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不同溫拌劑對SBS改性瀝青性能的影響
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選取常用的三種溫拌改性劑Sasobit、Evotherm與Aspha-Min摻入SBS瀝青制成溫拌瀝青,通過基本物理試驗和布氏黏度試驗測試其對瀝青感溫性能、高溫性能、低溫性能和黏度性能的影響。結(jié)果顯示:Sasobit和Aspha-Min的摻入能夠有效提升SBS的高溫性能,但低溫性能損失也較為嚴重,Evotherm的摻入使得瀝青高溫性能稍有損失,低溫性能提升明顯。降黏效果上,Sasobit和Evotherm兩者相差不大,但均大幅優(yōu)于Aspha-Min。

瀝青混凝土路面由于行車舒適、噪音小、養(yǎng)護容易等特點,已成為我國主要的路面形式,但瀝青混凝土路面在施工時往往需要較大的拌合溫度和壓實溫度,給路面施工難度、環(huán)境保護以及施工人員安全健康帶來了巨大困擾。為了降低傳統(tǒng)瀝青混合料的拌合、壓實溫度,增加瀝青的低溫和易性,國內(nèi)外開展了大量研究,其中溫拌改性瀝青(WarmMixAsphalt,WMA)的使用被證明是降低施工溫度的有效途徑。王曾光通過試驗,對比了Sasobit和Deure兩種溫拌改性劑,得出兩種改性劑都能提高瀝青的低溫和易性,但Deure改性劑的添加使得瀝青抗高溫能力下降,低溫抗裂性能也有所降低。剛曾軍將Sasobit溫拌劑加入到了橡膠瀝青中,研究了不同摻量的Sasobit對橡膠瀝青的改性效果,結(jié)果顯示Sasobit溫拌劑在摻量為3%時,能夠較好地降低橡膠瀝青的施工和易性和保證瀝青的性能。凌天清等通過將自主研發(fā)生物柴油-塑料裂解蠟(簡稱油-蠟)復合溫拌改性劑與基質(zhì)瀝青進行融合得到新型溫拌瀝青,通過試驗發(fā)現(xiàn)油-蠟復合改性瀝青的降黏效果明顯,拌合溫度較熱拌瀝青混合料降低約30℃,但是瀝青的低溫性能較差。大量試驗證明溫拌劑能夠降低瀝青黏度,降低傳統(tǒng)瀝青混合料的拌合溫度,但不同的溫拌劑類型,溫拌劑摻量以及復合對象,都對溫拌瀝青的改性效果和性能有較大的影響。

1試驗

1.1試驗材料

1.1.1瀝青

選用SBS改性瀝青,技術性能見表1。

1SBS瀝青技術性能

項目

結(jié)果

技術要求

試驗方法

軟化點/℃

82

≥60

T0606—2011

針入度/(0.1mm)

51.8

40~60

T0604—2011

5℃延度/cm

34.7

≥20

T0605—2011

彈性恢復/%

98.7

≥90

T0662—2011

閃點/℃

330

≥230

T0611—2011

1.1.2溫拌劑

選用的3種溫拌劑基本技術性能見表2,根據(jù)其不同的降黏機理分為有機降黏型、表面活性型和發(fā)泡型。

2三種溫拌劑技術指標

名稱

狀態(tài)

密度/(

g·cm-3

)

成分類型

Sasobit

白色固態(tài)顆粒狀

0.91

有機降黏型

Evotherm

油狀液體

0.96

表面活性型

Aspha-Min

極細的白色粉末狀

合成人工沸石

1.98

發(fā)泡型

 

1.2試驗方案

利用高速剪切機制作三種溫拌改性瀝青,對于Sasobit和Evotherm,其制作的過程相對簡單,將瀝青加熱至165℃,放入溫拌劑,轉(zhuǎn)速升至4000r/min,并持續(xù)剪切40min,再放入175℃的烘箱中存放40min即可,但是對于Aspha-Min溫拌劑,由于其材料的特殊性,往往在高溫下產(chǎn)生大量水滴,所以并不適合高速旋轉(zhuǎn),故需下調(diào)轉(zhuǎn)速至3000r/min,瀝青的剪切時提高到1h,過后將其存放于175℃烘箱中40min,取出即可。剪切制成的溫拌改性瀝青應保證均勻且無明顯顆粒感。

對制成的溫拌改性瀝青展開基礎的物理性能測試,以評價溫拌劑對瀝青的基礎性能影響,進行黏度試驗,以評價其降黏效果,從而綜合比較3種溫拌劑對SBS改性瀝青的性能影響。溫拌劑摻量見表3。

3溫拌劑摻量

名稱

摻量/%

Sasobit

3

Evotherm

3

Aspha-Min

0.8

2試驗結(jié)果分析

2.1對SBS基本物理性能影響

4種瀝青展開基本物理性能測試,試驗結(jié)果

見圖1~圖3。


1針入度

由圖1可見,溫拌劑對瀝青的針入度的影響并沒有展現(xiàn)出一致性,其中3%摻量的SasobitAspha-Min降低了針入度,Sasobit加入能夠使得SBS的針入度下降達到16.7%,對針入度的降幅大于Aspha-Min,而相反的是Evotherm溫拌劑則能夠提升瀝青的針入度,但整體提升的幅度不大。原因在于3種溫拌劑有完全不同的材料性質(zhì),故而表現(xiàn)出相異的物理化學反應,Sasobit溫拌劑屬于合成蠟的材質(zhì),其在25℃的溫度下能夠快速結(jié)晶,并以一種晶體的網(wǎng)狀結(jié)構存于瀝青中,較大幅度地增大了瀝青的稠度和硬度。而Aspha-Min溫拌劑為人工沸石,本身密度較大,故提高了改性瀝青的整體密度,瀝青稠度表現(xiàn)出增大但不明顯。Evotherm溫拌劑提升SBS的軟化點則較為容易理解,在于Evotherm本身為油狀的液體,瀝青在一定程度上得到溫拌劑的稀釋,表現(xiàn)出更軟的質(zhì)地,針入度相應減小。


