Sasobit温拌橡胶沥青混合料施工温度和路用性能研究

帕尔哈提·肉孜

（新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830001）

0 引言

温拌沥青混合料技术由于其较低的生产和施工温度，不但能适应低温环境施工而且具有较少的环境污染，同时能节约施工资源，所以自温拌混合料技术问世以来就受到了广泛的关注和研究[1-4]。根据相关研究[5]，温拌技术可以使得混合料的施工温度下降20℃～40℃左右，温度的降低意味着能耗的降低，同时由于高温导致的环境污染可以得到抑制。通常条件下，沥青混合料的生产拌和温度是根据施工规范中提出的黏温曲线进行确定[6]。但是，许多研究人员指出，对于温拌沥青混合料而言，这种基于等黏度原则确定的施工拌和温度适用性并不好[7]。目前，在道路工程施工过程中，不少单位往往根据原材厂家提供的生产条件来推断温拌混合料的生产拌和温度以及压实施工温度[8]。然而，不同生产厂家的温拌剂性能存在差异，不同的温拌剂对沥青混合料施工温度和路用性能产生的影响也不一样[9]。因此，本文以掺加Sasobit温拌剂的橡胶沥青混合料为研究对象，分别采用等黏度原则下的黏温曲线确定施工温度以及基于体积指标确定施工温度两种方法，对比分析两种方法的合理性以确定较为合适的施工温度。进一步，对比橡胶沥青混合料的路用性能，研究Sasobit温拌沥青混合料的路用性能。

1 试验材料

1.1 原材料

试验采用壳牌90号基质沥青，其技术指标如表1所示。橡胶粉采用40目斜胎胶粉，其技术指标如表2所示。温拌掺加剂Sasobit为Saaol-Wax生产产品，其熔点为99℃，当温度高于116℃则可完全溶于沥青胶结料。

表1 基质沥青技术指标

表2 橡胶粉技术指标

1.2 改性沥青制备

a）橡胶沥青的制备 本文将22%（橡胶粉用量与基质沥青用量比）的40目橡胶粉掺加入基质沥青中，在180℃和2 500 r/min的条件下高速剪切60 min，搅拌制得的橡胶沥青直接用于拌和混合料以及制备温拌橡胶沥青。

b）Sasobit温拌橡胶沥青的制备 在制备好的橡胶沥青中加入一定量的Sasobit温拌剂，在同样的剪切条件下搅拌反应5～10 min，搅拌制得温拌橡胶沥青，用以施工温度的确定以及拌和混合料研究其路用性能。

2 施工温度的确定

2.1 基于黏温曲线的施工温度研究

通过Brookfield旋转黏度测试仪来测定橡胶沥青以及Sasobit温拌橡胶沥青的黏度，不同温度以及不同Sasobit掺量（掺量为0即指橡胶沥青）下的黏度如图1所示。通过图1可以看出，温度升高，胶结料的黏度明显下降。各试验温度下，随着Sasobit掺量的增加，胶结料黏度逐渐下降；但是当Sasobit掺量超过3%以后，黏度下降趋势逐渐变缓。为分析Sasobit掺量对黏度降低的影响，引入降黏比这一指标。降黏比是指同样试验温度下，不同掺量的胶结料黏度下降值与橡胶沥青黏度的比值，结果如图2所示。通过图2可以明显看出，当Sasobit掺量在3%～4%之间时，降黏比达到最大值，随着Sasobit掺量继续增加，降黏比甚至略微下降。

图1 不同条件下的胶结料黏度

图2 不同Sasobit掺量的降黏比

在确定基质沥青的拌和以及压实温度时，根据规范要求，测定其135℃和175℃温度下的表观黏度并绘制黏温曲线，胶结料黏度达到规范要求的拌和温度以及压实温度相对应的黏度范围时，可确定其拌和以及施工温度。按照此方法，图3给出了不同Sasobit掺量条件下的黏温曲线。假定各胶结料的拌和以及压实温度满足规范规定黏度值，由此可确定各胶结料的拌和及压实温度。通过图3可以看出，若基于此等黏原则，达到规定黏度时的拌和及压实温度基本均超过200℃。可见，基于黏温曲线确定的施工温度偏差较大，实际施工时不可取。

图3 不同Sasobit掺量胶结料的黏温曲线

2.2 基于目标空隙率确定施工温度

沥青路面的路用性能好坏与其压实施工的效果关系密切，空隙率作为沥青路面压实达到要求的评价指标，基于该指标来确定混合料的施工温度是合理的。根据施工控制的目标空隙率4%，采用马歇尔击实成型AC-13混合料试件，混合料级配如图4所示，矿质集料以及矿粉均为石灰岩质。根据橡胶沥青混合料生产指导上推荐的温度成型试件，确定AC-13橡胶沥青混合料的最佳油石比为5.5%。

