表面活性類溫拌劑對SBS改性瀝青性能的影響研究

摘要：為探究不同種類表面活性類溫拌劑及摻量對瀝青性能的影響，文章通過選取5種表面活性類溫拌劑（樣品）對SBS改性瀝青進行溫拌改性，對其老化前后三大指標、黏溫特性、粘附性以及低溫抗裂性能進行試驗分析。結果表明：EVOTHERM 3G對于瀝青的高低溫性能提升最大；WAP-2對瀝青的黏度降幅最大；WAP-1溫拌瀝青的低溫抗裂性能最好。這5種溫拌劑的試驗檢測結果均滿足技術要求。

關鍵詞：表面活性類溫拌劑；瀝青性能；溫拌效果

中圖分類號：U416.1 A 19 070 4

0 引言

在當今時代，人類面臨著前所未有的嚴峻挑戰，能源消耗短缺、自然災害頻發以及氣候變暖成為人類不可承受之痛。為了改變人類的生存環境現狀，節能與環保已然成為全球的主流共識。在我國“雙碳”戰略的國家背景下，低碳環保也已經逐步成為衡量一種新技術是否具備應用推廣價值的關鍵因素［1］。熱拌瀝青混合料為傳統的瀝青與集料的拌和工藝，其中，基質瀝青的拌和溫度大概為150 ℃，而改性瀝青的拌和溫度為170 ℃左右。在這種高溫環境下，該拌和工藝不僅產生巨大的熱量，還會產生大量溫室有害氣體，進而影響施工人員的健康。此外，在拌和過程中瀝青極易在高溫環境產生老化現象，進而影響瀝青性能［2］。而溫拌瀝青一方面可以有效降低拌和溫度，還兼具優良的瀝青混合料路用性能，是一種低碳排放的環境友好型材料，因而具有極大的應用價值和發展潛力［3］。

目前，市場上的主流溫拌劑可劃分為泡沫溫拌類、有機降黏類以及表面活性類三種［4-9］。其中表面活性類溫拌劑在我國得到了迅速的發展，但由于溫拌劑種類的多樣性，系統針對市面上的多種表面活性類溫拌劑改性的瀝青性能進行綜合對比分析與評價的研究仍相對較少，這在一定程度上影響了表面活性類溫拌劑的優選與工程應用。基于此，本文通過選取5種表面活性類溫拌劑（樣品），對SBS改性瀝青進行溫拌改性，從老化前后性能、黏溫特性、瀝青與集料的粘附性、低溫抗裂性方面進行試驗，對5種溫拌劑進行綜合評價，為進一步系統分析不同種類溫拌劑的溫拌效果以及為道路行業溫拌劑的選取提供一定的參考。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

瀝青選用中航路通牌SBS改性瀝青，主要技術指標見表1。表2為5種溫拌劑（廠家郵寄的樣品）的相關信息。

1.2 溫拌瀝青的制備

采用機械攪拌進行溫拌改性瀝青樣品的制備，工藝流程見圖1。即在160 ℃條件下先將SBS改性瀝青預熱3 h，之后按摻量配比將不同種類溫拌劑分別投放入呈熔融狀態的SBS改性瀝青中，控制高速攪拌器轉速為600 r/min，攪拌時長20 min后得到樣品。其中根據廠家建議摻量（占瀝青質量）以及實際現場經驗，選取0.5%為溫拌劑摻量。

1.3 試驗方法

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2011）對溫拌SBS改性瀝青老化前后的軟化點、延度、針入度、布氏黏度等常規物理性能指標進行測試。其中，通過測試瀝青老化前后的三大指標來評價不同溫拌劑對瀝青常規性能和老化性能的影響。采用布式旋轉黏度計測量溫拌瀝青不同溫度（95 ℃、115 ℃、135 ℃、155 ℃）條件下的表觀黏度。采用水煮法檢測瀝青和集料的粘附性。分別在-12 ℃、-18 ℃、-24 ℃溫度條件下，采用瀝青彎曲蠕變勁度試驗對溫拌瀝青的低溫抗裂性能進行檢測。

2 試驗結果與分析

2.1 溫拌瀝青常規性能試驗

采用濕法加工工藝，通過將溫拌劑與瀝青預混合后進行高速剪切攪拌，對其老化前后三大指標進行試驗檢測。試驗結果見表3，不同溫拌劑種類三大指標的變化情況如圖2所示。結合表1中SBS瀝青相關數據可知：

（1）相較于對照組，不同種類表面活性溫拌劑老化前三大指標變化幅度不大，這與表面活性類溫拌劑的并不會改變瀝青的內部結構有關［10］，但大多數均在一定程度上使SBS改性瀝青的針入度、軟化點以及延度提高。其中，針入度反映瀝青的黏度與硬度，所用溫拌劑具有一定的降黏效果，使瀝青黏度下降。軟化點體現瀝青的高溫穩定性，溫拌劑可以在一定程度上提高瀝青的高溫穩定性，但由于變化幅度較小，對高溫穩定性影響較小。延度則體現瀝青的低溫抗裂性，加入溫拌劑后提高了瀝青的延度，說明瀝青塑性和低溫性能提高。

