溫拌劑對(duì)瀝青性能影響研究分析

□文/師 蕾 李淵源

□李淵源/天津市市政工程研究院。

溫拌劑對(duì)瀝青性能影響研究分析

□文/師 蕾 李淵源

文章提出在瀝青中加入溫拌劑可以降低瀝青混合料拌和及壓實(shí)溫度，減少能量消耗，通過試驗(yàn)研究表明溫拌瀝青能達(dá)到（或接近）熱拌瀝青性能，延展能力增加并在低溫抗開裂試驗(yàn)中表現(xiàn)較好地抗裂性能。

溫拌劑；瀝青；拌和

傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料的拌和及壓實(shí)溫度為150～170℃。在瀝青中加入溫拌劑后，可降低拌和及壓實(shí)溫度35～50℃，減少30%的CO2等有害氣體以及固體粉塵等的排放。德國一項(xiàng)數(shù)據(jù)指出[1]，1t熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)，伴隨著8L燃料油的消耗，而拌和溫度降低30℃，可節(jié)約2.4L/t燃料油。由于較低的出料溫度減少了瀝青中輕質(zhì)油分的散失，可降低施工過程中有害氣體的揮發(fā)對(duì)操作人員健康的危害。本文針對(duì)以上特點(diǎn)，進(jìn)行多次重復(fù)性室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)外對(duì)溫拌瀝青路用性能的大量研究，通過試驗(yàn)比對(duì)，分析溫拌劑對(duì)于瀝青性能的影響。

1 原料制備

原樣瀝青為濱州70A級(jí)道路石油瀝青和SBS改性瀝青；溫拌劑為一種陽離子表面活性劑，是白色粉末狀小顆粒；通過與瀝青融合制成溫拌瀝青。由于此種溫拌劑是典型的長鏈銨鹽，含多個(gè)親水胺基和較長碳鏈的親油基，微觀狀態(tài)類似帶有小球長棒，在與瀝青融合時(shí)，較長的碳鏈可以插入到瀝青微粒中。加熱瀝青，使瀝青由固態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)，加入溫拌劑，攪拌，用溫度計(jì)控制瀝青溫度。此時(shí)瀝青中會(huì)有一些泡沫產(chǎn)生，為溫拌劑活化過程中產(chǎn)生的泡沫。移入恒溫烘箱中，135℃恒溫發(fā)育1h，瀝青中的泡沫消失，攪拌，瀝青混合均勻。取一滴瀝青滴入顯微鏡觀察片上，用光學(xué)顯微鏡觀察，只觀察到黑色，未見到明顯的白色原點(diǎn)，此時(shí)認(rèn)為瀝青與溫拌劑混合均勻。以同樣的方式制備SBS改性瀝青，可得到相同的結(jié)果的溫拌改性瀝青。

2 基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系分析瀝青性能

按照J(rèn)TJ052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》之 T0604、T0605、T0606，對(duì)原樣瀝青和加入溫拌劑瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度以及TFOT老化后試樣針入度和延度試驗(yàn)進(jìn)行多次重復(fù)性試驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)。見表1。

表1 原樣瀝青與加溫拌劑瀝青試驗(yàn)比對(duì)

由表1可知，加入溫拌劑的瀝青針入度增加，軟化點(diǎn)降低，均符合相應(yīng)型號(hào)所對(duì)應(yīng)參數(shù)的技術(shù)要求。與原樣瀝青相比較，瀝青硬度減低，軟化時(shí)的溫度降低，相應(yīng)的拌和時(shí)瀝青由固態(tài)變?yōu)檎吵硪簯B(tài)的溫度降低了。瀝青延展能力可以通過瀝青在恒溫水浴中一定速率拉伸長度來測(cè)量。與原樣瀝青相比較，分別在恒溫10、5℃下測(cè)量，加入溫拌劑的的瀝青與原樣瀝青相比瀝青延度增加。TFOT老化試驗(yàn)（是模擬瀝青在拌和、攤鋪筑路后老化性能的試驗(yàn)[6]），163℃恒溫加熱5h后，測(cè)量瀝青延度試驗(yàn)，加入溫拌劑的瀝青延度增加，瀝青延展能力有所提高。

3 瀝青旋轉(zhuǎn)粘度性能分析

采用瀝青Brookfield粘度計(jì)法測(cè)定瀝青粘度并通過不同溫度的粘度曲線測(cè)定不同種瀝青混合料施工溫度。本方法是測(cè)定牛頓流體或非牛頓流體之剪應(yīng)力與剪變率之比即瀝青表觀粘度，通過一個(gè)轉(zhuǎn)子在瀝青試樣中的轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)定相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力所反映出來的扭矩[4]。一般而言，瀝青面層，特別是瀝青混凝土和瀝青碎石混合料面層的使用性能與瀝青粘度有很大關(guān)系。瀝青粘度對(duì)瀝青和礦料混合料的工藝性質(zhì)有較大影響。對(duì)瀝青路面耐久性和穩(wěn)定性來說，瀝青粘度應(yīng)使用在不同溫度下，瀝青粘度數(shù)值范圍變化應(yīng)小的[5]。本文根據(jù)比對(duì)數(shù)據(jù)，研究瀝青的粘度，通過不同的溫度下對(duì)應(yīng)的粘度數(shù)值，評(píng)價(jià)對(duì)于瀝青路面的影響。通過得出所選瀝青在不同溫度下的粘度數(shù)值，變化范圍較小，對(duì)于瀝青路面的施工工藝影響較小。加入溫拌劑的瀝青與原樣瀝青相比較粘度減低，但降低程度不大。見表2。

表2 不同中瀝青的粘度參數(shù)

