溫拌劑對瀝青性能影響研究分析

2011-05-12 10:34:08李淵源

天津建設科技 2011年1期

□文/師蕾李淵源

□李淵源/天津市市政工程研究院。

溫拌劑對瀝青性能影響研究分析

□文/師蕾李淵源

文章提出在瀝青中加入溫拌劑可以降低瀝青混合料拌和及壓實溫度，減少能量消耗，通過試驗研究表明溫拌瀝青能達到（或接近）熱拌瀝青性能，延展能力增加并在低溫抗開裂試驗中表現較好地抗裂性能。

溫拌劑；瀝青；拌和

傳統熱拌瀝青混合料的拌和及壓實溫度為150～170℃。在瀝青中加入溫拌劑后，可降低拌和及壓實溫度35～50℃，減少30%的CO2等有害氣體以及固體粉塵等的排放。德國一項數據指出[1]，1t熱拌瀝青混合料的生產，伴隨著8L燃料油的消耗，而拌和溫度降低30℃，可節約2.4L/t燃料油。由于較低的出料溫度減少了瀝青中輕質油分的散失，可降低施工過程中有害氣體的揮發對操作人員健康的危害。本文針對以上特點，進行多次重復性室內試驗，結合國內外對溫拌瀝青路用性能的大量研究，通過試驗比對，分析溫拌劑對于瀝青性能的影響。

1 原料制備

原樣瀝青為濱州70A級道路石油瀝青和SBS改性瀝青；溫拌劑為一種陽離子表面活性劑，是白色粉末狀小顆粒；通過與瀝青融合制成溫拌瀝青。由于此種溫拌劑是典型的長鏈銨鹽，含多個親水胺基和較長碳鏈的親油基，微觀狀態類似帶有小球長棒，在與瀝青融合時，較長的碳鏈可以插入到瀝青微粒中。加熱瀝青，使瀝青由固態變為流動狀態，加入溫拌劑，攪拌，用溫度計控制瀝青溫度。此時瀝青中會有一些泡沫產生，為溫拌劑活化過程中產生的泡沫。移入恒溫烘箱中，135℃恒溫發育1h，瀝青中的泡沫消失，攪拌，瀝青混合均勻。取一滴瀝青滴入顯微鏡觀察片上，用光學顯微鏡觀察，只觀察到黑色，未見到明顯的白色原點，此時認為瀝青與溫拌劑混合均勻。以同樣的方式制備SBS改性瀝青，可得到相同的結果的溫拌改性瀝青。

2 基于行業標準評價體系分析瀝青性能

按照JTJ052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》之 T0604、T0605、T0606，對原樣瀝青和加入溫拌劑瀝青的針入度、軟化點、延度以及TFOT老化后試樣針入度和延度試驗進行多次重復性試驗并采集數據。見表1。

表1 原樣瀝青與加溫拌劑瀝青試驗比對

由表1可知，加入溫拌劑的瀝青針入度增加，軟化點降低，均符合相應型號所對應參數的技術要求。與原樣瀝青相比較，瀝青硬度減低，軟化時的溫度降低，相應的拌和時瀝青由固態變為粘稠液態的溫度降低了。瀝青延展能力可以通過瀝青在恒溫水浴中一定速率拉伸長度來測量。與原樣瀝青相比較，分別在恒溫10、5℃下測量，加入溫拌劑的的瀝青與原樣瀝青相比瀝青延度增加。TFOT老化試驗（是模擬瀝青在拌和、攤鋪筑路后老化性能的試驗[6]），163℃恒溫加熱5h后，測量瀝青延度試驗，加入溫拌劑的瀝青延度增加，瀝青延展能力有所提高。

3 瀝青旋轉粘度性能分析

采用瀝青Brookfield粘度計法測定瀝青粘度并通過不同溫度的粘度曲線測定不同種瀝青混合料施工溫度。本方法是測定牛頓流體或非牛頓流體之剪應力與剪變率之比即瀝青表觀粘度，通過一個轉子在瀝青試樣中的轉動，測定相應的轉動阻力所反映出來的扭矩[4]。一般而言，瀝青面層，特別是瀝青混凝土和瀝青碎石混合料面層的使用性能與瀝青粘度有很大關系。瀝青粘度對瀝青和礦料混合料的工藝性質有較大影響。對瀝青路面耐久性和穩定性來說，瀝青粘度應使用在不同溫度下，瀝青粘度數值范圍變化應小的[5]。本文根據比對數據，研究瀝青的粘度，通過不同的溫度下對應的粘度數值，評價對于瀝青路面的影響。通過得出所選瀝青在不同溫度下的粘度數值，變化范圍較小，對于瀝青路面的施工工藝影響較小。加入溫拌劑的瀝青與原樣瀝青相比較粘度減低，但降低程度不大。見表2。

表2 不同中瀝青的粘度參數

4 基于SHRP體系分析瀝青路用性能

1987年美國建立了一項公路戰略研究計劃，此項計劃是通過多年測量路面車轍、抗裂等破損形式，采集大量數據，結合室內試驗，根據瀝青瀝青材料的粘彈性能的本質用流變學指標進行量化，提出高溫和低溫下與路面使用性能相關的流變特性指標[6]。在加載條件注入試驗標準中，能確切地反映瀝青的粘彈特性與瀝青膠結料所能提供的原樣車轍因子（G’/sinδ）、抗疲勞車轍因子（G’·sinδ）和體現低溫性能的抗低溫開裂的能力（瀝青蠕變勁度S和殘留瀝青m值），將瀝青的指標與實際路用性能緊密地聯系起來。

4.1 高溫性能

高溫性能可以通過抗車轍能力動態剪切來檢測，它可以模擬瀝青運輸、儲存時的性能，體現瀝青高溫下穩定的性能。δ為應力與應變的時間滯后相位角。G是復合剪切模量，可以測量出材料重復剪貼變形時總阻力的度量，了解瀝青在使用狀態下粘彈特性。在較高溫度下，為保證瀝青面層既有較好的穩定性又有較好的抗車轍能力，瀝青材料應具有相對較高的儲存模量和較小的相位角，以利于形變的彈性恢復。

試驗方法按照美國公路戰略研究計劃-SHRP中瀝青和瀝青混合料規范、試驗方法，進行評定和試驗，通過試驗比對，瀝青能同時滿足相對應的同一級別參數要求，加入溫拌劑瀝青的高溫性能達到（或接近）原樣瀝青的高溫性能對應的參數要求。見表3和表4。

表3 70A與溫拌瀝青高溫性能比對

表4 SBS改性與溫拌改性瀝青高溫性能比對

4.2 低溫抗開裂性能

低溫抗開裂性能可以用彎梁流變試驗來測量，用蠕變載荷模擬溫度下降時路面中所產生的應力。蠕變勁度（S）為瀝青抵抗永久變形的能力，在衡量瀝青路面由于溫度引起收縮產生應力大小的尺度，當S增加，受到的應力（因溫度而收縮）增加，導致出現溫度裂縫，蠕變勁度越大，則可以體現瀝青塑性差，呈現脆性，路面容易開裂。m值是S隨時間變化的對數曲線斜率，m值越大意味著溫度下降而使路面產生收縮時拉應力減小，進而降低了路面發生低溫開裂的可能性[7]。

本文用加入溫拌劑瀝青與原樣瀝青低溫性能做出比對，通過試驗數據可以看出，加入溫拌劑的瀝青蠕變進度相對略小，在低溫下引起溫度收縮是應力減小，與之對應的m值略有增加，在收縮時拉應力減小，瀝青抵抗開裂的可能性略有增加。見表5。