瀝青混凝土溫拌改性劑的研制與應用研究

中圖分類號：U414 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0067-05

Abstract：Withthedevelopmentofubanconstructionand transpoitation facilities，theperformanceandqualityrequirements ofasphaltconcretehavebecomeincreasinglystringent.Aimingatthecommonproblemsofhighviscosityandeasyadhesionof asphaltconcreteduringconstruction，thispaperiscommittedtodevelopingnewspecialwarmmixmodfiers.Throughsystematic comparativetestsonvariouswarmmixmodfierfomulasandtheirdiferentdosageamounts，theaimistodeterminean optimizedself-madewarmmixmodifierformulaanditsoptimalmixingratiotoachievethebestperformanceefect.Theresearch resultsshowthattheoptimalratioofSES：aliphaticresin：phenolicresinvulcanizingagentinthewarmmixmodifieris5：3：3，and the optimal amount is 6 % ，considering the dual effects of economy and efficiency.This result will lay a foundation for the engineering application of the warm mix modifier.

Keywords： asphalt concrete; warm mix modifier;SEBS；aliphatic hydrocarbon resin; phenolic resin vulcanizing agent

城市高等級公路路面建設中常采用瀝青混凝土，其性能和質量直接影響行車舒適度、結構層耐久性和行車安全性。瀝青混凝土質量一方面決定于材料性能，另一方面也與其攪拌澆筑工藝相關。目前，在實際工程中發展了熱拌、冷拌和溫拌等施工技術[2-3]，其中熱拌是通過高溫加熱瀝青與集料混合，施工質量有保障，但需專用設備進行攪拌，且對施工過程控制要求嚴格，對環境及作業人員健康影響較大；冷拌是在常溫下進行混合料的拌合，無需額外加熱升溫，施工控制較易，節能環保更佳；溫拌技術巧妙結合了冷拌和熱拌的優點，既降低了施工溫度又保持了接近熱拌的路用性能，因此，溫拌瀝青混凝土成型技術在道路建設領域展現出了廣闊的應用潛力和發展前景。

近年來，關于瀝青混凝土溫拌改性劑材料組成及性能方面，已進行過不少試驗研究，如尹應梅等采用動態剪切流變儀（DSR）技術，探究了不同劑量改性劑融入70#基質瀝青后，對高模量溫拌改性瀝青的基礎物理性能及抗疲勞特性的影響;Sun等的動力黏度測試進一步確認了廢棄食用油提煉生物柴油在瀝青改性中的潛力，指出該改性劑能顯著降低瀝青混合料的施工溫度，進而實現節能增效的目標；鑒于改性劑種類及其摻量對瀝青混凝土溫拌質量有顯著影響，通過試驗篩選出一種高效穩定的溫拌改性劑，對于提升工程質量具有重要的實踐意義。因此，本文通過不同配比改性劑對比試驗，驗證該溫拌改性劑在提高施工性能、改善材料黏度特性和降低粘結性方面的有效性，試圖提供一種性能優良的改性劑配方。

1工程概況及測試指標

本項目以石家莊市北部片區城市基礎設施提升改造工程二期南水北調橋為依托，旨在圍繞瀝青降黏改性的目標展開研究，其核心理念是將溫拌改性劑添加到瀝青中，以改善其施工可操控性，從而達到低溫攪拌和碾壓的目的，同時確保瀝青路面在正常情況下的使用性能不受影響。為此，研制在常溫下增黏、高溫下降黏的直投式特殊改性材料，以降低混合料出料時的黏度，使其在溫度不超過 時仍具有良好的流動性。

為評估改性劑效能，采用針人度、軟化點及延度作為核心評價指標[7-8，這3項指標分別衡量瀝青的黏彈性、高溫穩定性及低溫韌性，共同構成對改性瀝青綜合性能的全面反映。

2溫拌改性劑的作用機理

溫拌改性劑技術是一種創新的瀝青混合料優化手段，其核心在于引入低熔點有機降黏劑來實現瀝青黏度的降低和低溫性能的提升；其原理是降黏劑一旦與瀝青混合，會迅速且均勻地溶解于瀝青之中，二者分子間會發生復雜的交互作用，調整瀝青分子的排列與相互作用模式[。溫拌改性劑技術以其操作簡便、效果顯著的優點，得到了業內的廣泛認可[]。目前，全球范圍內已有幾十種溫拌方法及配套改性劑被成功研制，大部分已成功投入市場，且經查閱資料，溫拌改性劑主要生產方式包括以下4種[12-13]。

