新型化学温拌剂对沥青粘度及混合料性能的影响.pdf

doi:10. 3963/j. issn. 1674 - 6066. 2015. 01. 003 新型化学温拌剂对沥青粘度及混合料性能的影响 夏君华1 , 李 寻2, 郑林威3 (1.湖北省路桥集团有限公司, 武汉430057;2.江西省高速公路投资集团景德镇管理中心, 景德镇333000;3.湖北省汉十高速公路管理处, 武汉430051) 摘 要: 通过掺入3种不同比例的Rediset温拌剂到基质沥青和改性沥青制备温拌沥青, 利用布洛克菲尔德旋转 粘度计测定温拌沥青在不同温度下的粘度, 结果表明不同掺量的温拌剂对沥青粘度影响较小, 并且确定温拌剂最佳 掺量为2%。通过成型温拌沥青与热拌沥青马歇尔试件进行测试, 发现两者马歇尔孔隙率、 稳定度以及残留稳定度性 能相当且都满足 沥青路面施工技术规范 要求。马歇尔实验结果显示粘温曲线不宜作为该类温拌剂温拌效果主要 评价方法, 应结合混合料的压实特性、 沥青润滑特性等进行评价。 关键词: 温拌沥青; 化学添加剂; 沥青粘度; 空隙率 Effects of Innovative Chemical Additives on Binder Viscosity and Mixture Properties XIA Jun - hua 1,LI Xun2, ZHENG Lin - wei 3 (1. Hubei Provincial Road and Bridge Co,Ltd,Wuhan 430057,China;2. Jiangxi Provincial Expressway Investment Group Jingdezhen Management Center,Jingdezhen 333000,China;3. Hubei Hanshi Expressway Administration Office,Wuhan 430070,China) Abstract: Warm mix asphalts containing various contents of chemical additive were investigated. The viscosities of warm mix asphalt were measured by Brookfield viscometer at different temperatures. Test results indicated that the in - fluence of chemical additive on the binder viscosity was limited and the optimum content was determined as 2% by weight. Marshall testing indicated that the air void and Marshall stability of warm asphalt mixture Marshall were com - pared to the ones of hot asphalt mixture and can meet the requirements of technical specifications.Viscosity - tempera - ture curve was found to be unable to evaluate the workability of warm mix asphalt containing chemical additives. New methods that take into account mixture compaction characteristic and lubricating effect should be considered. Key words: warm - mix asphalt; chemical additive; asphalt viscosity; air void 收稿日期:2014 - 12 - 08. 作者简介: 夏君华(1972 -) , 高级工程师. E - mail:xiajunhuasina. com 沥青混合料温拌技术是使沥青混合料的拌合温度介于热拌混合料与常温拌混合料之间。传统热拌沥青 混合料的拌和温度一般为150180 , 而温拌沥青混合料的拌和温度可降到100140 。