（2）經過旋轉薄膜烘箱老化試驗后，溫拌瀝青的各項指標仍能滿足技術要求，且相較于SBS改性瀝青，溫拌瀝青的質量變化不明顯，殘留針入度比與殘留延度有所提升，這說明加入溫拌劑對延緩瀝青老化有一定改善。此外，不同溫拌劑的瀝青老化后軟化點均得到提高，這可能是因為老化過程中一些輕質組分揮發，使瀝青變硬。

（3）在5種溫拌劑中，EVOTHERM 3G溫拌劑老化前后的針入度、軟化點以及延度最高。而WAP-1溫拌劑的針入度、軟化點及延度最低，其他種類溫拌劑則相差不大，這說明EVOTHERM 3G溫拌劑對于瀝青的高溫性能、低溫性能的提升最大，性能相對最優。

2.2 溫拌瀝青黏溫特性分析

黏度是反映瀝青路面力學性質的一個重要指標［11］。通過使用布氏旋轉黏度計測定不同種類溫拌瀝青在95 ℃、115 ℃、135 ℃、155 ℃下的運動黏度，相關檢測數據的變化曲線見圖3。由圖3可知，相比對照組，5種溫拌劑均有不同程度的降黏效果，且黏度均隨溫度的升高而快速下降，衰減速率呈現先增大后減小的趨勢。但不同類型溫拌瀝青的布氏黏度下降幅度僅有微小的差別，這主要因為表面活性類溫拌劑是通過改善集料與瀝青的裹覆作用來提高瀝青混合料的施工和易性，由于表面活性劑內水顆粒存在潤滑作用，可以在一定程度上降低瀝青的粘滯阻力，但研究表明其對瀝青的黏度影響較小［12］。其中，WAP-2型溫拌劑的黏度降幅最大，DW和EVOTHERM 3G次之。

2.3 溫拌瀝青粘附性分析

采用水煮法檢驗溫拌瀝青與集料的黏附等級。將粒徑范圍為13.2～16 mm的集料浸入瀝青，在沸水中煮3 min，之后觀察集料顆粒表面瀝青膜的剝落程度，檢測結果見表4。由表4可知，SBS改性瀝青與集料的粘附性等級為5級，摻雜不同種類表面活性溫拌劑后，瀝青與集料的粘附性等級沒有下降。這是因為，表面活性溫拌劑在一定程度上可以改善集料與瀝青的裹覆作用，但是改善程度不大［10］。

2.4 溫拌瀝青的低溫抗裂性能分析

采用蠕變速率與蠕變勁度的比值（m/S）進一步評價不同種類溫拌瀝青的低溫抗裂性能。經驗表明，瀝青的低溫性能隨著m/S增大而增大［13］。圖4為溫拌瀝青抗裂指標與溫度的關系變化曲線。研究表明，隨著溫度的降低，不同種類溫拌瀝青的m/S的值逐漸減小，即低溫性能變差。相較對照組，不同種類溫拌劑的加入均使得瀝青的m/S值增大，說明表面活性類溫拌劑可以有效改善瀝青的低溫性能，其中WAP-1溫拌瀝青的低溫性能最好。

3 結語

本文通過綜合對比未加溫拌劑和添加5種表面活性溫拌劑的瀝青性能，得出以下結論：

（1）表面活性類溫拌劑對SBS改性瀝青的老化前后的三大指標和黏度總體影響不大，但也存在細微差別。其中，EVOTHERM 3G溫拌劑能夠改善瀝青的高低溫性能以及延緩瀝青老化，性能相對最優。

（2）表面活性類溫拌劑可以在一定程度上起到降黏效果，但降黏幅度不大，其中WAP-2型溫拌劑的瀝青降黏效果最好。

（3）表面活性溫拌劑在一定程度上可以改善集料與瀝青的裹覆作用，但是改善程度不大。

（4）表面活性類溫拌劑可以有效改善瀝青的低溫抗裂性能，其中WAP-1溫拌瀝青的低溫抗裂性能最好。

（5）如表5所示，根據試驗檢測，不同指標對不同溫拌瀝青性能進行綜合評分（分別針對140 ℃壓實溫度下，對不同指標性能進行排名，最后累加）。前三名為EVOTHERM 3G、WAP-2、DW。

（6）總體而言，本次試驗選用溫拌劑的試驗結果均滿足技術要求，不同性能稍有差別但差距不大，建議結合產品價格因素等綜合考慮溫拌劑的選用。

參考文獻

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收稿日期：2022-11-10