2.1溫拌泡沫瀝青法（WMA-Foam）

該技術核心在于將軟質瀝青、泡沫瀝青等摻合至混合料中，以降低黏度，促進瀝青與礦料在低溫下的充分融合，實現溫拌。具體步驟包括：在高溫（ 環境下，先是將軟質瀝青與骨料混合，確保瀝青均勻裹覆骨料表面，形成初始瀝青膜，增強黏附性；隨后，將硬化瀝青進行泡沫化處理，并摻入預拌混合料中，利用泡沫瀝青的特性進一步提升混合料的均勻性和穩定性，從而優化道路性能與壓實效果。

2.2 有機添加劑法

此技術通過在瀝青混合料中引入低熔點有機添加劑，旨在改善瀝青的物理化學特性，降低其高溫黏度，提升流動性與拌和性。目前，合成蠟與低分子量酯類化合物作為有效的化學添加劑已被廣泛應用。2類添加劑在特定溫度（約 ）下熔化，釋放大量液體，有效降低混合料黏度，保持其工作性能，促進瀝青與集料的順暢拌和。

2.3乳化瀝青溫拌法

此技術基于乳化原理，將常規瀝青轉化為穩定的乳狀形態，并以高濃度（固含量近 70 % ）乳化瀝青作為高溫熱瀝青的替代品，實現瀝青使用方式的創新，并在 溫度范圍內進行拌和，施工所需設備、工序完全沿用熱拌瀝青混合料的模式，無需進行大規模的設備更新或流程調整，同時，由于乳化瀝青具有較低黏度，使其在低溫環境下與礦料混合更加容易、充分，從而達到預期的溫拌效果。

2.4 瀝青-礦物法

該技術通過將特定礦物質（如Aspha-Min合成沸石）融入瀝青混合料，利用二者間相互作用促進瀝青在較低溫度下發泡，進而優化拌合性。這些泡沫不僅充當潤滑劑，還能在 的低溫區間內維持卓越的拌和效能；該方法顯著減少了能源的消耗，并且降低了溫室氣體的排放，不僅提高了施工效率而且符合綠色發展的需求。

本文通過深入剖析國內外溫拌改性劑的成分和作用機制，研發了一種新型溫拌改性劑，其核心成分為SEBS、脂肪族烴樹脂和酚醛樹脂硫化劑。考慮到SEBS的應用特性，由于其與基質瀝青難以相容且熔點較高，通常需要高溫溶解，不符合節能要求。根據前人的研究提出一種解決方案：將SEBS完全溶解于甲苯，再與瀝青混合，利用SEBS與瀝青在甲苯中的共溶解特性從而避免需要高溫才能溶解的問題

在實驗室環境下，通過對比改性后瀝青與基質瀝青在三大常規指標上的差異來確定最佳摻量和配合比。試驗中使用的基質瀝青為高標號90#道路瀝青。

3不同組分溫拌劑對基質瀝青性能影響及分析

本節集中探討多種溫拌改性劑配方如何影響瀝青混合料的特性。依據針入度、軟化點及延度等標準參數，深入分析不同改性劑摻量對基質瀝青在不同溫度條件下的性能變化。試驗中，將靈活調整各溫拌改性劑的配比，以全面評估各配方對基質瀝青性能的具體作用。通過對比分析，確定自制溫拌改性劑的最優配比方案。首先，設定改性劑外摻率為基質瀝青的4 % ，隨后采用單因素分析方法優化各成分的最佳配比。嚴格遵循JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的要求，對溫拌瀝青的各項關鍵指標進行系統測試，從而精確判定當前配比下各變量組分對基質瀝青性能的最佳貢獻度[14]。

3.1SEBS組分對溫拌改性基質瀝青性能影響

通過查閱相關資料表明[15]，SEBS能顯著提升基質瀝青的寬溫性能。其機制在于SEBS在熱拌過程中軟化，與瀝青中的飽和分及芳香組分相互溶脹，引發物理結構重組；隨后，通過酚醛硫化劑的化學交聯作用，構建穩固的網狀結構，進一步增強其彈性與粘結性能。