4 基于SHRP體系分析瀝青路用性能

1987年美國建立了一項(xiàng)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃，此項(xiàng)計(jì)劃是通過多年測(cè)量路面車轍、抗裂等破損形式，采集大量數(shù)據(jù)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，根據(jù)瀝青瀝青材料的粘彈性能的本質(zhì)用流變學(xué)指標(biāo)進(jìn)行量化，提出高溫和低溫下與路面使用性能相關(guān)的流變特性指標(biāo)[6]。在加載條件注入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，能確切地反映瀝青的粘彈特性與瀝青膠結(jié)料所能提供的原樣車轍因子（G’/sinδ）、抗疲勞車轍因子（G’·sinδ）和體現(xiàn)低溫性能的抗低溫開裂的能力（瀝青蠕變勁度S和殘留瀝青m值），將瀝青的指標(biāo)與實(shí)際路用性能緊密地聯(lián)系起來。

4.1 高溫性能

高溫性能可以通過抗車轍能力動(dòng)態(tài)剪切來檢測(cè)，它可以模擬瀝青運(yùn)輸、儲(chǔ)存時(shí)的性能，體現(xiàn)瀝青高溫下穩(wěn)定的性能。δ為應(yīng)力與應(yīng)變的時(shí)間滯后相位角。G是復(fù)合剪切模量，可以測(cè)量出材料重復(fù)剪貼變形時(shí)總阻力的度量，了解瀝青在使用狀態(tài)下粘彈特性。在較高溫度下，為保證瀝青面層既有較好的穩(wěn)定性又有較好的抗車轍能力，瀝青材料應(yīng)具有相對(duì)較高的儲(chǔ)存模量和較小的相位角，以利于形變的彈性恢復(fù)。

試驗(yàn)方法按照美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃-SHRP中瀝青和瀝青混合料規(guī)范、試驗(yàn)方法，進(jìn)行評(píng)定和試驗(yàn)，通過試驗(yàn)比對(duì)，瀝青能同時(shí)滿足相對(duì)應(yīng)的同一級(jí)別參數(shù)要求，加入溫拌劑瀝青的高溫性能達(dá)到（或接近）原樣瀝青的高溫性能對(duì)應(yīng)的參數(shù)要求。見表3和表4。

表3 70A與溫拌瀝青高溫性能比對(duì)

表4 SBS改性與溫拌改性瀝青高溫性能比對(duì)

4.2 低溫抗開裂性能

低溫抗開裂性能可以用彎梁流變?cè)囼?yàn)來測(cè)量，用蠕變載荷模擬溫度下降時(shí)路面中所產(chǎn)生的應(yīng)力。蠕變勁度（S）為瀝青抵抗永久變形的能力，在衡量瀝青路面由于溫度引起收縮產(chǎn)生應(yīng)力大小的尺度，當(dāng)S增加，受到的應(yīng)力（因溫度而收縮）增加，導(dǎo)致出現(xiàn)溫度裂縫，蠕變勁度越大，則可以體現(xiàn)瀝青塑性差，呈現(xiàn)脆性，路面容易開裂。m值是S隨時(shí)間變化的對(duì)數(shù)曲線斜率，m值越大意味著溫度下降而使路面產(chǎn)生收縮時(shí)拉應(yīng)力減小，進(jìn)而降低了路面發(fā)生低溫開裂的可能性[7]。

本文用加入溫拌劑瀝青與原樣瀝青低溫性能做出比對(duì)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，加入溫拌劑的瀝青蠕變進(jìn)度相對(duì)略小，在低溫下引起溫度收縮是應(yīng)力減小，與之對(duì)應(yīng)的m值略有增加，在收縮時(shí)拉應(yīng)力減小，瀝青抵抗開裂的可能性略有增加。見表5。

表5 低溫抗開裂試驗(yàn)比對(duì)

5 結(jié)論

1）溫拌劑作為一種表面活性劑，在與瀝青融合后可減低瀝青加熱由固態(tài)變?yōu)檎吵硪后w時(shí)的溫度，基于國內(nèi)傳統(tǒng)體系分析，溫拌劑可提高瀝青延展能力。

2）通過瀝青粘度試驗(yàn)分析得出，在瀝青中加入溫拌劑可以降低瀝青粘度并結(jié)合國內(nèi)外對(duì)溫拌瀝青路用性能的大量研究[2～3]，推出降低與礦料拌和及壓實(shí)時(shí)的拌和溫度和壓實(shí)溫度35～50℃，減少鋪路過程中溫室氣體和有害氣體等排放。

3）基于SHRP評(píng)價(jià)體系，結(jié)合本文試驗(yàn)結(jié)果，表明溫拌劑對(duì)瀝青低溫抗開裂性稍有影響，與原樣瀝青相比，抗低溫開裂性能稍有增加。

[1]李德超.溫拌瀝青混合料技術(shù)綜述[J].石油瀝青，2010，（22）5：1-5.

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[3]侯月琴.溫拌瀝青混合料性能研究[D].西安：長安大學(xué)，2008.

[4]JTJ052—2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5]沙慶林.高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面[M].北京：人民交通出版社，1998.

[6]王金勤，張艷莉，李劍新.Superpave規(guī)范對(duì)評(píng)價(jià)中國石油高等級(jí)道路瀝青路用性能的適應(yīng)性研究[J].中國道路瀝青，2006，（5）：10-15.

[7]汪太龍，魏 民，王憲宇，等.國內(nèi)外十種道路瀝青低溫性能的比對(duì)研究[J].道路瀝青與材料設(shè)施，2005，（4）：13-15.

U414

C

1008-3197（2011）01-46-03

2011-01-11

師 蕾/女，助理工程師，學(xué)士，天津市市政工程研究院，從事瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)檢測(cè)工作。

□李淵源/天津市市政工程研究院。