基于不同溫拌機理的瀝青混合料性能研究

李艷霞

（山西翼達交通開發有限公司，山西 太原 030006）

引言

瀝青混合料在拌和時的溫度通常高達170～180℃， 較高的溫度控制不僅增加了施工難度，同時瀝青在高溫下產生有害氣體對環境也會造成一定危害。溫拌技術起源于歐洲，其可以在降低瀝青混合料施工溫度的同時仍然保證良好的施工和易性。不僅降低了施工難度，同時也使瀝青與集料裹復更加均勻，提高了路面使用性能[1-2]。目前主流的溫拌劑主要可以分為降黏型，人造合成沸石型以及表面活性型，國內外學者對此進行了大量的研究。曹少謙[3]、周志剛等[4]對比了傳統熱拌瀝青混合料與溫拌瀝青混合料的性能。目前大多數的研究僅集中于單一溫拌劑對瀝青混合料的影響，而缺少不同溫拌劑之間的對比。

1 原材料和試驗方法

1.1 試驗原材料

1.1.1 溫拌劑

溫拌劑選用兩種，一種是降黏型溫拌劑Sasobit,另一種是人造合成沸石類溫拌劑Aspha-min。Sasobit是一種蠟質的溫拌劑，熔點一般在120℃左右，其作用機理是通過改變瀝青的分子結構降低瀝青的黏度。Aspha-min與Sasobit不同，其內部含有水分，當溫度超過80℃時，Aspha-min中所含的水分會釋放出來，并與瀝青產生泡沫反應，從而使得瀝青的體積變大，起到降低拌和溫度的作用。兩種溫拌劑的主要技術指標見表1、表2。

表1 Sasobit溫拌添加劑技術指標

表2 Aspha-min溫拌添加劑技術指標

1.1.2 瀝青

瀝青選用SBS改性瀝青，主要技術指標見表3。各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》 （ JTG F40-2004）[5]技術要求。

表3 瀝青技術指標

1.2 試驗方法

1.2.1 溫拌瀝青制備

把SBS改性瀝青加熱到流動狀態，采用濕法工藝將兩種溫拌劑加入到瀝青結合料中。采用高速剪切機對加入溫拌劑的瀝青進行攪拌，以排除瀝青中的氣泡，使得溫拌劑在瀝青中均分分散，攪拌時間設定為30 min。其中Sasobit添加量為1%、2%、3%、4%；Aspha-min的添加量為0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。

1.2.2 溫拌瀝青拌和溫度及體積參數研究

采用布氏黏度試驗對不同摻量的Sasobit溫拌瀝青和Aspha-min溫拌瀝青的黏溫特性進行研究。采用馬歇爾擊實成型試件，研究兩種溫拌拌劑對瀝青混合料體積參數的影響。

1.2.3 溫拌瀝青混合料性能研究

各項性能試驗均按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）[6]要求進行。

2 試驗結果與分析

2.1 布氏黏度

研究不同溫度下摻溫拌劑后瀝青黏度，可以直觀反映溫拌劑的降溫效果。圖1、圖2為Aspha-min和Sasobit溫拌瀝青在不同溫度下的布氏黏度。

圖1 Aspha-min溫拌瀝青黏度

圖2 Sasobit溫拌瀝青黏度

由圖1、圖2可以看出，兩種溫拌劑的加入都明顯改變了瀝青的黏溫關系。首先，對于Asphamin溫拌劑，當溫度在150～170℃時，瀝青的黏度隨著 Aspha-min摻量的提高而降低。其中0.4%摻量下150度的黏度與原樣瀝青黏度基本相同，其降溫幅度可達20℃。然而，當溫度較低時，例如130℃和140℃下的瀝青。隨著Aspha-min摻量的提高，瀝青的黏度呈現先增加后降低的趨勢，最小值出現在摻量為0.4%時。而摻量為0.2%和0.5%時，瀝青的黏度不僅沒有降低，反而有所提高。分析認為，Aspha-min屬于人造沸石類溫拌劑，當溫度較低時，Aspha-min中的水分不能溢出，故無法形成降低黏度的泡沫，反而會增加瀝青的黏度。此外，即使是在高溫區域，當摻量較高時，瀝青黏度也會增加，這是因為過多Aspha-min產生的泡沫使水分大量蒸發，提高了瀝青黏度。

