【文章內(nèi)容簡介】 類瀝青普適改性劑Sasobit（沙索比德）：一種是深圳海川工程科技公司生產(chǎn)的ECl20溫拌改性劑。Sasobit是經(jīng)由煤炭氣化，采用F—T法制成（是一種經(jīng)過工業(yè)考驗的,由煤間接液化獲得餾份油產(chǎn)物的方法）。它是一種窄分布的合成飽和碳氫化合物的混合物，是一種硬蠟，它與瀝青中的蠟在分子結(jié)構(gòu)上有很大的不同：瀝青中的蠟分子一般只含有22～40個碳原子而Sasobit分子是含有40～120個碳原子的長鏈脂肪烴。所以瀝青中蠟含量偏高會對瀝青的性能產(chǎn)生明顯的負面影響，但是摻入一定量的Sasobit卻不會出現(xiàn)這種問題。Sasobit的熔點在100℃左右，可以完全融解在溫度高于115℃的瀝青中，降低瀝青的粘度，使瀝青混合料拌和及壓實溫度降低。在溫度低于熔點時，則在瀝青中形成網(wǎng)狀的晶格結(jié)構(gòu)增加瀝青的穩(wěn)定性，提高路面在使用溫度范圍內(nèi)的抗車轍性能。經(jīng)試驗證明，Sasobit在高溫瀝青中簡單地機械攪拌即可均勻地融解分布于瀝青中且不離析，不必采用膠體磨或者高速剪切攪拌等復雜的加工工藝，與一般的PE或SBS等改性劑相比具有優(yōu)良的加工性能。 Sasobit的理化指標Tab materialization index of sasobit項目凝固點/℃閃點/℃135℃粘度/cp25℃針入度/25℃密度/典型值100約29012＜1ECl20溫拌改性劑是一種合成直鏈脂肪族碳氫混合物，其熔點為為100℃，溫度超過110℃時完全溶解于瀝青結(jié)合料中，在瀝青結(jié)合料中形成柵格結(jié)構(gòu)，這使溫拌改性劑很好的穩(wěn)定在瀝青結(jié)合料里，而不產(chǎn)生離析。溫拌改性劑可以明顯的降低瀝青的高溫粘度，且可增加瀝青的低溫（60℃）粘度，因此，在瀝青中摻加溫拌改性劑后不僅可以降低施工的拌和、壓實溫度，還可以增加瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。瀝青的老化是由于瀝青中的油類、膠質(zhì)逐漸減少，因為溫拌改性劑可以鎖定油類、蠟類組分，所以溫拌改性瀝青的抗老化性能較基質(zhì)瀝青好，EC120溫拌改性劑不僅是一種溫拌劑而且是一種提高抗車轍能力的改性劑。 表2．3 EC120的理化指標Tab materialization index of EC120項目凝固點/℃閃點/℃135℃粘度/cp25℃針入度/25℃密度/典型值9729011＜1 溫拌改性瀝青制備工藝如何將聚合物改性劑添加到瀝青中，并讓其具有很好的共溶性是改性瀝青制備的難點，這是因為在改性瀝青的制備過程中常常會涉及到一個相容性的概念。如果改性劑越容易分散，所得共混體系的穩(wěn)定度越大，它們的相容性越好。這就是我們想得到的結(jié)果，然而，具有良好性能的聚合物改性瀝青，這就要求它是一種在微觀上分相，在宏觀上均勻分布的體系。而且兩相之間能相互溶脹，即形成宏觀不分離，而微觀非均勻相結(jié)構(gòu)的多相體。在微觀多相體系中，聚合物每一組份以協(xié)調(diào)的方法對整個聚合物改性瀝青提供新的宏觀性質(zhì)，并保持其大部分獨立特性[29]。在熱力學上，聚合物改性瀝青是不相容的，通常的聚合物改性瀝青（如： SBS）的制備過程都可以簡化為高速剪切+低速攪拌熟化的過程，在這個制備的過程中，溫度、時間以及速率等因素對聚合物改性瀝青均有較大的影響。在高溫條件下，聚合物和瀝青在一起剪切、攪拌，將發(fā)生兩種過程。首先是聚合物被破碎成微粒，并與瀝青摻合起來，通過剪切、攪拌破碎的聚合物微粒的形狀是不規(guī)則的，微粒的尺寸隨攪拌過程進行而連續(xù)地減小。隨后是聚合物顆粒與瀝青的擴散將通過微粒邊界進行，邊界處的組成先發(fā)生變化，逐漸擴展至微粒內(nèi)，最終達到穩(wěn)定混合。