不同溫拌劑摻量對瀝青混合料性能的影響

段鵬鵬，徐肖龍，雷 濤，曹巍巍

(1.英達熱再生有限公司，江蘇 南京 210038； 2.東南大學 交通學院，江蘇 南京 211189)

溫拌瀝青混合料因具有延長施工周期、節(jié)能環(huán)保和保護現(xiàn)場施工人健康的優(yōu)勢而被人們所歡迎。當前，全球的研究人員都全力研究溫拌瀝青和混合料性能，主要是表面活性機理和有機添加劑機理的溫拌劑。實驗人員主要分析了2種不同機理的溫拌劑的路用性能和降溫效果，而定量分析的影響比較少。本試驗把2種溫拌劑加入到瀝青中，研究其降溫效果、經(jīng)濟效果和路用性能，采用灰色關聯(lián)來分析其混合料性能和溫拌瀝青性能的關系。

1 材料與方法

以某段高速隧道施工工程為例，分析不同溫拌劑對瀝青性能、瀝青混合料路用性能的影響，以此實現(xiàn)在工程施工中對溫拌劑的優(yōu)化選擇。本次工程項目選擇的是殼牌SBS改性瀝青，因此本次實驗材料選擇的是基于有機添加劑機理的溫拌劑Sasobit和基于表面活性機理的溫拌劑ZYF-B，這種溫拌劑均可直接加入瀝青中。本實驗分析將2種溫拌劑加入后對瀝青性能、瀝青混合料路用性能的影響。將ZYF-B的摻量設置為0%～7%，Sasobit的摻量設置為0%～5%。

1.1 溫拌劑對瀝青針入度影響分析

研究溫拌劑對瀝青針入度的實驗材料選用90#基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青，并分別加入對應的Sasobit與ZYF-B，實驗數(shù)據(jù)如圖1，從而來分析針入度的變化規(guī)律。

表1 瀝青技術指標Tab.1 Technical indexes of asphalt

(a) Sasobit不同用量下的針入度

由圖1(a)可知，加入90#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的Sasobit的針入度都降低了，1%～3%的針入度下降的比較平和，這就表明Sasobit使得對于瀝青的改變影響不大，當大于摻量界限就有明顯的下降趨勢。圖1(b)可以清楚地看出，加入2種瀝青對于針入度的波動影響不大。

1.2 溫拌劑對瀝青軟化點影響分析

由圖2可知，90#基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青加入Sasobit的軟化點都呈現(xiàn)著一個上升的趨勢，在摻量大于3%的時候，上升得比較明顯。而由圖2(b)可知，加入90#基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青的ZYF-B在3%～5%時伴隨著摻量的增加而增加；當摻量大于5%時就會趨于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。

(a)sasobit不同用量下的軟化點

1.3 溫拌劑對瀝青延度影響分析

圖3中，當sasobit的摻入量為2%的延度是有所提升，在3%就是最好的狀態(tài)，相較于摻入量是0%的延度提升了16.5%。當摻量大于3%時，90#基質(zhì)瀝青的延度下降明顯，大于5%時延度比原有的延度還小。對于SBS改性瀝青的影響就較小，伴隨著摻量的增大，改性瀝青延度也隨之降低。

(a)Sasobit不同用量下的延度

圖3b中ZYF-B加入2種瀝青后，摻量是5%的90#基質(zhì)瀝青延度就達到了最大值，相較于摻量是0的延度提升了7.9%，當大于5%的時候，延度會有一定的下降趨勢，最后就會達到平穩(wěn)的狀態(tài)。溫拌劑的摻量超過3%的SBS改性瀝青的延度會伴隨著摻量的增加而增大，而大于5%時的其延度就會達到一個平衡點，這時的延度是44.6 cm，相較于摻入量是0%的時候，增大了17.5%。

1.4 溫拌劑對瀝青與集料粘附性影響分析

圖4a中得出，粘附等級是4級的基質(zhì)瀝青的摻量低于3%時，瀝青與骨料粘附性是比較好的，大于這個數(shù)值就會出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。和基質(zhì)瀝青相比，SBS的改性瀝青會有剝離的現(xiàn)象，相對而言要小于本質(zhì)瀝青。圖4(b)是2種瀝青的等級為4級加入3%ZYF-B與4%ZYF-B的粘附性轉(zhuǎn)變成5，隨著用量的提升其粘附性也沒有多大變化。

(a) Sasobit不同用量下的粘附性等級

2 溫拌劑對瀝青混合料路用性能影響分析

2.1 溫拌瀝青混合料路用性能的對比

實驗材料是將Sasobit與ZYF-B加入瀝青混合料中，結(jié)合1中結(jié)論，對應的拌合和壓實溫度下進行車轍實驗；具體結(jié)果如表2所示。

表2 車轍試驗結(jié)果Tab.2 Rutting test results

由表2可知，得出加入Sasobit的比加入基質(zhì)瀝青的穩(wěn)定性要提高30%，而且變形量也降低了，從表中得出加入ZYF-B的比加入基質(zhì)瀝青的穩(wěn)定性持平。說明Sasobit在瀝青混合料中可以有效地提高高溫穩(wěn)定性，ZYF-B就不能達到這個效果，但是可以達到降低混合料的穩(wěn)定性不會導致混合料高溫性能有所變化。