2軟化點

由圖2可知,Sasobit能夠有效提升SBS的軟化點,3%摻量的Sasobit能夠使SBS軟化點從79.2℃上升至92.1,增長幅度為16.3%,這說明Sasobit能夠較大程度提升瀝青在高溫下的穩(wěn)定性,原因一方面是Sasobit溫拌劑能夠在瀝青中產(chǎn)生物理作用,形成晶體的網(wǎng)狀結(jié)構,提升瀝青的整體穩(wěn)定性,另一方面是Sasobit具有比瀝青更高的熔點,這也拉升了改性后的SBS瀝青整體高溫性能。同樣,Aspha-Min的加入,也能夠使SBS的軟化點得到提升,3%摻量的Aspha-Min能夠使SBS改性瀝青的軟化點從79.2℃增長至81.5,增長幅度為3%,增長幅度很小,原因在于Aspha-Min并不能在瀝青中形成穩(wěn)定的分子結(jié)構,且熔點相較SBS改性瀝青也沒有較大的提升。不同于上述兩種,Evotherm則降低了SBS的高溫穩(wěn)定性,當Evotherm的摻量為0.8%時,SBS的軟化點從79.2℃下降至76.7,下降幅度為3.2%,分析其原因在于Evotherm屬于表面活性類溫拌劑,它的加入使得瀝青的流動性增強,從而使得改性瀝青表現(xiàn)出較低的熔點,但其摻入量并不大,故下降幅度也較小。



由圖3看出,SasobitAspha-Min的加入都使SBS改性瀝青的延度得到大幅度的下降,其中3%摻量的Sasobit加入使SBS延度從92.1℃下降至49.4,下降幅度為46.4%,接近一半,而Aspha-Min加入使SBS延度從92.1℃下降至53.2,下降幅度為42.2%,降幅稍小于Sasobit。原因在于Sasobit在較低的溫度下,以一種合成蠟的形式存在,增強了瀝青的稠度,瀝青變硬變脆,表現(xiàn)出較差的可塑性,延度顯著下降。而Aspha-Min則是由于其本身加大的密度材質(zhì),在低溫下也能夠阻斷瀝青分子之間的流動,瀝青塑性降低,低溫性能下降。反觀Evotherm溫拌劑則能使SBS低溫性能得到顯著增強,這主要得益于其表面活性的工作原理,瀝青分子之間產(chǎn)生一定的水膜,瀝青的流動性加強,延展性得到較大幅度提高,0.8%Evotherm即能夠使SBS延度從

92.1℃上升至117.3,增幅達到27.4%。

2.2SBS黏度影響

4種瀝青進行布氏黏度測試,以評價溫拌劑降黏效果,結(jié)果見圖4



4布氏黏度

從圖4可以看出,當溫度提高SBS和其他3種溫拌改性瀝青的黏度都有所降低,這是因為瀝青是感溫性材料,受到溫度的影響較大,溫度升高瀝青由彈性向黏彈性轉(zhuǎn)變,并最終轉(zhuǎn)化成流動狀態(tài)。從3種溫拌劑對SBS的影響來看,溫拌劑的添加使得SBS黏度得到降低,這有利于瀝青在較低的溫度下就能夠擁有較好的和易性,從而降低施工溫度。在135℃時,黏度大小排序為SBSAspha-MinSasobitEvotherm,其中Aspha-Min的降黏效果遠小于其它2種溫拌劑,這是因為Sasobit中的合成蠟和Evotherm都能夠在瀝青分子結(jié)構間產(chǎn)生物理作用,而Aspha-Min則是通過高溫下沸石中的水分蒸發(fā)形成發(fā)泡效應,其作用力相對較弱,且不可持續(xù)。當溫度為175℃時,黏度大小仍然排序為SBSAspha-MinSasobitEvotherm,但此時SBSAspha-Min溫拌瀝青的黏度差距不大,說明Aspha-Min的降黏效果在持續(xù)減弱。同時,SasobitEvotherm的黏度幾乎相同,兩種溫拌劑都保持了較好的降黏效果。

3結(jié)語

13%摻量的Sasobit、Aspha-Min添加降低了SBS的針入度,瀝青稠度增大,而Evotherm溫拌劑則由于本身油液態(tài),能夠增提升瀝青的針入度,但提升幅度有限。

(2)Sasobit溫拌劑的加入能夠在瀝青中形成晶體的網(wǎng)狀結(jié)構,瀝青的軟化點和整體穩(wěn)定性都得到提高,Aspha-Min的加入同樣提升了SBS高溫性能,但增長幅度較小。反觀Evotherm的加入則降低了SBS軟化點,但降幅在可接受范圍內(nèi),為3.2%

3SasobitAspha-Min的加入使SBS的延度得到大幅度下降,而Evotherm溫拌劑則提升了SBS延度,SBS的低溫性能得到顯著增強,這主要得益于其表面活性的工作原理,瀝青分子之間產(chǎn)生一定的水膜,瀝青的流動性加強,延展性得到較大幅度提高。

4)從溫拌改性效果來看,SasobitEvotherm溫拌劑的降黏效果要比Aspha-Min更為出色。