張慧生 吳 凡

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引言

瀝青溫拌技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)是較為成熟的技術(shù)，可以在降低溫度，減少能源消耗的同時(shí)，不影響瀝青路面的各種性能。目前國內(nèi)外瀝青常用的溫拌技術(shù)大致為表面活性劑類、有機(jī)降黏劑類以及瀝青發(fā)泡技術(shù)。

表面活性劑類與有機(jī)降黏劑是在瀝青中摻入各種溫拌劑實(shí)現(xiàn)降溫，不同種類的溫拌劑降溫機(jī)理也不同。而瀝青發(fā)泡溫拌技術(shù)，主要是通過發(fā)泡設(shè)備來對(duì)原樣瀝青進(jìn)行發(fā)泡，降低原瀝青的粘度，從而降低拌和與攤鋪壓實(shí)溫度。

結(jié)合前人研究發(fā)現(xiàn)添加溫拌劑的溫拌瀝青技術(shù)降溫幅度較大，但成本相對(duì)較高。而發(fā)泡瀝青成本較低，但降溫效果比不上添加溫拌劑技術(shù)的溫拌瀝青。本文研究的雙溫拌技術(shù)就是先將少量的溫拌劑添加到瀝青中充分?jǐn)嚢韬?，制得溫拌劑瀝青，再經(jīng)過發(fā)泡設(shè)備發(fā)泡，得到溫拌劑發(fā)泡瀝青，也可稱為雙溫拌瀝青。利用水發(fā)泡溫拌瀝青的低成本和溫拌劑技術(shù)的低拌和溫度，將兩者的優(yōu)勢(shì)有機(jī)地結(jié)合在一起。

1 原材料性質(zhì)

1.1 溫拌劑性能

本文選用三種溫拌劑Sasobit，M1，1102C，基本性能指標(biāo)見表1，表2。

表1 溫拌劑Sasobit

表2 溫拌劑M1，1102C

1.2 瀝青發(fā)泡機(jī)

本研究使用的是國內(nèi)自主研發(fā)的瀝青發(fā)泡機(jī)，該設(shè)備發(fā)泡效果主要是以膨脹率和半衰期這兩個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)的。結(jié)合之前的研究可以確定瀝青發(fā)泡的溫度為170 ℃，氣壓150 bar，用水量為1.5%。

2 溫拌瀝青性能

2.1 雙溫拌瀝青制備

本文所選用的原始瀝青為SBS改性瀝青，在原始瀝青中分別添加溫拌劑Saso，1102C，M1，從而分別得到SBS-Saso，SBS-1102C，SBS-M1溫拌瀝青，再將三種溫拌瀝青經(jīng)發(fā)泡設(shè)備發(fā)泡得到SBS-Saso-發(fā)泡、SBS-1102C-發(fā)泡、SBS-M1-發(fā)泡三種雙溫拌瀝青。其中溫拌劑Saso摻量定為瀝青質(zhì)量的1.5%，溫拌劑1102C的摻量定為瀝青質(zhì)量的0.75%，溫拌劑M1摻量定為瀝青質(zhì)量的0.5%。

2.2 溫拌瀝青性能研究

研究SBS改性瀝青,SBS-發(fā)泡,SBS-Saso，SBS-Saso-發(fā)泡,SBS-1102C，SBS-1102C-發(fā)泡,SBS-M1，SBS-M1-發(fā)泡8種瀝青的三大指標(biāo)及135 ℃粘度，試驗(yàn)結(jié)果分別見表3，圖1。

表3 各溫拌瀝青性能指標(biāo)

將各種溫拌瀝青發(fā)泡前后進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，除軟化點(diǎn)變化幅度較大，其余各項(xiàng)指標(biāo)變化較小，主要跟各實(shí)驗(yàn)時(shí)間有關(guān)，針入度、延度實(shí)驗(yàn)時(shí)間皆在3 h左右，發(fā)泡瀝青中的微小氣泡幾乎損失殆盡，因此發(fā)泡前后的針入度與延度幾乎一致。粘度實(shí)驗(yàn)時(shí)間在1.5 h左右，發(fā)泡瀝青中的微小氣泡有一定的損失，但仍然有一部分存在，所以瀝青的135 ℃粘度有所下降。而軟化點(diǎn)試驗(yàn)的時(shí)間約在45 min，仍有許多微小氣泡存在于發(fā)泡瀝青中，微小氣泡使原樣改性瀝青粘度下降，和易性有所提升，所以發(fā)泡瀝青的軟化點(diǎn)較低，也更易于拌和。

