不同降粘劑對瀝青及其混合料性能的影響

馬 勇，劉 攀

(1 長江國際水利水電工程建設有限公司，湖北 武漢 430041；2 重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 401336)

熱拌瀝青混合料(HMA)的生產拌合及攤鋪、碾壓施工需要在高溫下進行，其中拌合溫度高達160～180 ℃，不僅需要消耗大量能源，并且產生大量有害煙塵和廢氣，嚴重污染自然環境和危害現場人員的身體健康[1]。研究表明，降低瀝青混合料的拌合溫度即可實現節能減排，溫拌瀝青混合料(WMA)的使用成為解決這一問題的重要手段之一[2]。

WMA是一種新型環保技術，主要包括乳化瀝青、有機降粘和發泡降粘等溫拌技術[3-4]。其中有機降粘溫拌技術是通過添加降粘劑來降低瀝青的高溫黏度，在保證混合料工作和易性的同時，有效降低其拌合溫度(130～160 ℃)，進而達到節能減排的目的[5]。目前所使用的降粘劑都屬于蠟類物質，當溫度高于其熔點(100 ℃左右)時變成液體，當低于其熔點時又重新結晶[3]。正是由于這種特性，降粘劑可以降低瀝青的高溫黏度，并增大瀝青的低溫黏度。在此，本文以5種降粘劑為研究對象，分析比較其對瀝青及其混合料相關性能的影響，以期為溫拌瀝青技術提供理論依據和技術指導。

1 實 驗

1.1 實驗原材料

基質瀝青為韓國SK-70#道路瀝青，降粘劑為M-100改性PE蠟、M-200改性PE蠟、H-105沙索蠟、HB108和BIT。

1.2 溫拌瀝青及混合料的制備

(1)溫拌瀝青制備：將基質瀝青加熱至160～170 ℃，分別按比例(1%、2%、3%、4%和5%)加入上述5種降粘劑，攪拌均勻30 min即可制得溫拌瀝青。

(2)溫拌瀝青混合料制備：溫拌瀝青作為膠結料，取選性能指標均滿足要求的玄武巖集料、石灰石礦粉等材料。以油石比5.0%制備瀝青混合料AC-10，并成型相應的試件。

1.3 性能評價

按照規范要求測試瀝青的旋轉黏度、針入度、軟化點和延度以及瀝青混合料AC-10的馬歇爾穩定度、60 ℃動穩定度、-10 ℃破壞應變等，系統評價溫拌瀝青及其混合料的綜合性能。

2 結果與討論

2.1 降粘劑對瀝青基本性能的影響

(1)黏度

考察降粘劑種類及摻量對瀝青旋轉黏度的影響，實驗結果見圖1。

圖1 降粘劑種類及摻量對瀝青高溫黏度的影響Fig.1 Effect of viscosity reducer type and dosage on viscosity of asphalt

由圖1可知，當溫度相同時，摻入降粘劑后，瀝青的高溫黏度降低，一定范圍內摻量越多，黏度下降越明顯。其中，H-105沙索蠟的高溫降黏效果優于HB108、M-100改性PE蠟、M-200改性PE蠟或BIT。高溫時降粘劑的吸附和融解可以加速瀝青融化，或是起到潤滑作用，降低瀝青分子間的摩擦[1]。正是由于降粘劑的這種作用，瀝青的高溫黏度才得以降低，混合料的拌合溫度也隨之降低，起到節能減排的目的。就高溫黏度而言，降粘劑摻量不宜過低，否則無法獲得理想的效果。

(2)針入度

考察降粘劑種類及摻量對瀝青針入度的影響，實驗結果見圖2。

圖2 降粘劑種類及摻量對瀝青針入度的影響Fig.2 Effect of viscosity reducer type and dosage on penetration of asphalt

由圖2可知，一定范圍內隨著降粘劑摻量的增加，瀝青的針入度逐漸降低，即瀝青逐漸變稠。高溫下降粘劑會包裹吸收瀝青中的輕質組分，重質組分含量相對增多，表現出針入度下降[1]。其中，BIT、H-105沙索蠟、M-200改性PE蠟、M-100改性PE蠟及HB108對瀝青針入度的影響依次減小。

(3)軟化點

考察降粘劑種類及摻量對瀝青軟化點的影響，實驗結果見圖3。

圖3 降粘劑種類及摻量對瀝青軟化點的影響Fig.3 Effect of viscosity reducer type and dosage on softening point of asphalt