Sasobit溫拌瀝青方面，隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青黏度呈現均勻下降趨勢。其中，當溫拌劑摻量在1%～3%時，瀝青黏度下降速率較快。130℃下原樣瀝青黏度為1 766 Pa·s，而3%溫拌瀝青的黏度為886 Pa·s，降低了49.8%。而當摻量進一步提高至4%時，黏度并沒有進一步降低。這是由于3%摻量Sasobit已經可以與全部瀝青發生交互反應，多余的Sasobit只能以游離形式存在于瀝青中。因此，瀝青黏度并不會進一步降低。150℃下3%摻量Sasobit溫拌瀝青黏度與原樣瀝青黏度基本相同，降溫幅度同樣可達20℃左右。

2.2 體積參數

瀝青混合料級配選擇高等級公路最常用的SMA級配，目標空隙率為3.5%。Aspha-min和Sasobit溫拌瀝青混合料的體積參數見圖3、圖4。

圖3 Aspha-min溫拌瀝青混合料空隙率

圖4 Sasobit溫拌瀝青混合料空隙率

由圖3、圖4可以看出，Aspha-min溫拌劑當溫度在150～170℃之間時，可以發揮較好的溫拌效果。150℃下摻0.4%的Aspha-min溫拌瀝青混合料空隙率為3.52%，與原樣瀝青混合料170℃下空隙率相同。可見，Aspha-min可降低瀝青混合料拌和溫度20℃。

對于Sasobit溫拌劑，3%摻量下Sasobit溫拌瀝青混合料在140℃時的空隙率為3.55%，達到了原樣瀝青混合料在170℃時的拌和效果。因此，通過成型馬歇爾試件可以看出，Sasobit溫拌劑的實際溫拌效果要略優于Aspha-min溫拌劑，其降溫幅度可達30℃。

2.3 路用性能

根據降溫效果確定Aspha-min、Sasobit最佳摻量0.4%、3%，以最佳摻量成型試件研究溫拌瀝青混合料的路用性能，研究結果如表4。

表4 溫拌瀝青混合料的路用性能

由表4可以看出，高溫性能方面，兩種溫拌劑均具有提升效果，Aspha-min、Sasobit溫拌瀝青混合料動穩定度提升了17%、28%。溫拌劑的加入提高了瀝青混合料的拌和均勻性，使瀝青在集料表面裹復更均勻，提高了混合料的抵抗高溫變形能力。

在低溫性能方面，Aspha-min溫拌劑對瀝青混合料的低溫性能具有提升效果，而Sasobit溫拌劑則降低了瀝青混合料的低溫性能。抵抗水穩定性方面，與原樣瀝青混合料相比，兩種溫拌劑都提高了試件的凍融循環強度比，Aspha-min溫拌瀝青混合料提高到了86.5%，Sasobit溫拌瀝青混合料則提高到了83.1%，可見，溫拌劑加入改善了瀝青混合料的抵抗水損壞能力。

此外，對兩種溫拌瀝青混合料的疲勞壽命進行了研究，疲勞試驗控制模式為應變模式，應變水平為400。結果表明，溫拌瀝青混合料的疲勞壽命較原樣瀝青混合料有明顯提高，Aspha-min、Sasobit溫拌瀝青混合料的疲勞壽命提高了16.8%、22.6%。

3 結語

（1）溫度為150～170℃時，瀝青黏度隨Asphamin摻量的提高而降低，降溫幅度為20℃，溫度較低時Aspha-min會提高瀝青黏度。整個溫度區間內，Sasobit都會降低瀝青黏度，且隨溫拌劑摻量的增加愈發顯著。（2）采用體積參數表征溫拌瀝青混合料降溫效果更具直觀性，其中Aspha-min可降低瀝青混合料的拌和溫度20℃。Sasobit溫拌劑溫拌效果要略優于Aspha-min溫拌劑，降溫幅度可達30℃。（3）Asphamin、Sasobit都可以提高瀝青混合料高溫性能，其中Aspha-min可提高14.57%，Sasobit可提高28.3%。（4）兩種溫拌劑對瀝青混合料低溫性能的影響存在差異。Aspha-min溫拌劑對瀝青混合料的低溫性能具有提升效果，Sasobit溫拌劑降低了瀝青混合料的低溫性能。