温拌剂Sasobit对沥青粘弹性能影响试验研究

温拌剂Sasobit对沥青粘弹性能影响试验研究

热拌沥青混合料在施工过程中会消耗大量的能源,排出大量的废气,影响了自然环境和施工人员的健康,同时热拌沥青混合料对施工季节有较为严格的要求。为了解决上述问题,目前多采用温拌沥青的技术降低沥青混合料在拌和施工时的温度,国内外对温拌沥青的路用性能进行了较多的研究,认为温拌沥青混合料不仅可以降低20%~30%的能源消耗,其路用性能也可以接近甚至达到普通热拌沥青混合料的性能。

现有对温拌沥青的研究侧重于施工温度的降低及路用性能的比较,对其流变性能的研究也较多,李宏志对温拌沥青胶浆的流变性能进行分析,对胶浆流变性能的影响因素如沥青类型、温拌剂用量、粉胶比等进行分析;张智强分析了温拌沥青的流变性能,但其主要是对比了不同添加剂对流变性能的作用,而未考虑温拌剂用量对流变性能的影响。

该文采用Sasobit作为沥青的降粘剂制备温拌沥青,对其流变性能和粘度特征进行试验,并对剪切速率影响温拌沥青的粘度变化规律进行了分析。

试验材料与方法

试验材料

试验时的沥青材料为70#基质沥青,按照SHRP的分级方法为PG76-28,技术性能是25℃针入度为62、15℃的延度大于150cm、软化点为47.6℃,闪点约为342℃。温拌剂采用的是南非SASOL公司生产的Sasobit,其物理技术指标为25℃的密度为0.93g/cm3,135℃的粘度为0.012Pa·s,凝固点约为100℃。

试验方法

(1)旋转粘度试验。粘度采用Brookfield旋转粘度计测定,试验温度为85~135℃,该温度比较接近热拌沥青混合料的拌和温度。考察不同的温拌剂用量在不同的温度对沥青粘度性能影响。在分析剪切速率对粘度性能的影响时,为了具有更好的对比效果,试验时选取了76℃的粘度与124℃的粘度变化规律对比。

(2)动态剪切流变试验。沥青的动态剪切流变试验在动态剪切仪DSR上进行,试验时的频率为10rad/s,试验温度为76℃。

试验结果讨论

温拌剂对流变性能的影响

在此次的流变性能试验中,选取的温拌剂用量为0、1%、2%、3%及4%,在76℃温度下对其流变性能进行试验。

可知:相位角的变化与Sasobit掺量关系密切,其随着掺量的升高呈现出迅速降低而后缓慢增加的趋势,并在掺量1.5%时,相位角达到最低值。这是因为Sasobit是降粘性材料,其使得一定温度下沥青的粘度降低,沥青材料的粘弹性质中的粘性成分减少,流动性增强,表现为沥青材料的相位角降低,但随着其掺量的进一步增大,相位角呈现出缓慢的增长趋势,表明Sasobit掺量存在着适宜的范围。

可知:复数模量G*、储存模量G′和抗车辙因子G*/sinδ的图形存在着相似的变化规律,即随着Sasobit掺量的增加,3个指标均表现为先增大后减小的趋势。复数模量G*可用来表征沥青结合料抵抗荷载变形的能力,给出了Sasobit掺量变化对沥青结合料复数模量G*的影响,可见,随着Sasobit掺量的增大,沥青结合料的复数模量G*呈现先增大后减小的趋势,这说明Sasobit会提高沥青结合料的抗变形能力,但这种抗变形能力的增长趋势会受到Sasobit掺量的影响。

储存模量G′可反映沥青材料的弹性性能,该值越大表明材料的弹性性能越好,在高温条件下,希望沥青具有足够的弹性以利于其形变的恢复。表明沥青结合料的储存模量与Sasobit掺量存在明显的关系,Sasobit掺量增多,其抗疲劳能力先急剧增大而后缓慢降低,表明Sasobit提高了沥青的弹性性能。