2.2 溫拌劑對瀝青混合料低溫抗裂性能的影響

實驗是在-10℃的溫度下進行小梁彎曲，對2種不同的溫拌機理的瀝青混合料應變加壓破壞，從而得出不同種類的低溫抗裂性能的表現(xiàn)，結(jié)果如表3所示。彎拉應變中Sasobit最大，而90#最小，ZYF-B處于中間位置，勁度模量中就和彎拉應變的順序相反。在混合料中添加溫拌劑可以有效地提高低溫的抗裂性能，其中Sasobit是效果最好的。

表3 -10 ℃小梁彎曲實驗結(jié)果Tab.3 Results of trabecular bending test at -10 ℃

2.3 溫拌劑對混合料水穩(wěn)定性的影響

為研究溫拌劑對于混合料穩(wěn)定性影響，采用凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗來探討抗水損害的能力。凍融劈裂相較于浸水馬穩(wěn)定歇爾要嚴格一些，來模擬混合料在受水損害時的抗剝落性能；凍融劈裂實驗結(jié)果如表4所示。

表4 凍融劈裂實驗結(jié)果Tab.4 Freeze thaw splitting test results

由表4可知，加入2種溫拌劑的混合料要大于基質(zhì)瀝青混合料的凍融劈裂強度，混合料通過添加溫拌劑來增加其水穩(wěn)定性。其中ZYF-B比Sasobit的水穩(wěn)定性要強，主要是ZYF-B的粘附性在混合料要強，通過凍融循環(huán)的混合料的水穩(wěn)定性就變得更強一些。

浸水馬歇爾實驗結(jié)果，具體如表5所示。

表5 浸水馬歇爾實驗結(jié)果Tab.5 Immersion Marshall test results

由表5可知，加入2種溫拌瀝青混合料大于基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，說明在受水損害時混合料適當?shù)募尤霚匕鑴┛梢蕴岣咦陨淼目箘兟淠芰?。Sasobit和ZYF-B在殘留穩(wěn)定度方面相差不大。

2.4 灰色關聯(lián)分析

為了更加深入地探究溫拌劑對于瀝青混合物的影響因素，本文采用灰色關聯(lián)分析的方法來探究各個因素之間的相似性和差異性，并尋找出主要的影響因素。以溫拌瀝青的針入度、軟化點、延度、粘附性為比較數(shù)列，而動穩(wěn)定度、最大彎拉應變、凍融劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度為參考數(shù)列；參考數(shù)列及比較數(shù)列如表6所示。

表6 參考數(shù)列與比較數(shù)列Tab.6 Reference series and comparison series

由表6可知，、、、是比較數(shù)列；、、、是參考數(shù)列。關聯(lián)系數(shù)是求平均值在使用無量綱處理，溫拌瀝青指標與溫拌混合料性能指標的關聯(lián)系數(shù)。具體數(shù)據(jù)如表7所示；溫拌瀝青指標與溫拌混合料性能指標的關聯(lián)度，具體數(shù)據(jù)如表8所示。

表7 溫拌瀝青指標與溫拌混合料性能指標的關聯(lián)系數(shù)εTab. 7 Correlation index between warm mix asphalt index and warm mix performance ε

表7 溫拌瀝青指標與溫拌混合料性能指標的關聯(lián)度rTab.7 Correlation degree between warm mix asphalt index and warm mix performance r

由表8可知，影響瀝青延度的是動穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度和最大彎拉應變，而影響凍融劈裂強度的指標是軟化點。其中溫拌劑對于混合料的延度性能影響最大，Sasobit的基質(zhì)瀝青延度大于ZYF-B的延度。

3 結(jié)語

本文通過將2種溫拌劑Sasobit、ZYF-B分別加入到瀝青中，探究瀝青軟化點、延度、針入度和粘附性，以此確定哪種溫拌劑效果最好。設置2種溫拌劑不同梯度的摻入量，最后得出ZYF-B摻入量最佳為5%，Sasobit摻入量最佳為3%。ZYF-B、Sasobit都有降低瀝青混合料的溫度效果，ZYF-B的溫度為25～50 ℃，Sasobit的溫度為19～23 ℃；由此可以得出，ZYF-B的降溫效果最好。2種溫拌劑對混合料的性能影響大，其Sasobit的混合料高溫穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能相對要高；ZYF-B加入混合料中，混合物的水穩(wěn)定性相對于另外一種要好。本文通過灰色關聯(lián)度可以知道，影響溫拌劑瀝青混合料性能最大的是延度。