鹽度對Sasobit溫拌瀝青膠結(jié)料性能影響分析

陳景雅，王 坤，瞿 翔，王 一

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098）

鹽度對Sasobit溫拌瀝青膠結(jié)料性能影響分析

陳景雅，王 坤，瞿 翔，王 一

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098）

Sasobit溫拌排水瀝青路面以其良好的環(huán)境效益和使用效果而受到越來越多的關(guān)注，但試驗表明其低溫和疲勞性能指標(biāo)有所下降。為了提高其性能指標(biāo)，采用摻加不同劑量（1%，3%，5%，7%）食鹽于Sasobit高粘瀝青中，通過室內(nèi)試驗?zāi)M瀝青路面使用過程中瀝青的短、長期老化，并進(jìn)行相應(yīng)的流變性質(zhì)試驗、彎曲蠕變勁度試驗以及布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗，試驗結(jié)果表明：相比較原樣髙粘瀝青，Sasobit高粘瀝青的車轍因子有較大幅度的提升，蠕變勁度有所下降；添加食鹽的Sasobit高粘瀝青的車轍因子略有降低，但蠕變勁度和疲勞因子隨食鹽摻加量的增加有先減后增的趨勢；進(jìn)一步的粘溫曲線圖表明最佳的食鹽用量為瀝青質(zhì)量的5%。

溫拌添加劑Sasobit；瀝青膠結(jié)料；鹽度；低溫與老化性能

溫拌技術(shù)可以較大程度的降低能源消耗和環(huán)境污染，排水瀝青路面的抗滑性能高，可以改善雨天和夜間行駛的舒適性，減少輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的噪音，因此，溫拌排水瀝青路面的應(yīng)用越來越多，但是該路面的瀝青膠結(jié)料在長期的車輛荷載和低溫環(huán)境的作用下表現(xiàn)出較差的耐低溫性能和抗疲勞性能，針對此情況，有必要就如何改善瀝青的耐低溫性能和抗疲勞性能的問題就行深入的探究。

在改善瀝青膠結(jié)料低溫性能和老化性能研究方面，Ali Jamshidi等［1］通過試驗?zāi)M出Sasobit對瀝青膠結(jié)料的低溫性能有一定的不利影響，Velasquez，Raul［2］等則對瀝青的低溫性能的測試方法進(jìn)行了深入的探討，張雪韜等［3］則對TPS和SBS改性高粘瀝青老化后的性能進(jìn)行了研究，Hui Yao等［4］、Araujo等［5］對聚合物改性瀝青的性能進(jìn)行了相關(guān)的研究，Chen H等［6］研究了纖維對瀝青的穩(wěn)定與性能的加強，Al-Khateeb等［7］研究了波特蘭水泥對瀝青性能的影響，Heitzman M等［8］、Hunt L等［9］、Roberts F L等［10］、Cong P等［11］研究了橡膠粉對瀝青膠結(jié)料的性能影響，可以看出，在改善瀝青膠結(jié)料低溫、老化性能方面的研究雖然有一定的成果，但大都停留在分析影響方面以及對普通瀝青的研究層面上，對溫拌排水路面所需的高粘瀝青的研究較少，并且在改善瀝青的此類性能方面的辦法很少，而關(guān)于添加鹽分與瀝青膠結(jié)料中的研究更少，針對此問題，本文采用摻加不同劑量的食鹽于Sasobit高粘瀝青中，通過室內(nèi)試驗?zāi)M瀝青路面使用過程中瀝青的短、長期老化，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)的低溫性能與老化性能的測試，并進(jìn)行布氏粘度試驗得到適宜的瀝青施工拌和溫度，最終確定最佳食鹽用量。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

高粘瀝青為江陰泰富瀝青有限公司生產(chǎn)，無結(jié)塊；溫拌劑是重慶中交科技生產(chǎn)，白色顆粒狀固體Saso?bit；食鹽：濰坊海巨化工有限公司生產(chǎn)，無團(tuán)粒。