將僅添加溫拌劑的與原樣瀝青進(jìn)行對(duì)比，僅添加溫拌劑Saso，使得原SBS改性瀝青針入度、延度，以及135 ℃粘度有著較大幅度的降低，軟化點(diǎn)有著較為明顯的上升。主要原因?yàn)楫?dāng)實(shí)驗(yàn)溫度遠(yuǎn)低于溫拌劑Saso熔點(diǎn)時(shí)，Saso為固態(tài)，并在瀝青中形成了較為穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得瀝青變硬、變脆，降低溫度敏感性，因此較大幅度降低了瀝青針入度、延度，提高了瀝青軟化點(diǎn)。而當(dāng)瀝青溫度高于其熔點(diǎn)時(shí)，Saso能充分的分布在瀝青中，因此降低了瀝青粘度。而在添加了溫拌劑1102C以及M1后，原SBS改性瀝青各項(xiàng)性能都變化較小，主要原因溫拌劑1102C與M1屬于表面活性劑類溫拌劑，在與瀝青充分?jǐn)嚢韬髢?nèi)部的水溶液基本揮發(fā)，只剩下少量對(duì)瀝青影響很小的活性劑成分。

3 溫拌瀝青混合料性能最佳壓實(shí)溫度

3.1 瀝青混合料設(shè)計(jì)

本文采用抗車轍性能較好的SUP-20型混合料，最佳瀝青用量為4.16%，其級(jí)配見表4。

表4 SUP-20型瀝青混合料級(jí)配

3.2 溫拌瀝青混合料最佳壓實(shí)溫度

在最佳瀝青用量下確定各類型溫拌瀝青混合料的最為適合的壓實(shí)溫度。選取四種溫度，研究壓實(shí)溫度與空隙率之間的線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖4，表5所示。

當(dāng)以空隙率4.0%作為最優(yōu)空隙率，SBS-Saso-發(fā)泡最佳壓實(shí)溫度為136 ℃，SBS-Saso最佳壓實(shí)溫度為146 ℃，SBS-1102C-發(fā)泡最佳壓實(shí)溫度為128 ℃，SBS-1102C最佳壓實(shí)溫度為142 ℃，SBS-M1-發(fā)泡最佳壓實(shí)溫度為118 ℃，SBS-M1最佳壓實(shí)溫度為132 ℃，SBS-發(fā)泡最佳壓實(shí)溫度為143 ℃。不難發(fā)現(xiàn)，各雙溫拌技術(shù)降溫效果皆要優(yōu)于相對(duì)應(yīng)的單溫拌技術(shù)，其中SBS-M1-發(fā)泡降溫效果最優(yōu)，降溫幅度為42 ℃。

表5 溫拌劑瀝青混合料的空隙率與壓實(shí)溫度的關(guān)系

4 瀝青混合料路用性能研究及分析

4.1 瀝青混合料性能研究

在最佳壓實(shí)溫度的條件下，采用60 ℃車轍實(shí)驗(yàn)、浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)、凍融劈裂實(shí)驗(yàn)、低溫小梁實(shí)驗(yàn)、帶裂縫半圓彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、帶裂縫半圓彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)分別研究不同溫拌瀝青混合料的高溫性能、抗水毀能力、低溫性能、抗疲勞斷裂性能，其中為疲勞數(shù)據(jù)更加直觀，采用抗疲勞系數(shù)lnk/n表示瀝青混合料的抗疲勞性能，當(dāng)lnk/n越大表示抗疲勞性能越好。各項(xiàng)性能指標(biāo)如表6所示。

表6 各溫拌瀝青混合料路用性能

通過表6可見，影響混合料性能的主要因素為溫拌劑種類，而發(fā)泡對(duì)混合料性能影響較小，主要是因?yàn)榘l(fā)泡瀝青噴入的用水量?jī)H為瀝青含量的1.5%，在拌和及成件的過程中水分幾乎全部耗盡，所以基本不影響瀝青混合料性能。溫拌劑Saso較大程度地提高了瀝青混合料高溫性能、抗斷裂能力、抗疲勞能力；對(duì)水穩(wěn)定性能影響較??；對(duì)低溫性能產(chǎn)生了負(fù)面影響，但仍滿足規(guī)范要求。而溫拌劑M1，1102C較大程度地提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性能與抗疲勞性能，對(duì)高溫性能、抗斷裂能力、低溫性能影響較小。

4.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

通過研究各溫拌瀝青混合料的降溫效果以及路用性能，能夠發(fā)現(xiàn)各溫拌技術(shù)對(duì)混合料性能有著不同的影響，沒有一種溫拌技術(shù)能在混合料的各個(gè)性能上都表現(xiàn)得最好，因此針對(duì)這一狀況，本研究基于灰色關(guān)聯(lián)理論選出最佳的的溫拌技術(shù)。