沥青混合料温 拌技术的核心是利用一定的方法使得沥青在较低的温度下具有良好的润滑和粘结作用, 能够很好地粘附在 石料上, 同时增强了沥青混合料施工操作性, 拌合后的沥青混合料性能不会受到影响, 各项性能指标满足技 术规范要求。沥青混合料温拌技术不仅减少了沥青混合料拌合和摊铺过程中烟雾和有害气体排放量, 同时 也大大降低能源消耗, 路用性能优异, 施工环保健康, 延长施工季节, 提高施工效率, 更能够协助提高压实度, 减轻路面病害, 有助于实现全过程的绿色施工。 目前针对沥青温拌技术研究主要集中在通过泡沫法、 有机添加剂法、 化学添加剂法三种方法降低沥青拌 合温度到达温拌效果。沥青泡沫法最初是通过向沥青中添加水或者含有水结晶的试剂, 当水遇到高温沥青 通过搅拌形成泡沫沥青再与集料拌合; 有机添加剂就是含有较长化学链石蜡的化学剂, 在拌合时长化学链可 01 建材世界 2015年 第36卷 第1期 以保持石蜡的流动性降低沥青胶结料在拌合温度下的粘度, 使用有机添加剂一般可以使沥青混合料的拌合 温度降低2030 ; 化学添加剂是指包含乳化剂、 表面活性剂以及抗剥落剂等的化学试剂复合体, 通过改变 沥青胶浆内部结构改善其流动性, 使其粘度降低, 这种类型温拌剂能使沥青混合料的拌合温度降低20 左 右。 Rediset新型沥青温拌剂属于第三类, 通过向沥青中添加化学添加剂和表面活性剂等降低沥青的拌合温 度。为了研究化学温拌剂的温拌效果, 通过布洛克菲尔德旋转粘度计测定不同掺量下温拌剂对沥青施工粘 度的影响, 对比分析温拌沥青与热拌沥青的马歇尔孔隙率, 稳定度以及残留稳定度, 最后采用旋转压实试验 分析温拌沥青混合料的施工和易性。 1 原材料与试验方法 1. 1 原材料 实验所用沥青为辽宁盘锦90号重交通道路基质沥青和SBS改性沥青。基质沥青的软化点为48. 5 , 25 针入度为72 mm,5 延度为61 cm;SBS改性沥青的软化点为83. 5 ,25 针入度51 mm,5 延度 为58 cm。温拌剂是由瑞典阿克苏诺贝尔公司生产的Rediset新型沥青温拌剂, 分别按照0,1. 5%,2%, 2. 5%质量百分比将温拌剂直接掺入基质沥青和SBS改性沥青中, 搅拌10 min后制备得到粘度实验所需温 拌沥青。 通过马歇尔试验设计方法确定试验所用矿料级配类型为AC - 13级配, 合成级配的最佳油石比为4. 8%, 矿料合成级配如表1所示。 表1 AC - 13混合料矿料合成级配 筛孔尺寸/mm 1613. 29. 54. 752. 361. 180. 60. 30. 150. 075 级配上限 100100856850382820158 级配下限 100906838241510754 合成级配 10098. 982. 252. 731. 922. 315. 611. 08. 67. 2 1. 2 试验方法 通过布洛克菲尔德旋转粘度计测量不同温拌剂含量的温拌基质沥青和温拌改性沥青粘度, 结合基质沥 青和SBS改性沥青在实际应用中拌合温度和压实温度, 温拌基质沥青的实验温度定为115175 , 温拌改 性沥青的实验温度定为135185 。 通过粘度试验确定温拌剂的最佳掺量, 分别用基质沥青和改性沥青作为胶结料, 用马歇尔设计方法设计 AC - 13型连续密级沥青混合料, 成型多组马歇尔试件进行测试, 对比基质沥青和温拌基质沥青成型马歇尔试 件体积性能, 稳定度以及残留稳定度。通过旋转压实试验, 以热拌沥青混合料作为参照, 在降低压实温度 20 下分析温拌沥青混合料的压实特性。 2 结果与讨论 2. 1 粘度试验 沥青的粘度是用来衡量沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力, 粘度值的大小与沥青混合料施工和易 性密切相 关, 如 沥 青 混 合 料 拌 合 温 度 和 压 实 温 度 通 常 通 过 粘 度-温 度 曲 线 进 行 确 定, 将 沥 青 粘 度 为 (0. 170. 02)Pas所对应的温度为拌合温度, 将沥青粘度为(0. 280. 03)Pas所对应的温度为压实温 度。沥青粘度越低, 混合料的拌合和碾压温度也就越低。由于改性沥青的粘度比基质沥青粘度高, 规范要求 改性沥青混合料的施工温度较普通沥青混合料高1020 。图1为不同掺量下温拌基质沥青和改性沥青 的粘温曲线。