1.2 高粘改性瀝青的制備

將高粘瀝青置于烘箱中加熱至（175±5）℃保持1 h，加入2.5%的Sasobit，保持恒定溫度，用高速剪切機攪拌0.5 h，制成Sasobit高粘瀝青。往已制成的Sasobit高粘瀝青中再分別加入瀝青質(zhì)量1%，3%，5%，7%的食鹽，同樣條件下高速剪切攪拌0.5 h，制成4種含鹽Sasobit高粘瀝青。

1.3 物理和化學(xué)性質(zhì)測試

文中所用高粘瀝青的各指標(biāo)檢測結(jié)果可看出試驗所用高粘瀝青的各項指標(biāo)均滿足其技術(shù)要求。

為便于施工及質(zhì)量控制，推薦選用顆粒狀形態(tài)的Sasobit溫拌劑，施工過程可直接摻入混合料，其物理化學(xué)指標(biāo)如表1中所示。

表1 Sasobit的物理和化學(xué)性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of Sasobit

1.4 瀝青SHRP性能指標(biāo)試驗

布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗。按照J(rèn)TG E20—2011中T0625的規(guī)定，采用布洛克菲爾德黏度計旋轉(zhuǎn)法分別測定各瀝青在不同溫度下的黏度，根據(jù)結(jié)果繪制粘溫曲線，確定Sasobit高粘瀝青的最佳施工溫度。

旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化。分別對6種瀝青按照J(rèn)TG E20—2011中T0610的規(guī)定，利用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱進(jìn)行短期老化試驗，模擬瀝青在拌和與攤鋪過程中的老化，試驗條件為163±0.5℃老化5 h。

壓力老化箱老化。按照J(rèn)TG E20—2011中T0630的規(guī)定，利用瀝青壓力老化箱對經(jīng)過短期老化后的瀝青進(jìn)行壓力老化試驗，模擬結(jié)合料在實際服務(wù)期內(nèi)的長期老化。試驗條件是：100±0.5℃，（2.1±0.1）MPa空氣環(huán)境老化20 h。

瀝青高溫動態(tài)剪切流變試驗。按照J(rèn)TG E20—2011中T0628的規(guī)定，利用動態(tài)剪切流變儀對未經(jīng)老化的六種瀝青分別進(jìn)行試驗，測定其52～76℃下的車轍因子G*/sinδ，用來評價瀝青的高溫指標(biāo)；對長期老化后的六種瀝青分別進(jìn)行試驗，測定疲勞因子G*/sinδ，用來評價瀝青的抗疲勞特性。

瀝青低溫彎曲蠕變勁度試驗。按照J(rèn)TG E20-2011中T0627的規(guī)定，利用彎曲梁流變儀對經(jīng)壓力老化后的6種瀝青分別進(jìn)行試驗，分別測定6種瀝青在-12℃，-18℃，24℃下的彎曲蠕變勁度和m值，用來評價瀝青的低溫性能指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽分對瀝青高溫性能指標(biāo)的影響

對未經(jīng)老化的6種瀝青（原樣高粘瀝青、2.5%Sasobit高粘瀝青與含鹽量分別為1%，3%，5%，7%的Saso?bit高粘瀝青）進(jìn)行52～76℃下的動態(tài)剪切流變試驗，每隔6℃測定一次，試驗所用試樣用直徑為25 mm的試模澆筑，如圖1所示，試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可看出，溫拌劑對高粘瀝青的高溫性能有較大的提高，鹽分的加入使高溫指標(biāo)有所下降，但較原樣高粘瀝青的高溫指標(biāo)影響不大，6種瀝青的車轍因子均隨溫度的升高呈逐漸下降的趨勢。

