溫拌劑對瀝青針入度指標影響的試驗研究

■劉榮榮

（福建省福泉高速公路有限公司，福州 350011）

溫拌劑對瀝青針入度指標影響的試驗研究

■劉榮榮

（福建省福泉高速公路有限公司，福州 350011）

對添加不同溫拌劑瀝青進行針入度試驗，研究不同溫拌劑對瀝青針入度指標的影響。對比試驗結果，選擇更優的溫拌劑，有效降低瀝青混合料的施工溫度，并改善瀝青的高溫性能。

溫拌添加劑 瀝青針入度 抗變形能力

1 概述

全球性能源緊張以及氣候變化已成為國際社會普遍關注的重大問題，溫拌瀝青作為一種保持熱拌瀝青性能的前提下具有節約能源，減少有害氣體排放的新技術，具有很好的應用前景。

溫拌瀝青混合料以其獨特的優勢，被國內外研究學者關注，目前國內外溫拌技術主要有：

（1）瀝青降黏技術

選用一種或者幾種有機降粘劑，通過一定比例摻配于瀝青中，與瀝青較好相容，并在較低溫度下降低瀝青黏度、提高瀝青對集料的裹附能力，實現低溫拌和的目的。

（2）乳化瀝青降溫技術

采用高濃度乳液將瀝青進行發泡處理，并與一定溫度的集料直接進行拌和；由于高濃度乳液對瀝青進行乳化，降低瀝青黏度、提高對集料的裹附效果，而且高濃度乳液中含有一定比例的水，在與集料拌和過程中，該部分水由水蒸氣形式排除，提高瀝青混合料拌和流動性，實現低溫拌和目的。

（3）表面活性技術

表面活性劑一般由親油基與親水基組成，在瀝青混合料拌和過程中，親油基與瀝青結合致使親水基背離瀝青，在膠結料內部形成結構性水膜，該結構性水膜起到一定潤滑作用，從而提高混合料壓實程度。

（4）礦物法

在瀝青混合料拌和過程中，通過添加沸石粉末，使瀝青連續發泡并起到潤滑作用，從而實現瀝青混合料低溫拌和。

不同溫拌劑其作用機理不同，但實質均為降低瀝青黏度或者提高瀝青混合料和易性而實現低溫拌和、壓實的目的。

2 溫拌劑簡介

溫拌劑從改性機理上可分為上述降粘、乳化、表面活性劑及礦物類四種；溫拌劑種類從形態上有液態、固態兩種類型，液態溫拌劑一般是直接加入瀝青罐中使用，固態溫拌劑一般是在拌合樓拌料時噴入拌鍋中使用，溫拌劑加入瀝青后，石料的加熱溫度、瀝青混合料的出料、壓實溫度均可以降低20～50℃。

本文采用目前國內較為成熟的重慶某品牌溫拌劑（溫拌劑1號）及上海某品牌溫拌劑（溫拌劑2號）兩種為試驗研究對象。

溫拌劑1號是一種新型聚烯烴類石油瀝青改性劑，外觀為白色或淡黃色固體小顆粒，采用的是瀝青降黏技術。溫拌劑1號能夠有效提高瀝青的軟化點，故能有效提高路面的抗變形能力，同時，溫拌劑1號提高瀝青在60℃的粘度，將有效保障瀝青與石料之間的裹覆，提高路面的抗變形能力。

溫拌劑1號的熔點約為115℃，在溫度低于熔點時，在瀝青中形成網狀的晶格結構，增大了瀝青的粘度，這有利于增強瀝青的穩定性；在溫度高于熔點時，溫拌劑1號以液體的形式存在于瀝青中，極大地降低了瀝青的粘度。溫拌劑1號能顯著降低瀝青在135℃時的粘度，顯著降低了瀝青混合料的施工溫度，且攪拌更均勻。溫拌劑1號加入到瀝青中，只需要機械簡單攪拌即可，不需要額外增加設備；溫拌劑1號添加到礦料中，即直接與礦料一起攪拌。另外，溫拌劑 1號在 120～150℃（140～170℃為佳）即可很好的溶解于瀝青之中，與瀝青的相容性好，儲存穩定，不會產生離析。

溫拌劑2號是一種基于表面活性劑技術的液體溫拌瀝青添加劑，具有不改變瀝青材料本身性質、幫助碾壓、增強混合料抗水損性能的技術特點。其技術核心是采用表面活性劑技術降低瀝青的表面張力，并改變瀝青在90℃～140℃時的流變性能，使瀝青在該溫度范圍內具有更好的鋪展性，從而保證瀝青混合料低溫拌合時的裹覆效果；同時表面活性劑親水集團在拌合過程中會俘獲石料內部毛細空隙含有的微量水分，在瀝青內部形成水膜潤滑結構，顯著增加瀝青混合料在低溫施工作業條件下的工作性。