在测试温度范围内基质沥青和改性沥青的粘度随着温度的增加急剧下降, 但改性沥青的粘度 整体高于基质沥青。按拌合温度和压实温度的定义, 结合粘度-温度曲线可确定基质沥青的拌合温度和压实 温度分别为151143 , 而改性沥青粘度高, 按粘温曲线确定的拌合温度要大于190 , 明显偏高, 易导致 沥青老化。改性沥青粘温曲线也说明改性沥青混合料施工温度要求高, 在气温低、 风速大的天气条件下混合 料散热快, 易产生压实问题, 因此掺入温拌剂来降低施工温度, 延长混合料有效压实时间具有重要的实用价 11 建材世界 2015年 第36卷 第1期 值。 掺入温拌剂 后, 基 质 沥 青和改性沥青粘度未出现显 著变化, 使得其拌合温度和 压实温度只出现3 5 差 别, 与预期降低2030 有 很大差距。随着温拌剂掺量 的增加, 温拌剂对基质沥青 和改 性 沥 青 的 粘 度 影 响 很 小。当温拌剂掺量为2%或 2. 5%时, 两种不同掺量测得 粘度值几乎相等, 差值很小, 由此确定温拌剂的最佳掺量 为2%。从两种温拌沥青的 粘温曲线看,Rediset温拌剂 的降粘作用不明显, 宜从混合料的压实特性验证其实用效果。 2. 2 马歇尔试验分析 通过马歇尔设计方法确定的AC - 13连续密级配混合料, 成型多组马歇尔试件。热拌基质沥青混合料的 成型温度为145 , 热拌改性沥青的混合料成型温度为170 。温拌剂的掺量为沥青质量2%, 温拌基质沥 青混合料的成型温度确定为125 , 温拌改性沥青的混合料成型温度确定为150 。测试成型的马歇尔试 件的空隙率、 稳定度以及残留稳定度, 试验结果如表2和表3所示。对比温拌基质沥青与热拌基质沥青马歇 尔性能, 热拌沥青马歇尔试件的空隙率比温拌基质沥青小, 稳定度较大, 残留稳定度也较大, 相比之下热拌沥 青混合料的密实性和水稳定性能较好。但温拌沥青成型温度降低20 , 对应的马歇尔空隙率, 稳定度及残 留稳定度等性能均满足 沥青路面施工技术规范 要求, 而之前从温拌沥青粘度实验结果看, 温拌剂对沥青的 粘度降低效果不明显。由此可以得出对这种通过添加化学试剂来改变沥青在集料之间润滑性能的温拌剂, 粘度实验评价方法有其局限性, 应该研究新的技术措施来评价其温拌性能, 例如混合料的压实特性, 沥青润 滑作用等。 表2 温拌基质沥青与热拌基质沥青马歇尔性能对比 马歇尔性能温拌基质沥青热拌基质沥青施工技术规范要求 空隙率均值/% 4. 64. 446 稳定度/kN 10. 311. 28 残留稳定度/% 81. 684. 180 表3 温拌改性沥青与热拌改性沥青马歇尔性能对比 马歇尔性能温拌改性沥青热拌改性沥青施工技术规范要求 空隙率均值/% 4. 84. 646 稳定度/kN 11. 512. 08 残留稳定度/% 87. 689. 885 2. 3 旋转压实试验 为了分析温拌沥青混合料的压实特性, 开展了旋转压实试验, 利用不同旋转压实次数下对应的压实度进 行压实过程全分析。图2为温拌与热拌沥青混合料的旋转压实特性曲线。试验结果表明热拌基质沥青混合 料比热拌改性沥青混合料较容易压实, 这一结果与马歇尔击实试验结果相吻合, 也说明了用旋转压实曲线可 很好地评估沥青混合料施工和易性, 为温拌剂对沥青混合料压实的影响分析提供了新的评价方法。对于基 21 建材世界 2015年 第36卷 第1期 质沥青, 掺入温拌剂后, 温拌与热拌沥青混合料的压实曲线并未出现明显的区别, 表明了温拌剂对基质沥青 混合料改善效果有限。在改性沥青中掺入温拌剂后, 虽然其粘度下降较小, 但其旋转压实度出现了较大幅度 的提高, 且明显高于基质沥青混合料, 表明了温拌剂可很好地改善改性沥青混合料的施工和易性, 上述试验 也充分说明了温拌剂对沥青具有一定的选择性, 其更适用于高粘度的改性沥青混合料。 3 结 语 通过温拌沥青的粘度-温度曲线证实Rediset温拌剂对基质沥青和改性沥青降粘作用小, 不足以说明其 可降低沥青混合料施工温度, 达到温拌的效果。利用马歇尔试验检验了降温20 后温拌沥青混合料的性能 与热拌沥青相当, 可满足 沥青路面施工技术规范 要求。利用旋转压实试验可很好地评估不同热拌和温拌 沥青混合料施工和易性, 并证实了Rediset温拌剂对沥青具有选择性, 其更适用于改性沥青。 参考文献 1 杨 航.掺温拌剂的沥青及其混合料性能研究D.长沙: 长沙理工大学,2010. 2 许菲菲, 刘黎萍, 唐海威, 等.温拌沥青混合料与热拌沥青混合料性能对比J.