4.2.1 灰色關(guān)聯(lián)理論原理

灰色關(guān)聯(lián)理論先確定比較序列與參考序列，對(duì)比比較序列與參考序列之間的發(fā)展趨勢(shì)和相似程度，然后基于灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)評(píng)價(jià)各影響因素對(duì)目標(biāo)值的影響程度，最后找到最重要的影響因素。參考序列一般由理想數(shù)據(jù)組成，可以為各指標(biāo)的最優(yōu)值組成，對(duì)比序列由不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值組成?；疑P(guān)聯(lián)理論一般分為以下幾個(gè)步驟：

首先確定n個(gè)實(shí)驗(yàn)方案以及相對(duì)應(yīng)的m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后確定參考數(shù)列與比較數(shù)列。參考數(shù)列為X0={X0(j)|j=1,2,3,…,m},比較數(shù)列為Xi={Xi(j)|j=1,2,3,…,m},i=1,2,3,…,n。

接著將上述序列按照下述公式進(jìn)行均值化處理：

(1)

(2)

然后計(jì)算參考數(shù)列與比較數(shù)列的關(guān)聯(lián)度系數(shù)：

(3)

最后計(jì)算關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度為各評(píng)價(jià)指標(biāo)與參考序列對(duì)應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)度系數(shù)的均值，具體公式如下：

(4)

通過比較關(guān)聯(lián)度的大小確定最佳溫拌技術(shù)，關(guān)聯(lián)度越大，則表示Xi向X0的發(fā)展趨勢(shì)越接近。

4.2.2 灰色關(guān)聯(lián)理論分析結(jié)果

選擇各種溫拌類型瀝青混合料的降溫幅度(X1)、動(dòng)穩(wěn)定度(X2)、殘留穩(wěn)定度(X3)、凍融劈裂強(qiáng)度比(X4)、極限彎拉應(yīng)變(X5)、半圓彎曲強(qiáng)度(X6)、lnk/n(X7)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇各實(shí)驗(yàn)方案所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)果作為比較序列(A1～A2)(見表7)，選擇各評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果的最佳值作為參考序列A0，具體見表8。依次根據(jù)式(1)～式(4)，先進(jìn)行均值標(biāo)準(zhǔn)化處理，再計(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)，最后計(jì)算關(guān)聯(lián)度，結(jié)果分別見表9～表11。

表7 比較序列

表8 參考數(shù)列與比較數(shù)列

表9 數(shù)據(jù)無量綱化處理結(jié)果

表10 關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表11 各種溫拌類型瀝青混合料的關(guān)聯(lián)度

通過表11結(jié)果可知，A7關(guān)聯(lián)度最高，即SBS-M1-發(fā)泡為最佳溫拌技術(shù)。

5 結(jié)論

1)僅摻溫拌劑Saso后，瀝青的軟化點(diǎn)上升，同時(shí)瀝青的25 ℃針入度、5 ℃延度以及135 ℃粘度降低，可以表明在摻入溫拌劑Saso后，瀝青的高溫性能得到提升而低溫性能下降明顯，并且可以明顯的降低瀝青粘度，而摻入溫拌劑1102C，M1后瀝青的軟化點(diǎn)、25 ℃針入度、5 ℃延度和135 ℃粘度變化不大，可以表明溫拌劑1102C，M1對(duì)瀝青的高、低溫性能、粘度影響較小。

2)原SBS改性瀝青以及三種添加單溫拌劑的瀝青，分別經(jīng)過瀝青發(fā)泡機(jī)發(fā)泡后的各項(xiàng)指標(biāo)與發(fā)泡前相對(duì)比，軟化點(diǎn)、135 ℃粘度下降明顯，25 ℃針入度、5 ℃延度變化不大。

3)每種雙溫拌技術(shù)的降溫效果都比其對(duì)應(yīng)的單溫拌劑技術(shù)好，再者降低一半溫拌劑摻量的雙溫拌技術(shù)的降溫效果也與推薦摻量的單溫拌劑技術(shù)相差無幾，達(dá)到了更環(huán)保更經(jīng)濟(jì)的目的。

4)雙溫拌技術(shù)在大幅度降低壓實(shí)溫度同時(shí)，其混合料性能并沒有因溫度降低而降低。影響混合料路用性能主要因素是溫拌劑種類的不同，且綜合來看，SBS-M1-發(fā)泡為最佳溫拌技術(shù)。