如果不是聚合物先被打成小微粒，形成大量接觸面，擴散過程進行得很慢；在制備過程中，如果沒有擴散過程，即使多長時間連續(xù)不斷地攪拌也不能獲得穩(wěn)定的混合物。由此，破碎和擴散是整個均勻混合進程中兩種不同性質(zhì)的過程。前者是減小微粒的尺寸，增大比表面積；后者是消除混合物相鄰區(qū)域之間濃度上的差異，使之趨于均勻。所以，對于傳統(tǒng)的聚合物改性瀝青而言，高速剪切分散和低速攪拌熱化是制備優(yōu)質(zhì)的改性瀝青產(chǎn)品的兩個必要過程。然而這個過程卻會耗費相當長的時間，例如：SBS改性瀝青的制備需要高速剪切分散4～6小時，再低速攪拌熱化6～12小時，并且消耗大量的能源（SBS改性瀝青的制備溫度通常高于160℃）。本論文所采用制備溫拌瀝青的兩種溫拌改性劑ECl20和Sasobit，卻因為其本身的特性，可以省略這兩個制備步驟。這是因為ECl20和Sasobit都是低熔點的有機材料，其熔點都在100℃左右，在溫度高于120℃的瀝青中，兩種材料都是以液體的形式存在，可以和瀝青均勻的融合在一起并且不離析。所以在制備改性瀝青時，只需要將這兩種改性劑加在溫度高于120℃的瀝青中（在不老化的前提下溫度最好稍微高些的瀝青中），通過簡單的機械攪拌一段時間(通常為30min左右)即可制得[20]?？梢哉f，采用ECl20和Sasobit制備溫拌改性瀝青的其制備過程是簡單易行的，而且不太耗費能源的，這也是溫拌瀝青便于應用的優(yōu)勢之一。基質(zhì)瀝青預熱140℃基質(zhì)瀝青溫拌瀝青待檢試樣溫拌劑攪拌器 溫拌瀝青的制作藝流程圖Fig the production of warm bituminous目前我國的重交通石油瀝青技術(shù)要求是以針入度、軟化點和延度三大指標為核心內(nèi)容的，這樣做是基于以下考慮：針入度、軟化點和延度測試方法簡單，儀器成本低廉，操作方便，方法比較完善。軟化點升高、針入度減少就認為高溫穩(wěn)定性得到了改善：5℃的延度增加則認為低溫性能得到了提高。但是它與道路的實際使用性能沒有多少直接的聯(lián)系。但是隨著交通量的增大、軸載的增加、以及對公路服務質(zhì)量要求的提高，選用適宜的瀝青成為影響高速公路質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。論文中同時采用了針入度評價體系和SHRP性能分級體系，以期能夠準確的反映摻溫拌劑制各溫拌瀝青對瀝青路用性能的影響。①瀝青粘度試驗根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F402004）、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ 0522000），通常是通過粘溫溫度曲線確定瀝青混合料拌和及壓實的溫度（適宜于拌和的瀝青結(jié)合料粘度為170177。20cp，適宜于壓實的瀝青結(jié)合料粘度為280177。30cp）。所以，從粘溫曲線可以確定溫拌瀝青混合料拌和及壓實溫度的降低多少。Brookfield粘度計用于測量瀝青的高溫粘度。將少量瀝青樣品盛于恒溫控制的盛樣筒中，一個轉(zhuǎn)子在瀝青試樣中轉(zhuǎn)動，測定相應的轉(zhuǎn)動阻力所反映出來的扭矩。本試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（T06252000）操作。②旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(RTFOT)本方法適用于測定道路石油瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱加熱（簡稱RTFOT）后的質(zhì)量損失，并根據(jù)需要測定旋轉(zhuǎn)薄膜加熱后，瀝青殘留物的針入度、粘度、延度及脆點等性質(zhì)的變化，以評價瀝青的老化性能。