在最佳沥青用量条件下成型橡胶沥青AC-13和Sasobit温拌橡胶沥青AC-13，成型温度为120℃、135℃、150℃、160℃、175℃、185℃，根据前面的研究，Sasobit掺量选择 3%、3.5%、4%、5%，掺量为0即为橡胶沥青混合料。分别测量不同压实温度下成型的试件空隙率，得到结果如图5所示。

图4 AC-13混合料级配曲线

图5 混合料试件空隙率与压实温度关系

可以看出，不同掺量的混合料的空隙率均随着压实温度的升高而逐渐减小。达到目标空隙率4%时，橡胶沥青混合料的压实温度为178℃，掺加3.5%Sasobit温拌剂的混合料的压实温度为145.5℃，掺加3%Sasobit温拌剂的混合料的压实温度为148.6℃。也就是说，掺加3%～3.5%的Sasobit温拌剂可以使得橡胶沥青混合料的压实温度下降29.4℃～32.5℃。基于混合料的压实温度，一般混合料的拌和温度高于压实温度10℃～15℃，因此橡胶沥青的拌和温度为155.5℃～163.6℃。

对比两种方法，基于黏温曲线来确定Sasobit温拌沥青混合料的施工温度偏颇较大，而基于目标空隙率确定的施工温度有显著下降，确实反映出了温拌技术的效果。这是因为Sasobit在高于100℃的温度条件下溶于橡胶沥青中，对于混合料而言，它对集料颗粒之间的接触具有良好的润滑效应，因此有利于混合料的拌和以及压实，所以相对而言降低了混合料的施工温度。通过研究可以得出，Sasobit温拌剂的掺量在3%～3.5%，拌和温度为155.5℃～163.6℃，压实温度为145.5℃～148.6℃。

3 路用性能评价

选择3.25%的Sasobit温拌剂掺加在橡胶改性沥青中，基于目标空隙率确定橡胶沥青混合料及温拌橡胶沥青混合料的压实温度为178℃和160℃。基于此，在最佳施工温度的基础上成型橡胶沥青混合料试件和Sasobit（3.25%掺量）温拌橡胶沥青混合料，通过车辙试验、低温弯曲试验、真空饱水马歇尔试验分别对混合料的高温性能、低温性能以及水稳定性能进行分析。

3.1 高温性能评价

橡胶沥青混合料和Sasobit温拌橡胶沥青混合料的车辙试验结果如表3所示。

表3 混合料车辙试验结果

通过试验可以看出，加入Sasobit温拌剂后，混合料的动稳定度要高于普通橡胶沥青混合料，这就说明加入Sasobit温拌剂后混合料的高温性能得到明显提升。这是由于温拌剂加入后混合料的温度下降，使得沥青混合料的老化现象得到弱化，同时温拌剂掺加增加了沥青胶结料与矿质集料的颗粒摩擦，混合料的黏聚力以及内摩擦角增大，进而提升了混合料的抗剪切能力。

3.2 低温性能评价

橡胶沥青混合料和Sasobit温拌橡胶沥青混合料的低温弯曲试验结果如图6所示。

图6 混合料低温弯曲试验结果

通过图6可以看出，加入Sasobit温拌剂后，混合料的最大弯拉应变、抗弯拉强度以及劲度模量均低于普通橡胶沥青混合料，这就说明加入Sasobit温拌剂后混合料的低温性能下降。这是由于Sasobit温拌剂的掺加导致橡胶沥青延度下降，进而使得混合料的低温性能下降，不利于混合料抵抗低温开裂。

3.3 水稳定性能评价

橡胶沥青混合料和Sasobit温拌橡胶沥青混合料的真空饱水马歇尔试验结果如表4所示。

表4 混合料的真空饱水马歇尔试验结果

试验过程中两种混合料都没有出现明显的剥落现象，均表现出良好的抗水损害性能。通过表4可以看出，加入Sasobit温拌剂后，稳定度、浸水48 h后的稳定度均高于普通橡胶AC-13，其残留稳定度可达到92.1%，混合料的抗水损害能力进一步得到提升。这是由于Sasobit温拌剂可以使得胶结料与集料颗粒之间的黏附力进一步加强，从而使得水分进入混合料内部后，集料与集料、集料与胶结料之间由于水存在而产生的剥离进一步减弱，因此使得混合料的抗剥落能力增强，从而提升混合料的抗水损害能力。

4 结论

a）在确定橡胶沥青混合料以及Sasobit温拌橡胶沥青混合料的压实施工温度时，通过控制混合料目标空隙率得到相应的压实温度比较符合实际。根据降黏效果以及目标空隙率控制方法，Sasobit温拌剂的掺量为3%～3.5%，拌和温度为155.5℃～163.6℃，压实温度为145.5℃～148.6℃。相比橡胶沥青混合料，压实温度下降29.4℃～32.5℃。

b）Sasobit温拌剂的加入不但使得橡胶沥青混合料的施工温度得到下降，而且路用性能也表现良好。与热拌橡胶沥青混合料相比，Sasobit温拌剂的加入使得混合料的高温性能以及水稳定性能得到提升，但是低温抗开裂性能却稍有削弱。