由圖3可知，一定范圍內瀝青的軟化點隨著降粘劑摻量的增加而增加，表明降粘劑對瀝青的高溫性能有積極影響。其中，BIT對瀝青軟化點的提高程度要高于H-105沙索蠟、M-200改性PE蠟、HB108和M-100改性PE蠟，這與針入度得出的結論一致。當溫度低于降粘劑的熔點(100 ℃左右)時，其中的蠟基或油基飽和物便會在瀝青中結晶析出，增大瀝青的軟化點、針入度和低溫黏度。

(4)延度

考察降粘劑種類及摻量對瀝青延度的影響，實驗結果見圖4。

圖4 降粘劑種類及摻量對瀝青延度的影響Fig.4 Effect of viscosity reducer type and dosage on ductility of asphalt

從圖4可以看出，一定范圍內瀝青的延度隨著降粘劑摻量的增加而下降，即5種降粘劑均會降低瀝青的低溫性能。這主要是由于降粘劑中的蠟基或油基飽和物在低溫下析出，使瀝青變脆，延度進而降低。其中，M-100改性PE蠟和H-105沙索蠟對瀝青延度的不利影響要弱于其他三種降粘劑。因此就延度而言，降粘劑摻量不宜太高，否則將顯著降低瀝青的低溫性能。

從上述研究結果可以看出，5種降粘劑均能有效降低基質瀝青的高溫黏度，并提高瀝青的高溫性能，而對低溫性能有不利影響。綜合考慮瀝青的高溫性能和高低溫性能，初步選擇5種降粘劑的合理摻量為3%。

2.2 降粘劑對瀝青混合料路用性能的影響

研究降粘劑種類對瀝青混合料路用性能的影響，5種降粘劑摻量均為3%。其中基質瀝青混合料拌合溫度160 ℃，溫拌瀝青混合料拌合溫度140 ℃。

(1)馬歇爾穩定度

通過馬歇爾實驗評價混合料的物理性能和力學強度，實驗結果如表1所示。

表1 混合料馬歇爾實驗結果Table 1 Marshall test results of asphalt mixture

由表1可知，在指定拌合及成型溫度下，5種溫拌瀝青混合料AC-10的馬歇爾穩定度、流值和空隙率均滿足規范要求。其馬歇爾穩定度高于未摻加降粘劑的瀝青混合料，流值有所減小，說明溫拌瀝青混合料具有比熱拌瀝青混合料更好的力學性能?？障堵实臏p小是因為降粘劑提高了瀝青混合料的施工和易性，且形成了更多的結構瀝青膜[6]。

(2)高溫穩定性

通過車轍實驗評價混合料的高溫穩定性，實驗溫度60 ℃，實驗結果見表2。

表2 混合料車轍實驗結果Table 2 Rutting test results of asphalt mixture

由表2可知，溫拌瀝青混合料相比熱拌瀝青混合料具有更大的動穩定度和較小的車轍深度，即降粘劑對瀝青混合料的高溫穩定性有積極影響。由前面研究可知，降粘劑能有效提高瀝青的軟化點，混合料的高溫穩定性也隨之增強。

(3)低溫抗裂性

采用三點彎曲小梁實驗評價混合料的低溫抗裂性，實驗溫度-10 ℃，實驗結果見表3。

表3 混合料三點彎曲小梁實驗結果Table 3 Three-point bending test results of asphalt mixture

表3結果表明，溫拌瀝青混合料的抗彎應變要低于相對應的熱拌瀝青混合料，而勁度模量則要高于熱拌瀝青混合料，這表明降粘劑對瀝青混合料的低溫抗裂性有消極影響，這與降粘劑對瀝青延度的影響規律一致。整體而言，M-200改性PE蠟、BIT、HB108、M-100改性PE蠟和H-105沙索蠟對瀝青混合料低溫抗裂性的影響依次減弱。

3 結 論

本文研究了5種不同降粘劑對基質瀝青及其混合料AC-10的路用性能，主要取得如下結論。

(1)5種降粘劑均能降低瀝青的高溫黏度、針入度和延度，提高其軟化點。且一定范圍內隨著降粘劑摻量的增加，這種效果更為明顯。在摻量及溫度均相同的情況下，H-105沙索蠟和HB108的高溫降黏效果優于其他3種降粘劑。

(2)降粘劑能有效提高瀝青的施工和易性、感溫性能和高溫性能，但對低溫延性有不利影響，考慮到瀝青的綜合性能，確定5種降粘劑的合理摻量為3%。

(3)5種降粘劑均對瀝青混合料的高溫穩定性有利，對其低溫抗裂性不利?？傮w而言，降粘劑不僅能有效降低瀝青混合料拌合溫度，起到節能減排的作用，同時一定程度上提高了混合料的路用性能，尤其是高溫穩定性。