瀝青混合料直投改性工藝及應用研究

張文利 付濤

摘要：介紹了中國瀝青路面中瀝青混合料的研究與發展概況，并敘述了直投工藝改性瀝青混合料的性能與工藝特點；詳細講述了用于直投整體改性瀝青混合料的添加劑材料和改性機理以及影響整體改性效果的因素，還通過一些實際施工案例總結了直投改性瀝青混合料工藝的實踐經驗。

關鍵詞：直投工藝；改性機理；拌和時間；拌和溫度

中圖分類號：U414.1文獻標志碼：B

0引言

對普通瀝青混合料直接進行改性，即不對普通瀝青提前進行改性，而是在攪拌過程中添加改性劑使普通瀝青混合料直接改性，可稱之為直投改性瀝青混合料工藝。這種工藝比通過改性瀝青來提高瀝青混合料的性能，具有更多優越性，既減少了普通瀝青在改性過程中的高溫加熱環節，又可以延長瀝青材料的使用壽命，簡化道路材料改性生產工藝，降低改性成本，因此具有更大的經濟效益和社會效益[1]。

2001年前后，直投改性瀝青混合料工藝進入中國，成為替代改性瀝青工藝的一種新方法。它采用一種專門的瀝青混合料改性劑材料，在拌和瀝青混合料的同時完成對瀝青混合料的改性過程，工藝十分簡單、方便。通過在拌和瀝青混合料的過程中添加改性劑，利用瀝青混合料的拌和溫度使改性劑與瀝青相互作用，達到改性混合料性能的效果，既節省能源，也減少對工作人員的不利影響。與常用的SBS改性瀝青比較，這種瀝青混合料的高溫性能更高，達到同樣的技術指標時，成本比SBS改性瀝青更低。

1直投改性瀝青混合料技術的概況

1.1改性添加劑的基本性能

瀝青混合料的性能之所以能得到改善和提高，主要是因為一種高性能的瀝青混合料改性添加劑。這種瀝青混合料改性添加劑由多種高聚物、少量纖維以及填充材料組成，具有改善、提高瀝青混合料一項或者多項技術性能的作用[23]。一般添加劑呈深淺不同的黑色，常溫下為固體顆粒狀，粒徑在5 mm左右，有柱型和扁豆型。法國PR改性添加劑密度為0.91～0.985 g·cm-3，熔點為140 ℃～150 ℃（僅軟化不熔解），燃燒無氣味。這種改性添加劑具有良好的熱溶性，在普通瀝青混合料攪拌溫度下即可充分融化，與裹敷在骨料上的瀝青均勻融合。

1.2改性添加劑的作用機理

直投工藝所用的改性添加劑通過以下作用使瀝青混合料的性能得到提高。

（1） 增加了瀝青的粘聚性，提高了其與礦料的膠結作用。

（2） 增加瀝青混合料的彈性，提高了其回復變形的能力。

（3） 添加劑中的纖維加強了瀝青礦粉泥的網狀結構，提高了瀝青混合料的整體性。

（4） 填充物提高了瀝青混合料的密實度。

1.3改性添加劑的使用劑量

在一定范圍內，改性添加劑的使用劑量與改性效果之間具有正比關系，可根據路面設計要求使用不同劑量的添加劑。一般使用劑量為瀝青混合料質量的0.3%～0.5%，即每噸瀝青混合料中摻入3～5 kg。對于一般道路，可摻入035%；交通量大、重型車輛多的路面可用04%，特殊路段可加至05%。具體可根據工程對瀝青混合料性能的要求并通過試驗確定。

1.4直投改性瀝青混合料工藝的關鍵環節

直投改性瀝青混合料工藝的關鍵環節在于拌和過程。在混合料攪拌過程中要完成改性添加劑的受熱融化和均勻融合、裹敷[4]。因此，拌和過程應滿足以下幾方面要求[5]。

（1） 保證瀝青加熱溫度。根據使用瀝青的標號按照規范要求加熱到規定的溫度。

（2） 礦料的溫度。礦料應加熱到180 ℃～185 ℃。

（3） 添加劑的投入。添加劑和礦料應同步投入拌和鍋，使其有充分的拌和時間。

（4） 干拌時間。添加劑與礦料的干拌時間為10～15 s，具體根據拌和的效果確定。

（5） 濕拌時間。加入熱瀝青的濕拌和時間為30～40 s，每盤的拌和周期應在50 s以上，觀察混合料，瀝青必須均勻裹附在礦料上。

（6） 成品料溫度。成品混合料的出鍋溫度控制在170 ℃～180 ℃。

2直投工藝改性瀝青混合料的技術特點

2.1技術性能

瀝青混合料改性劑的類型有很多，目前使用比較多的是抗車轍類型的添加劑，其中法國PR高性能添加劑的改性效果顯著優于SBS改性瀝青，其車轍指標是SBS改性瀝青的2.5倍左右，是普通瀝青的6倍以上，馬歇爾穩定度可以提高20%左右，一般為12～15 kN，殘留穩定度在85%～90%[6]。