試驗中，在 基質瀝青中，分別固定脂肪族烴樹脂與酚醛樹脂硫化劑的摻量為 和 ，僅調整SEBS摻量作為變量 ，以探究其對改性效果的具體影響。

SEBS含量的優化選擇是確保改性瀝青達到最佳性能與經濟平衡的關鍵。在試驗中，選擇了 的SEBS添加量，每 2 g 為一個循環。進行5組平行實驗，以探究不同SEBS含量的溫拌改性劑對瀝青3項基本性能的影響。具體結果趨勢如圖1所示。

由圖1可知，SEBS含量在 3 % ～ 5 % 時，針入度下降最明顯；超過 5 % 后，針入度有微小的上升趨勢。軟化點在SEBS從 1 % 增加到 5 % 的過程中提高約 提升率 2 1 % ，顯著改善高溫性能；超過 5 % 后，軟化點提升作用降低。延度在 3 % ～ 5 % 時改善最明顯，超過5 % 后提升速度減緩。綜合考慮性能和成本，SEBS的最佳用量為 4 % ～ 5 % 。

綜上，為在成本與性能間取得最佳平衡，建議溫拌改性劑中SEBS的最佳添加量為基質瀝青的 5 % 。這一結論為后續脂肪族烴樹脂及酚醛樹脂硫化劑的變量分析奠定了基礎。

3.2脂肪族烴樹脂組分對溫拌改性基質瀝青性能影響

在確定最佳SEBS摻量為 5 % 基質瀝青、暫且不改變酚醛樹脂硫化劑含量的情況下，通過改變脂肪族烴樹脂含量，研究脂肪族烴樹脂對基體瀝青性質的影響。

具體為在 1 0 0 g 基質瀝青中，分別固定SEBS與酚醛樹脂硫化劑的摻量為 5 g 和 ，按照 1 % ～ 5 % 的比例 將脂肪族烴樹脂采樣，研究探討脂肪族烴樹脂溫拌改性劑對基質瀝青3項關鍵性能的影響。圖2展示了不同質量分數的脂肪族烴樹脂改性劑對基質瀝青性能影響的實驗結果。

由圖2可知，隨著脂肪族烴樹脂添加量的增加，針入度下降趨勢逐漸緩慢，尤其在 2 % ～ 3 % 時最為顯著。超過 3 % 后，由于大分子含量提高，針入度下降減慢。在1 % ～ 5 % 范圍內，改性瀝青的軟化點顯著提高，表明高溫熱穩定性增強。軟化點提升與樹脂摻量成正比， 1 % 23 % 范圍內增幅最明顯，超過 3 % 后增幅減緩。溫拌瀝青中，延度先升后降， 2 % 摻量時最大達 1 4 0 m m ，超過 2 % 后逐漸降低，適量樹脂可改善低溫延伸性。

通過對不同質量分數的脂肪族烴樹脂在基質瀝青中應用的試驗與分析，得出當脂肪族烴樹脂摻量達到基質瀝青 3 % 時，既能顯著提升其性能又能控制成本，因此，在溫拌改性劑中，以 3 % 脂肪族烴樹脂為最優添加量。

3.3 酚醛樹脂硫化劑組分對溫拌改性基質瀝青性能影響

基于前2節的研究基礎，SEBS和脂肪族烴樹脂的最佳摻量分別為 5 % 和 3 % 。為進一步優化降黏效果，針對酚醛樹脂硫化劑摻量進行深入的變量試驗。

具體為在 1 0 0 g 基質瀝青中，分別固定SEBS與脂肪族烴樹脂的摻量為 和 3 g ，僅調整酚醛樹脂硫化劑摻量作為變量 ，研究脂肪族烴樹脂溫拌改性劑對基質瀝青3項性能的影響，測試不同酚醛樹脂硫化劑摻量對基質瀝青三大性能指標的影響如圖3所示。

由圖3可知，隨著酚醛樹脂硫化劑質量分數的增加，溫拌改性瀝青的針入度先顯著下降后趨于平緩，1 % ～ 3 % 時針入深度降低最大。超過 3 % 后，針入度下降趨勢減緩。軟化點在 1 % ～ 3 % 時升高幅度最大，因為形成網狀結構增大流動阻力；超過 3 % 后提升幅度降低。延度方面，酚醛樹脂硫化劑對低溫性能改善有限，但在 2 % ～ 3 % 范圍內有輕微提升作用。

考慮經濟成本和其對性能的改善效果，得出在SEBS和脂肪族烴樹脂摻量固定時， 3 % 的酚醛樹脂硫化劑含量是基質瀝青中的最佳劑量。

比較溫拌改性劑組分在不同配合比下對瀝青混合料性質的影響，由此可以確定溫拌改性劑3組分SEBS：脂肪族烴樹脂：酚醛樹脂硫化劑的最佳質量配合比為5：3：3，該配比在有效降低成本的同時，能夠最大程度地提升基質瀝青的高溫性能、黏度及適當的低溫性能。