根据沥青的复数模量G*和相位角δ的结果,可以得出沥青结合料的抗车辙因子G*/sinδ,其表征着沥青结合料的抗车辙能力和沥青混合料的高温永久变形能力,该值越大沥青的抗永久变形能力越强。反映了随着Sasobit掺量增加,沥青的抗车辙性能提高,但在2%的掺量时抗车辙因子达到最大值后,抗车辙的性能随着Sasobit掺量持续增加呈现缓慢的降低趋势,表明此时提高温拌剂的用量对抗车辙因子的增强效果已经不明显。

温拌剂对沥青粘度性能的影响

粘度可以表征沥青结合料的抵抗变形的能力和温度敏感性,其主要是由于沥青内部分子结构的内摩擦力形成的。

可知在较高的温度时如135℃,沥青结合料的粘度随着Sasobit用量的增加而呈现降低的趋势,但这种趋势在温度降低时如100℃时却呈现相反的规律。因此从沥青结合料的粘度试验结果可知:Sasobit的加入会降低高温时的粘度,而提高低温时的粘度。从试验结果可知:这种变化趋势存在着转折的温度点,且这个温度点与Sasobit用量的关系不大,可知:对于PG76的沥青结合料,该转折温度点约为101℃。

该转折温度主要与Sasobit的物理化学性质有很大的关系,Sasobit的熔点是100℃左右,当试验的温度高于其熔点时,Sasobit在沥青中的形态为液体,其降粘效果显著,对沥青的粘度降低明显,Sasobit的加入会降低沥青的粘度。但当试验温度低于熔点时,Sasobit在沥青中主要为网状的结构,使得沥青的连接性增强,沥青的凝胶结构特征明显,表现为沥青的粘度提高,此时随着Sasobit的加入,沥青结合料的粘度反而会提高。

粘度与剪切速率的关系

沥青在拌和过程中,其温度和搅拌速率都有变化,因此,需要分析不同搅拌剪切情况对沥青粘度的影响。在试验分析时,分别调整不同的剪切速率。为了更好地对比分析剪切速率对粘度的影响,此次试验选取了76和124℃进行对比。

可知:在76℃时,粘度的变化对剪切速率较为敏感,随着剪切速率的提高,沥青混合料的粘度降低明显。虽然粘度对剪切速率的变化也存在类似的趋势,但粘度的变化幅度明显减小,反映出在124℃时,剪切速率的变化对沥青混合料的粘度变化不大,这表明在高温时沥青的牛顿流体特征更为明显,剪切速率的影响较小。

SHRP计划的研究结果推荐在不同温度下以转速为20t/min时的粘度结果来获知沥青混合料的拌和和压实温度。根据此次试验的仪器参数,该转速对应的剪切速率为6.8s-1,但如果拌和和压实过程中的实际剪切速率超过该速率,根据试验获取的粘度比实际的粘度大,那么对应的预估压实温度会较大,在施工时,可适当地降低温度。同样地,如果实际的剪切速率低于6.8s-1,根据试验获取的粘度比实际的要小,施工时,可适当提高温度。

结论

(1)从流变试验可知:随着Sasobit掺量的进一步增大,相位角呈现出缓慢的增长趋势,复数模量、储存模量和抗车辙因子均呈现先增大后减小的趋势。

(2)从粘度的试验结果可知:在较高试验温度时,沥青混合料的粘度随着Sasobit用量的增加而呈现降低的趋势,但这种趋势在试验温度降低时却呈现相反的规律,粘度的这种变化趋势存在着转折的温度点。

(3)低温时,粘度的变化对剪切速率较为敏感,随着剪切速率的提高,沥青结合料的粘度降低明显。在高温时,虽然粘度对剪切速率的变化也存在类似的趋势,但粘度的变化幅度明显减小。同时该文发现沥青的剪切速率与拌和和压实过程中的温度密切相关,在生产时,应根据实际的剪切速率与试验时的剪切速率比较,以便相应地调整施工温度。


(4)通过此次研究可得,当Sasobit掺量为2%时,温拌沥青的粘弹特性可以达到最优,因此该文推荐的Sasobit掺量为2%。

Copyright 2016 北京市京联鑫路用材料有限公司 All Rights Reserved

 
QQ在线咨询
咨询热线
0316-3180665