溫拌劑作用機理及溫拌再生瀝青老化特征研究

張威

摘要：為研究溫拌劑對溫拌再生瀝青混合枓的作用效果，文章采用溫拌瀝青與基質瀝青黏度和摩擦試驗分析溫拌劑對瀝青的作用機理，通過分析溫拌再生瀝青的針入度、軟化點、延度和黏度評價溫拌再生瀝青的老化特征。結果表明：（1）中等溫度條件下，溫拌劑主要通過摩擦作用提高溫拌瀝青的壓實性能;高溫條件下，溫拌劑主要通過控制黏度來改善溫拌瀝青的壓實特性。（2）與熱再生相比，溫拌再生瀝青針入度和軟化點明顯減少，延度增大，60℃和135℃黏度也較前者低;當舊料摻量達到50%時，瀝青針入度比降至45.5%，舊瀝青的脆性對再生后的瀝青混合物影響較大，在135℃時的運動黏度增長較大，會造成混合料的和易性下降，影響壓實度。

關鍵詞：道路工程;溫拌再生瀝青;溫拌劑;作用機理;老化特征

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.007

文章編號：1673-4874（2019）10-0021-04

0引言

目前國內的路面再生技術以廠拌熱再生為主，再生過程中，需要將新集枓加熱到190℃以上以充分熔融舊料表面的瀝青，加熱溫度過高帶來的直接結果是造成再生料中的舊瀝青二次老化，降低再生瀝青混合枓的使用性能。溫拌再生技術通過降低新石料的加熱溫度，借助溫拌劑的表面活性作用，在大功率攪拌作用下實現新舊混合料的充分混合，形成均勻的再生混合料，并且能顯著降低再生瀝青混合料的老化程度。

但目前國內外采用的溫拌劑品種較多，不同溫拌劑的作用機理各不相同。尤其是一些以蠟為主要成分的溫拌劑，還會給瀝青混合料的性能帶來一定的負面影響，需謹慎使用。本文采用的溫拌劑為表面活性劑，通過對溫拌瀝青與基質瀝青黏度和摩擦系數進行檢測，分析溫拌劑對瀝青的作用機理，并通過溫拌再生瀝青的針入度、軟化點、延度和黏度評價溫拌再生瀝青的老化特征。

1原材料與溫拌劑作用機理

1.1 原材料

溫拌劑采用表面活性劑型溫拌劑Evotherm，使用時無需用水稀釋，可與瀝青進行預混，也可直接在拌合樓中進行添加。經抽提試驗得到的回收瀝青針入度（25℃，100g，5S）為23.5（0.1mm），R&B軟化點為61.2℃，15℃延度為1.1cm，表現出明顯的脆性。新瀝青為中石化鎮海70*A級瀝青。依據規范要求對新瀝青、礦粉的各項指標進行測試，結果均滿足要求。

1.2 溫拌劑作用機理

通過在基質瀝青中添加表面活性劑型溫拌劑，測定基質瀝青與添加表面活性劑溫拌劑的改性瀝青黏度和摩擦系數，探索表面活性劑型溫拌劑對瀝青的黏度和摩擦系數是否發生作用，從而分析表面活性劑型溫拌劑的作用機理。

1.2.1 布氏旋轉黏度

傳統方法中，應根據瀝青的黏度確定瀝青混合枓的拌合溫度和壓實溫度。根據實際工程可知，適宜拌合的瀝青結合料黏度為（0.17±0.02）Pa·s，適宜壓實的瀝青結合枓黏度為（0.28±0.03）Pa·s。溫拌瀝青和傳統熱拌瀝青溫度一般相差30℃，所以，本研究首先采用布氏旋轉黏度試驗方法，驗證兩種瀝青黏度的差異性。試驗溫度分別為100℃、115℃、130℃、145℃、160℃;試驗對象為Evotherm 3G溫拌瀝青和70*基質瀝青。試驗結果如圖1所示。

由圖1可知，溫度的變化對溫拌瀝青和基質瀝青的黏度差異性影響很小，無法對基質瀝青和溫拌改性瀝青進行分辨表征。因此，需要從溫拌瀝青作用機理的角度，對溫拌瀝青和基質瀝青的差異性進行分析。

1.2.2 球板摩擦試驗

瀝青混合料中瀝青是以一種薄膜狀態裹附在集料表面上的，實際的黏度以一種薄膜黏度的形式存在，瀝青直接的作用是潤滑集料間摩擦，因此，應對瀝青的摩擦作用展開研究。本文采用瀝青球板摩擦試驗，驗證基質瀝青和溫拌瀝青摩擦系數特性差異。試驗溫度分別為90℃、95℃、100℃、105℃、115℃、130℃;試驗對象為70*基質瀝青、溫拌瀝青、溫拌劑。由于90℃和95℃時，摩擦系數較大，溫拌瀝青和基質瀝青均不能得到摩擦系數，因此本文比較100℃-130℃下的基質瀝青、溫拌瀝青和溫拌劑的摩擦系數。通過瀝青摩擦試驗得到的試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，在中等溫度范圍內（100℃-115℃），溫拌瀝青因加入了溫拌劑使得其摩擦系數低于同等溫度下的基質瀝青，使其瀝青薄膜在石料之間能夠更好地起到潤滑作用，宏觀表現為可壓實性較基質瀝青更好。