在制備溫拌改性瀝青時，溫拌劑2號在 100℃左右會完全溶解于瀝青中，在高于100℃時都是以液體的形式存在于瀝青中，并與瀝青有較好的相似相容性質。因此只需要直接將溫拌劑添加到溫度高于120℃的瀝青中，再進行人工機械攪拌30min即可制得相應的溫拌瀝青。現場拌合樓制備溫拌瀝青也十分簡單，不需要改變現有的瀝青生產工藝。

3 添加溫拌劑瀝青針入度試驗

SBS改性瀝青具有良好的彈性、裂縫自愈性，與集料粘附性較基質瀝青有很大的改善，因此其抗水損害能力較基質瀝青強。本文選取廈門新立基SBS改性瀝青,按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）進行試驗[1]，SBS改性瀝青主要的試驗結果如表1。

表1 SBS改性瀝青主要的試驗結果

瀝青的針入度試驗是在規定的溫度和時間內，在規定的荷載下，標準針垂直穿入試樣的深度，實質上是一種剪切蠕變試驗，其物理意義為表觀粘度，它反映了瀝青在荷載作用下的變形能力。采用上述兩種不同形態溫拌劑，分別按照廠家推薦的摻量范圍，在溫拌劑不同摻量下進行瀝青試驗，試驗結果見表2及圖1～圖3。

表2 瀝青針入度試驗結果

圖1 龍孚溫拌瀝青針入度曲線圖

圖2 Sasobit溫拌瀝青針入度曲線圖

SBS 類（I-D）瀝青針入度的范圍為：30～60，故試驗所使用的 SBS改性瀝青和兩種溫拌劑在各自摻量氛圍內的瀝青針入度均滿足規范要求。溫拌劑2號對瀝青老化前后的針入度影響很小；溫拌劑1號的加入顯著降低了瀝青老化前后的針入度，但針入度比提高顯著。

4 針入度指標試驗分析

由表1及圖1、2可見，溫拌劑2號瀝青老化前和老化后的針入度隨摻量的增加變化均勻，沒有發生突變的現象，說明溫拌劑2號的摻量變化對瀝青感溫性能影響不是很大，并且對瀝青老化后的針入度影響不大。溫拌劑1號的瀝青針入度降低明顯，并隨著溫拌劑摻量的增加而降低，這說明添加了溫拌劑1號能使瀝青變硬，抵抗變形能力有所增加，因此添加溫拌劑1號溫拌劑的瀝青比添加溫拌劑2號具有更好的抗變形能力。

不同種類不同摻量溫拌劑下，瀝青老化后的針入度比如圖3。

圖3 不同摻量溫拌瀝青針入度比對比圖

由圖3可見，溫拌劑2號瀝青的針入度比略微提高，而溫拌劑1號瀝青的針入度比提高明顯，并且隨著摻量的增加而增大。通過不同類型的溫拌劑摻入瀝青后的針入度試驗，得出以下結論：

（1）溫拌劑2號對于瀝青針入度指標的影響很小，而溫拌劑1號對瀝青針入度指標的影響較大。這與兩種溫拌劑的作用機理有關。

（2）溫拌劑2號是水溶液，其作用機理是通過少量的表面活性劑、水與瀝青在拌合中的共同作用，借助強大的分散能力實現彼此融合，在膠結料內部形成較為穩定的結構水膜，水膜潤滑作用不受溫度影響，溫度下降時，水膜潤滑作用能夠很大程度抵消瀝青粘度增大的影響[2]，顯著增加瀝青混合料在較低溫度時的拌和工作性，從而實現溫拌，但其本身不具降粘的效果，而在制備溫拌瀝青時，其中的水溶液己經基本揮發，只殘留少量的表面活性成分，所以對瀝青指標影響不大。

（3）溫拌劑1號是固體小顆粒，其作用機理是通過降低瀝青膠結料的高溫粘度，但不降低其低溫粘度，從而降低瀝青混合料的拌合與壓實溫度，針入度明顯降低，表明溫拌劑1號使瀝青變硬、變稠，抗變形能力有所增加。

（4）添加溫拌劑1號的改性瀝青針入度比明顯高于添加溫拌劑2號的瀝青，表明老化對瀝青針入度的影響，添加溫拌劑1號的比添加溫拌劑2號的小。

5 結語

通過試驗研究發現，本次選用的兩種溫拌劑均可顯著降低瀝青的施工溫度。

基于表面活性的液體溫拌劑基本不影響瀝青針入度指標，相比于原樣瀝青，老化對瀝青的針入度影響較小，針入度比略有提高。聚烯烴類固體溫拌劑的加入顯著降低瀝青的針入度，且能提高瀝青的高溫抗變形能力，相比于原樣瀝青，老化對針入度影響更小，針入度比提高明顯。

[1]JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京：人民交通出版社,2011.

[2]邢向陽.溫拌瀝青混合料若干關鍵技術研究[D].長安大學,2010.