2.2 鹽分對PAV后瀝青抗開裂能力

路面使用過程中瀝青的長期老化用瀝青在壓力老化箱中的老化來模擬，PAV后的抗開裂能力包括抵抗低溫開裂和疲勞開裂的能力。

圖1 DSR試樣Fig.1 DSR test sample

圖2 DSR試驗結(jié)果Fig.2 DSR test results

2.2.1 鹽分對瀝青低溫性能指標(biāo)的影響

對經(jīng)壓力老化后的6種瀝青進(jìn)行低溫彎曲蠕變勁度試驗，選取-12℃，-18℃，-24℃三個溫度測試點，采用蠕變勁度S與蠕變速率m來評價瀝青抗低溫開裂能力，在滿足S＜300，m＞0.3的前提下，S越小，m越大，低溫性能越好，6種瀝青的S值測試結(jié)果見圖3，m值見圖4。

圖3 蠕變勁度測試結(jié)果Fig.3 Results of bending creep stiffness

圖4 蠕變速率測試結(jié)果Fig.4 Results of creep rate

由圖3可知，S值隨溫度的升高呈現(xiàn)出下降趨勢，且加Sasobit的瀝青的較原樣瀝青的S值有提高，說明Sasobit對瀝青的低溫性能不利。加鹽的四種瀝青的S值均有所降低，說明鹽對瀝青的低溫性能是有提高的，且鹽摻量在5%下的瀝青的S值最小，說明對低溫性能最有利的摻鹽量為5%。

由圖4知，m值隨溫度的升高均呈現(xiàn)出遞增的趨勢，加Sasobit和加鹽可分別使得m值下降和升高，即分別對瀝青產(chǎn)生不利和有利的影響，5%摻鹽量下的瀝青可以獲得最好的低溫性能。

2.2.2 鹽分對瀝青抗疲勞性能的影響

瀝青抗疲勞性能檢驗采用經(jīng)過PAV后所得到的瀝青，溫度條件是13-34℃，每隔3℃測試一個點，用疲勞因子G*·sinδ來評價瀝青的抗疲勞特性，要求G*·sinδ≤5 MPa，G*和δ值越小，材料越具柔性，抗疲勞開裂能力越強。6種瀝青的疲勞因子的測試結(jié)果見表2。

由前文的試驗數(shù)據(jù)可知6種瀝青的PG分級分別為PG76-28，PG76-22，PG76-22，PG76-28，PG76-28，PG76-16，根據(jù)石寧［12］的“美國SHRP基于性能的瀝青結(jié)合料分級規(guī)范”中所闡述的觀點，六種瀝青對應(yīng)的疲勞因子的檢測溫度分別是28℃，31℃，31℃，28℃，28℃，34℃，其對應(yīng)的疲勞因子見表2，可以看出摻加Sa?sobit的瀝青疲勞因子最大，摻加5%鹽的瀝青最小，說明Sasobit對瀝青的抗疲勞開裂不利，鹽可以增加瀝青的抗疲勞開裂能力，5%的鹽對瀝青抵抗疲勞開裂最有利。

表2 疲勞因子測試結(jié)果Tab.2 Results of G*·sinδ

2.3 鹽分對瀝青布氏黏度的影響

分別對六種瀝青進(jìn)行90℃，110℃，135℃，150℃，170℃下的布氏黏度試驗，根據(jù)所得結(jié)果繪制瀝青的黏溫曲線，見圖5。

圖5顯示，5種改性瀝青的黏度在溫度大于150℃時幾乎無差別，且較原樣瀝青的黏度有所下降，說明經(jīng)改性后的瀝青的施工溫度可以控制在150℃左右而保證有較好的和易性。在90℃～135℃范圍內(nèi)，改性瀝青的黏度有稍大幅度的下降。

3 結(jié)論

圖5 瀝青的黏溫曲線圖Fig.5 Viscosity-temperature curve

1）Sasobit可以較大幅度的提高高粘瀝青的高溫抗車轍能力，鹽分的加入對Sasobit高粘瀝青的高溫指標(biāo)較原樣高粘瀝青的高溫指標(biāo)影響不大，但是相比較Sasobit高粘瀝青的高溫指標(biāo)略有下降。