4不同摻量溫拌改性劑對基質瀝青性能影響及分析

根據實驗結果，提出了溫拌改性劑的最優組分配比，并在總用量不變的前提下，考察各組分摻量對瀝青混合料性質的影響。本節將根據最佳組分比，制備溫拌改性劑，為評估其降黏改性效果及確定最佳摻量，綜合評估自制溫拌改性劑的各項性能，將其與Sasobit溫拌材料進行了比較和分析。

4.1 自制溫拌改性劑與Sasobit不同摻量的對比試驗方案

按照SEBS：脂肪族烴樹脂：酚醛樹脂硫化劑 = 5 ： 3 ： 3 的比例制作溫拌改性劑。制作原理是通過物理共混將甲苯和SEBS以7：3溶解后攪拌，再加入脂肪族烴樹脂和酚醛樹脂硫化劑攪拌，最后加入基質瀝青繼續攪拌至黑色黏稠液體后進行風干成固體狀態。

在相同摻量與條件下，對比自制溫拌改性劑與Sasobit型溫拌劑對瀝青混合料綜合性能的影響；具體摻量變化參見表1。

4.2自制溫拌改性劑與Sasobit不同摻量試驗結果對比分析

為比較自制溫拌改性劑與Sasobit對基質瀝青性能的作用，設計了對比試驗，其中將 2 % 4 % . 6 % . 8 % 和 10 % 不同質量分數的添加劑分別融入基質瀝青中。

試驗中，首先將自制溫拌改性劑與Sasobit分別加入基質瀝青，隨后遵循標準的自制溫拌工藝流程制備試樣，并系統測試這些試樣的3項關鍵性能。所得實驗結果三大性能指標變化趨勢圖如圖4所示。

由圖3可知，自制溫拌改性瀝青針入度變化與溫拌劑摻量呈負相關，顯示出兩者對瀝青高溫性能的正面效應。當摻量低于 4 % 時，自制溫拌改性劑針入度顯著降低，之后雖增速放緩，但仍保持高效。軟化點方面，兩者摻量增加均提升了瀝青高溫性能，自制溫拌改性劑在此方面表現優異，滿足常規工程對Sasobit摻量 ? 5 % ）的需求。在延度方面，自制溫拌改性劑在適量（如 6 % 摻量）下能有效提升瀝青延度，但是過量就會導致延度下降；而Sasobit型溫拌劑對瀝青延度有抑制作用，且抑制作用隨用量增加而增強，故在實際工程中，建議Sasobit摻量控制在 5 % 以內以平衡性能與成本；相比之下，自制溫拌改性劑在提升延度方面表現出色，增幅高達 3 6 % ，顯示出良好的市場潛力。

通過以上對比分析，自制溫拌改性劑與Sasobit均能有效降低針入度、提升軟化點。但自制溫拌改性劑在4 % ～ 6 % 摻量下溫敏性與性價比更佳，且顯著優于Sasobit在提高瀝青延度方面的表現，最佳摻量為 6 % 。綜上分析，確定自制溫拌改性劑 6 % 的最佳摻量可有效控制施工成本，又能最大化地改善瀝青的高低溫性能。

5結論

本文研制了一種專用的溫拌改性劑，旨在解決瀝青混凝土施工中常見的黏度大、易粘結等問題。通過系統性能評估，深入研究了改性劑成分及其摻量對基質瀝青性能的具體影響，得出以下研究成果。

1）通過研究各組分不同比例溫拌改性劑對基質瀝青性質的影響，確定3組份SEBS、脂肪族烴樹脂、酚醛樹脂硫化劑的最佳配合比例為5：3：3；該配比在有效降低成本的同時，可顯著提升基質瀝青的高溫性能、黏度及適當的低溫性能。2）通過自制溫拌改性劑和Sasobit型溫拌劑的對比實驗，自制溫拌改性劑相較于Sasobit型溫拌劑，展現出更高的性價比優勢。經測定，自制溫拌改性劑在基質瀝青中的最佳摻量為 6 % 。3）本研究成果對于推動溫拌改性路面材料的應用具有重要意義，有助于提升施工效率與質量，并推動環保、節能路面材料的研發與應用進程。

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