1.2.3 表面活性劑溫拌瀝青作用機理

由上述結果可以看出，在溫度較高條件下（110℃-130℃及以上），基質瀝青與添加了溫拌劑的溫拌瀝青在黏度上的表現并沒有太大差別，可以推測在較高溫度下，溫拌劑基本沒有發揮降低拌合溫度的效果;在中等溫度時（100℃-115℃），添加了溫拌劑的溫拌瀝青的摩擦系數明顯小于基質瀝青的摩擦系數，可以推測在中等溫度范圍下，溫拌劑對基質瀝青的影響是通過改變瀝青分子間的摩擦作用從而起到降低拌合溫度的效果。因此，基于上述分析提出表面活性劑類溫拌瀝青作用機理，即表面活性劑類溫拌瀝青在黏性和摩擦力共同作用，實現降低溫度的條件下，達到預期壓實效果。具體而言，高溫條件下，黏度占據主要作用，摩擦作用不顯著;中間溫度下，摩擦作用顯著;低溫條件下，黏度變大，摩擦作用降低。

2 溫拌再生瀝青老化試驗

瀝青在拌合過程中的老化程度與新舊枓的加熱溫度有關，評價老化特征的參數有瀝青三大指標以及黏度的變化量。首先對不同舊料摻量的混合料進行瀝青抽提回收，對瀝青指標進行試驗。混合料的類型、舊料摻量與拌合溫度如表1所示，瀝青的技術指標如表2所示。

2.1針入度變化

根據試驗結果，在不添加舊枓的情況下，熱拌后瀝青針入度下降明顯，而溫拌變化較小，說明在混合料拌合過程中，加熱溫度對瀝青性能影響很大。隨著舊料摻量的增加，相應地要增加舊料和新集枓的加熱溫度，使瀝青老化加劇。不同混合枓類型再生后瀝青針入度的變化情況如圖3所示。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9

由圖3可知，舊料摻量同為30%的溫拌再生和熱再生，再生后瀝青的針入度相差較大;50%舊枓的溫再生在生產中瀝青的針入度變化與30%舊枓的熱再生接近。這說明舊料比例增加，舊瀝青含量高，但通過降低拌合溫度，可以減少舊瀝青的二次老化程度。

2.2軟化點變化

根據相關研究可知，瀝青軟化點與瀝青中瀝青質的含量相關性最大。瀝青老化的趨勢就是各組分發生遷移變化，小分子變大分子，最后形成分子量最大的瀝青質。因此，軟化點的變化與老化程度相關性也很大。圖4為再生后不同瀝青混合物的軟化點變化情況。

從圖4中可以看出，熱再生的軟化點最高，說明舊料在熱拌過程中造成的二次老化比較顯著。

2.3 延度變化

瀝青的延度主要與膠質的含量有關，當瀝青老化后，膠質會向瀝青質轉變，造成瀝青變硬，延展性降低。圖5為再生后不同瀝青混合物的延度（15℃）變化情況。

由圖5可知，除溫拌外，熱拌、熱再生和溫再生經拌合后瀝青延度顯著下降，說明除了拌合溫度對延度影響較大外，舊料中瀝青性能也對該指標影響很大。因為舊瀝青的延度僅為1.1cm，脆性很大，即使加入了新瀝青，也可能由于膠質比例不足造成延度較小。

2.4 黏度變化

對于瀝青來說，因針入度、軟化點和延度三大指標測試簡單方便，往往作為瀝青分級和評價的主要參考指標。而實際上這三個指標都是經驗指標，并非真正意義上的力學參數指標，只有黏度才能反映瀝青的流變特征。因此，根據黏度變化可以更加準確地分析評價瀝青的力學特征變化情況。圖6為再生后不同瀝青混合物在60℃的動力黏度變化情況，圖7為在135℃的再生后不同瀝青混合物的動力黏度變化情況。

通常條件下，60℃動力黏度主要表征瀝青在高溫荷載作用下的抗變形能力，黏度越大，抗變形能力越大。對于再生瀝青混合料來說，舊料的加入對這一指標是具有積極貢獻的，但該指標過大也會導致材料在低溫下更脆，路面容易開裂。由圖6可知，30%舊料摻量的熱再生和溫拌再生瀝青的60℃黏度差異較大;當溫拌再生舊料增加到50%時，兩者的黏度比較接近。

對于135℃時的運動黏度，一般表征瀝青在施工過程中的和易性具有一個合適的范圍，過大或過小都會造成壓實質量問題。由圖7可以看出，溫再生的運動黏度均低于熱再生，具有更好的流動性，容易形成良好的壓實效果。

3 結語

（1）通過瀝青黏度試驗和瀝青摩擦試驗得知，在中等溫度范圍（90℃-110℃）內，溫拌劑主要通過摩擦作用提高溫拌瀝青的壓實性能;在高溫范圍（110℃-130℃）內，溫拌劑主要通過控制黏度來改善溫拌瀝青的壓實特性;在較低溫度范圍內（90℃以下），黏度較大，摩擦作用明顯。

（2）與熱再生相比，溫拌再生形成的瀝青混合物針入度和軟化點明顯減少，延度增大，60℃和135℃黏度也較前者低，說明拌合溫度降低30℃能減少瀝青的老化程度，對混合料耐久性和壓實性有積極作用。

（3）溫拌再生隨著舊料摻量增大，受舊瀝青含量增大和拌合溫度提高共同影響，瀝青老化程度隨之增大。當舊枓摻量達到50%時，瀝青針入度比已降至45.5%，舊瀝青的脆性對再生后的瀝青混合物影響較大。另外在135℃時的運動黏度增長較大，會造成混合枓的和易性下降，影響壓實度，因此在實際中應慎用過高的舊料摻量。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9