由于試驗時瀝青膜更薄，只有5μm～10μm，時間可以縮短，且更加接近瀝青混合料拌和時的實際情況?，F(xiàn)在國內(nèi)一些單位已經(jīng)具備這項試驗設(shè)備，國內(nèi)研制的瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱也已經(jīng)鑒定產(chǎn)生。③壓力老化試驗（PAV）壓力老化試驗是將已經(jīng)經(jīng)歷過RTFO老化的殘留瀝青置于高溫高壓的環(huán)境下以模擬路面在服務了5年～7年后，瀝青混合料的體積特性、滲透性、集料的特性以及光熱等影響因素的共同作用下的老化。試驗方法參照AASHTO Standard Specification for Performance—Graded Asphalt Binder（2004）中的R28進行，本研究的試驗條件選定如下：老化溫度為100℃、老化時間為20小時。④動態(tài)剪切流變試驗(DSR)試驗方法采用平行板進行動態(tài)剪切（振蕩的）測試，復數(shù)剪切模量G*和相位角，確定瀝青的車轍因子（G*／sin）和疲勞因子（G*.sin）達到極限時的溫度，表征瀝青在高溫時的抗車轍性能和較低溫度狀態(tài)下的抗疲勞開裂能力。本研究采用美國TA公司生產(chǎn)的應變受控式動態(tài)剪切流變儀，測定車轍因子的應變水平約為10％～12％，測定疲勞因子的應變水平約為1％左右。試驗方法參照AASHTO Superpave性能分級標準及試驗規(guī)程（2004版）中的T315進行。⑤彎曲梁流變試驗（BBR）為了評價瀝青結(jié)合料的低溫性能，美國研究開發(fā)了SHRP彎曲梁流變儀，用來測定瀝青在極低溫度下的勁度，應用工程上梁的理論來測量瀝青小梁試件蠕變荷載作用下的勁度，以便反映瀝青結(jié)合料的抗低溫開裂特性。本研究采用美國CANNON公司生產(chǎn)的TEBBR，試驗方法參照AASHTO Superpave性能分級標準及試驗規(guī)程（2004版）中的T313進行。① 壓實方法本論文選用了三種混合料壓實方法：馬歇爾擊實、旋轉(zhuǎn)壓實、碾輪壓實。馬歇爾擊實成型法是目前國內(nèi)比較通用的混合料成型方法，試驗操作按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ0522000）中的T07022000進行。旋轉(zhuǎn)壓實（SGC）法是美國SHRP計劃的研究成果，目標是將瀝青混合料逼真的壓實到施工現(xiàn)場的密實狀態(tài)。在壓實過程中對三個方面進行控制，即軸向壓力，旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度，并且實現(xiàn)了壓實過程的監(jiān)控，進而可以將瀝青混合料的壓實性能和混合料的使用性能建立起關(guān)系。② 馬歇爾穩(wěn)定度試驗馬歇爾穩(wěn)定度試驗是目前瀝青混合料中最重要的一個試驗，為區(qū)別試驗時浸水條件的不同，將其分別稱為標準馬歇爾試驗、浸水馬歇爾試驗以及真空飽水馬歇爾試驗。使用大型試件時稱為大型馬歇爾試驗。是瀝青混合料配合比設(shè)計和瀝青路面施工質(zhì)量控制中最重要的試驗項目。試驗操作按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ0522000）中的T07092000進行。③ 車轍試驗車轍試驗是一種模擬實際車輪荷載在路面上行走而形成車轍的工程試驗方法。最大的特點是能夠充分模擬瀝青路面上車輪行駛的實際情況，通過自動檢測路面車轍深度。在檢測車的前端上安裝配有非接觸式位移傳感器的橫梁，并把傳感器同車內(nèi)的電腦相連，通過電腦對傳感器測得的數(shù)據(jù)進行自動處理以獲得路面車轍深度指標。其方法就是利用橫向布置的一排激光、超聲、紅外或其它非接觸式位移傳感器來快速連續(xù)測定路面車轍深度。