马歇尔试验，测定结果见表13。辙性能。从表13可以看出，掺Sasobit降粘沥青混合料，5)掺2％一4％Sasobit的降粘沥青，其混合料浸水马歇尔残留稳定度与基质沥青混合料相比无大的高温、低温性能和水稳定性无明显变化。的变化，说明Sasobit对混合料的水稳定性没有明显影响，降粘沥青混合料的水稳定性主要由基质沥参考文献青混合料的水稳定性决定。[1]李晓民，张肖宁，邹桂莲．降低改性沥青施工粘度的应4．4．2冻融劈裂试验用技术研究[J]．公路交通科技，2006(8)：1—4．由冻融劈裂试验得到的冻融劈裂强度比可反映[2]~Pni-芳，郝永峰，王法雨，等．天然岩沥青改性沥青性沥青混凝土受冰雪冻融破坏的程度，其值越大，冻融能的SHRP试验研究[J]．现代交通技术，2011，8(1)：4—6．破坏程度越小。按照JTGE20_2011，对3组试样[3]GardinerS．Hotmixasphaltsmokeandemissionpotential分别进行冻融劈裂试验，冻融劈裂强度比测定结果[J]．WashingtonD．C．：TransportationResearchBoard，见表14。2002．从表14可以看出，掺Sasobit降粘沥青混合料，[4]HurleyG，ProwellB．Evalu~ionofSasobitforHseinwarm其冻融劈裂抗拉强度比与基质沥青混合料相比无大mixasphalt[R]．Auburn：AuburnUniversity，2005．的变化，说明Sasobit对混合料的水稳定性没有明显[5]李祝龙，丁小军，赵述曾，等．沥青混合料应用中的环影响，降粘沥青混合料的水稳定性主要由基质沥青境保护[J]．交通运输工程学报，2004(4)：1—4，混合料的水稳定性决定。[6]陈国强，刘黎萍，高晓飞，等．Sasobit改性沥青混合料的性能评价[J]．公路工程，2009，34(6)：64—67．5结论[7]周骊巍．沥青混合料水稳定性研究[D]．河北：河北工1)在基质沥青中掺人Sasobit改性剂使得改性业大学，2005．