表1是采用不同劑量的法國PRPLASTS瀝青混合料高性能添加劑（PR）對普通70#瀝青混合料進行直投改性后的性能試驗及其與SBS改性瀝青混合料的對比結果。從表1可以看出，采用高性能添加劑并通過直投工藝改性后生產的混合料的技術性能比SBS改性瀝青更佳。

（1） 馬歇爾穩定度比普通瀝混合料提高30%左右，比SBS改性瀝青混合料提高20%以上。

（2） 殘留穩定度比普遍瀝混合料青提高3%～5%，與SBS改性瀝青混合料基本相同。

（3） 高溫穩定性車轍指標有顯著提高，比普通瀝青混合料提高6倍左右，比SBS改性瀝青混合料提高2.5倍以上。

（4） 孔隙率有所減小，說明密實度在增加。

（5） 隨著添加劑量的增加，主要技術性能指標也隨之提高。

2.2與SBS改性瀝青混合料的綜合性能比較

（1） 成本比較。達到同等技術指標要求時，采用直投工藝改性的瀝青混合料成本低于SBS改性瀝青混合料。

（2） 采用直投工藝改性的瀝青混合料可以延長瀝青的使用壽命。在制作SBS改性瀝青時，瀝青需要在180 ℃的溫度下加熱很長一段時間，這個加熱過程使瀝青的組分發生一定變化，加速了瀝青的老化，影響了瀝青的使用壽命。采用直投改性瀝青混合料工藝由于沒有對瀝青的加熱環節，不破壞瀝青的基本性能，相應延長了路面的耐久性。

（3） 直投改性瀝青混合料工藝簡單，不需要再增加其他設備；而生產SBS改性瀝青不僅需要專門的改性設備，還要增加改性過程的燃料費用，成本較高。

（4） 直投工藝采用的改性劑是顆粒狀固體，容易存放，不易產生泄漏浪費；而SBS改性瀝青在保存過程中需要一直保溫攪拌，這不但會影響瀝青的使用壽命，而且增加了成本。

（5） 采用直投工藝比生產SBS改性瀝青環保，對環境和工作人員的危害小。

2.3應用實踐及經驗

國內應用這種工藝的工程很多，例如北京水立方周邊的道路工程、長安街大修工程、四川的奉節高速、山西的太舊高速、云南的水麻高速、蒙新高速、楚大高速、新疆的哈星高速以及貴州的貴惠高速，許多省市都采用過這種技術和添加劑用于新建公路和維修養護工程。

國內用戶在直投改性瀝青混合料工藝的應用實踐中總結了許多經驗，歸納起來主要包括以下幾方面。

（1） 選用性能優良的添加劑。添加劑的性能直接影響瀝青混合料的改性效果，而改性效果應該綜合全面評價，不能單看車轍指標，如果其他指標低，混合料的路用性能也會降低。

（2） 保證混合料的拌和溫度。如果拌和溫度不夠高，添加劑不能很好地軟化，也不能和瀝青均勻混合，達不到改性效果。

（3） 保證拌和時間。瀝青混合料的拌和時間不夠，添加劑便不能和瀝青均勻混合，不能很好地裹附在礦料表面，達不到改性效果。特別是干拌時間不足，會使添加劑達不到足夠的軟化程度，影響改性效果。

3直投改性瀝青混合料的設備及工藝

由試驗數據可知，改性添加劑與瀝青混合料的質量百分比對改性混合料的性能影響顯著，因此直投改性工藝需要一個計量并投放添加劑的附屬設備，這個設備的精度與靈敏度將直接影響瀝青混合料的改性效果。這種用于直投改性瀝青混合料生產的工藝設備稱為添加劑投料系統，是作為傳統瀝青混合料拌和設備的附加設備。但相對于其他改性生產工藝設備，該設備非常簡單，具有規模較小、結構簡單等特點，能夠根據瀝青混合料攪拌設備的生產能力按照改性摻配比例精確計量改性添加劑，并能夠根據瀝青混合料攪拌設備的拌和周期定時投料。

4結語

實踐證明，直投改性瀝青混合料工藝不僅具有操作方便、配套設備簡單、改性成本低等優越特性，其改性質量效果也明顯優于傳統SBS改性瀝青，可以為施工單位、業主和社會帶來巨大的經濟效益，已經被越來越多的用戶和工程所接受，具有很大的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]李交，閆國杰，楊振華，等.直投式瀝青改性方案及其節能效果分析[J].城市道橋與防洪，2010（12）：152155.

[2]赫振華，劉鋼，閆國杰.直投式瀝青改性劑RST的改性機理[A].中國公路學會學術論文集[C].北京：人民交通出版社，2010.

[3]儲怡.瀝青混合料生產中使用直投式改性劑的作用機理及生產控制[J].建設與施工，2011，33（6）：492493.

[4]彭勇.瀝青混合料均勻性與性能變異性的關系[J].中國公路學報，2006，19（6）：3034.

[5]李寧利，李鐵虎.改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度[J].中國公路學報，2007，20（2）：4044.

[6]張秀華，田慧楓.法國PRPLASTS瀝青混合料添加劑在我國的應用[A].第十次全國石油瀝青技術交流會論文集[C].北京：石油工業出版社，2006.

[責任編輯：杜衛華]