在用于試驗研究時，可以改變溫度、荷載、試件厚度、尺寸、成型條件等來模擬路面的實際情況，得出各種變化因素對車轍變形的影響。隨著公路建設(shè)的發(fā)展，路面車轍深度的自動檢測將成為主要的檢測方法，也將是路面施工、驗收、養(yǎng)護、評價和管理部門必備的儀器本試驗選擇小型模擬試驗設(shè)備的車轍試驗，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ 0522000），車轍試驗是評價瀝青混合料在規(guī)定溫度條件下抵抗塑性流動變形能力的方法，通過板塊狀試件與車輪之間的往復相對運動，使試塊在車輪的重復荷載作用下，產(chǎn)生壓密、剪切、推移和流動，從而產(chǎn)生車轍。在試驗過程中測定試塊的變形與時間或車輪通過次數(shù)之間的關(guān)系，計算瀝青混合料的變形率或動穩(wěn)定度，分別表示為mm／min或次／mm。對于車輪行走速度為標準42177。1次／min的試驗機，可按下式()計算動穩(wěn)定度： 式()式中：DS一瀝青混合料的動穩(wěn)定度，次/mindl一對應于時間t1的變形量，mmd2一對應于時間t2的變形量，mmCl一試驗機類型修正系數(shù)，曲柄連桿驅(qū)動試件的變速行走方式為1．0，；C2一試件系數(shù)，；N一試驗輪往返碾壓速度，通常為42次／min。車轍試件成型方法：輪碾成型機，試件尺寸：300mmx300mmx50mm；試驗溫度：60℃，試驗輪接地壓強：。④ 低溫彎曲試驗瀝青混合料的低溫特性直接與路面的質(zhì)量緊密聯(lián)系著，瀝青混合料低溫性能差，將導致瀝青混合料低溫開裂。由于氣溫的急劇降低，瀝青混合料低溫性能不好，將會由于溫度應力使得瀝青混合料產(chǎn)生溫縮裂縫，因而低溫性能也是瀝青混合料路用性能的一個重要因素。瀝青混合料的低溫彎曲試驗是對規(guī)格尺寸的小梁試件在跨中給試件施加集中荷載至斷裂破壞的試驗，由破壞時的最大荷載求的試件的抗彎拉強度以MPa計，由破壞時的跨中繞度求的瀝青混合料的破壞彎拉應變，兩者之比值為破壞時的彎曲勁度模量以MPa計，按照瀝青混合料彎曲試驗規(guī)程《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（T0715—1993）進行，采用從輪轍成型的試件切割成30mm35mm250mm的小梁，跨徑為200mm，試驗溫度為10177?！?，加載速率為50mm／min，采用MTS材料試驗機。⑤ 水穩(wěn)定性試驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性直接決定著瀝青混合料的抗水損壞的能力，由于路面是暴露在大自然中的建筑物，經(jīng)常受到外部環(huán)境變化的影響，瀝青混合料水穩(wěn)定性良好是保證路面的因素之一。瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗主要是指凍融劈裂試驗，瀝青混合料的劈裂試驗時對規(guī)定尺寸的圓柱體試件，通過一定寬度的圓弧形壓條施加荷載，將試件劈裂直至破壞的試驗。我國通常采用制備馬歇爾試件，規(guī)格為φ101*100mm的1:1圓柱體，其標準為正反雙面各擊實50次，測定每個試件的高度h和密度，試件分兩組，每組不少于4個。一組試件在25℃水浴中浸泡2h后測試劈裂強度Ptl，～ kPa的真空條件下保持15min，再放入塑料袋中在18177。2℃冰箱中置放16177。1h。而后放到60℃水浴中恒溫24h，再放到25℃水中浸泡不少于2h后測試其劈裂強度Pt2。加載速率推薦采用50mm/min的標準加載速率，但是試驗目的的不同加載速率也可以不同。 第三章 溫拌改性瀝青粘度特性研究 35第三章 溫拌瀝青粘度特性研究對于瀝青混合料拌和及壓實溫度，目前通常采用粘溫曲線等粘溫度的方法來確定，用粘溫曲線確定瀝青混合料的施工溫度是基于基質(zhì)瀝青流變性質(zhì)的特點給出的經(jīng)驗