2）Sasobit高粘瀝青抗低溫開裂和抗疲勞開裂的能力隨鹽分摻量的增加均呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，且5%摻量的鹽可以在一定程度上彌補加入Sasobit帶來的瀝青低溫指標(biāo)和疲勞指標(biāo)降低的缺陷，最佳摻鹽量推薦為瀝青質(zhì)量的5%

3）鹽分可以使瀝青的布氏黏度略有下降，粘溫曲線顯示加鹽Sasobit高粘瀝青適宜的拌和溫度仍為150℃，較普通高粘瀝青降低25℃。

[1]JAMSHIDI A,HAMZAH M O,YOU Z.Performance of warm mix asphalt containing Sasobit:state-of-the-art[J].Construction and Building Materials,2013,38:530-553.

[2]VELASQUEZ R,TABATABAEE H,BAHIA H.Low temperature cracking characterization of asphalt binders by means of the sin?gle-edge notch bending(SENB)test[J].Asphalt Paving Technology-Proceedings Association of Asphalt Technologists,2011,80:583.

[3]張雪韜,陳淑萍,任德良,等.高粘度改性瀝青的老化性能研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2011,33(1):79-81.

[4]YAO H,YOU Z,LI L,et al.Performance of asphalt binder blended with non-modified and polymer-modified nanoclay[J].Con?struction and Building Materials,2012,35:159-170.

[5]DE Sá ARAUJO M D F A,LINS V D F C,PASA V M D,et al.Weathering aging of modified asphalt binders[J].Fuel Processing Technology,2013,115:19-25.

[6]CHEN H,XU Q.Experimental study of fibers in stabilizing and reinforcing asphalt binder[J].Fuel,2010,89(7):1616-1622.

[7]AL-KHATEEB G G,AL-AKHRAS N M.Properties of Portland cement-modified asphalt binder using Superpave tests[J].Con?struction and Building Materials,2011,25(2):926-932.

[8]HEITZMAN M.Design and construction of asphalt paving materials with crumb rubber modifier[M].1992.

[9]HUNT L,PETERS W.Crumb rubber modified asphalt concrete in Oregon[R].Oregon Department of Transportation,Research Group,2002.

[10]ROBERTS F L,KANDHAL P S,BROWN E R,et al.Investigation and evaluation of ground tire rubber in hot mix asphalt[R].National Center for Asphalt Technology,1989.

[11]CONG P,XUN P,XING M,et al.Investigation of asphalt binder containing various crumb rubbers and asphalts[J].Construction and Building Materials,2013,40:632-641.

[12]石寧.美國SHRP基于性能的瀝青結(jié)合料分級規(guī)范[J].黑龍江交通科技,2004(7):27.

Influence of Salinity on Performance of Sasobit Warm Asphalt

Chen Jingya,Wang Kun,Qu Xiang,Wang Yi
(School of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China)

Sasobit warm mix drainage asphalt pavement has become increasingly popular due to its environmental benefits and using effects.However,test results show that its low temperature and anti-fatigue performance indica?tors have a certain decline.In this study,four different doses(1%,3%,5%,7%)of salt were added to the Sasobit asphalt to improve the performance indicators.Laboratory tests were used to simulate short and long term aging as?phalt in the process of construction and pavement usage.A series of binder tests including bending beam rheome?ter(BBR),dynamic shear rheometer(DSR)and Brookfield viscosity tests were conducted.Results show a slight de?crease ofG*/sinδfor Sasobit asphalt with salt and the creep stiffness andG*/sinδpresent a tendency of declining first and then increasing with the increase of salt.The viscosity-temperature curve shows that the best content of salt is 5%.

warm-mix additive Sasobit;asphalt;salt;low temperature and anti-fatigue performance

U416.217

A

1005-0523（2014）02-0009-05

2013-12-18

江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目（2013B20914）

陳景雅（1967—），女，教授，碩士，研究方向為道路與鐵道工程。