新型降黏劑在瀝青路面冬季施工中的應用

邱 軼

上海浦興路橋建設(shè)工程有限公司 上海 201210

介紹一種新型的瀝青降黏劑（OEM），通過將其加入到混合料中，降低瀝青黏度，從而大幅延長施工的溫度區(qū)間，提高施工和易性，解決冬季施工難題。

1 材料與機理

1.1 材料

OEM，由廢塑料再生材料A與有機添加劑B共2種有機物復合加工而成。該產(chǎn)品不同于普通降黏劑，其不僅能大幅降低瀝青結(jié)合料的黏度，延長施工溫度區(qū)間，同時還能提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性等性能。

1.2 作用機理

瀝青一般由瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香組分和飽和組分組成。瀝青四組分的含量會對瀝青黏度有不同程度的影響，增加瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等重質(zhì)成分會使瀝青的高溫黏度升高；而增加飽和酚或芳香酚等輕質(zhì)成分會使瀝青的高溫黏度降低。通常，這些飽和物相互溶解，大多以強度極低的油膏狀分散于瀝青中，極大地影響瀝青的高溫性能。低溫時，這些被溶解的飽和物分子形成粗大晶體而被析出，使瀝青變脆、變硬[1]。

OEM改性劑會降低瀝青高溫拌和時的黏度。OEM由A和B兩組分組成，A是一種有機蠟，經(jīng)高溫溶解后在瀝青中分散于與其結(jié)構(gòu)近似的飽和組分中，低溫又結(jié)晶析出，而另一組分B類似一種表面活性劑，不僅在高溫條件下能夠和瀝青中飽和及不飽和組分相容，還能充當輕質(zhì)組分的角色，提高體系的流變性能，因而大幅降低瀝青黏度。此外，由于組分B分子量小，且含有極性基團，具有一定的極性，故能夠改善瀝青的低溫柔性[2]。

2 對瀝青性能的影響

2.1 制樣方法

OEM的摻量以結(jié)合料內(nèi)摻計算，將其加入到140 ℃（基質(zhì)瀝青）或160 ℃（改性瀝青）瀝青中持續(xù)攪拌10 min后制樣測試。

2.2 降黏效果

以SBS改性瀝青為例，按內(nèi)摻法分別以摻量比例0%、1%、2%、3%、4%、5%制備OEM改性瀝青，采用布洛克菲爾德黏度測試法測定黏度值，以此來確定改性瀝青的可施工范圍（圖1）。

圖1 不同摻量OEM對改性瀝青黏度的影響

從圖1看出，對于改性瀝青，在低摻量范圍內(nèi)，隨著OEM摻量的增加，瀝青黏度明顯降低，當摻量達到4%后，黏度降幅趨于平緩，幾乎不再降低，因此可以確定降黏劑的最佳摻量是4%。同時規(guī)范要求，當改性瀝青135 ℃時的黏度小于3 MPa·s時不影響施工，而在圖1中，4%的OEM摻量下，當溫度降低至105 ℃時，瀝青黏度在3 MPa·s附近，此時降溫區(qū)間達到30 K。因此從黏溫曲線看，在降低30 K的情況下，OEM瀝青的黏度依然能夠滿足施工要求。

2.3 性能變化

根據(jù)上節(jié)結(jié)論，從性價方面，當OEM摻量達到4%時，降黏效果最優(yōu)，此時OEM對瀝青基本性能的影響見表1。

表1 改性瀝青添加OEM后的性能變化

OEM除了起到大幅降黏的效果外，對瀝青本身的性能也有相應的提升。從表1中看出，當摻加4%OEM后，改性瀝青的軟化點和低溫延度均有增強，由于OEM組分中B的活性作用，針入度變大，這樣有利于提高施工和易性。

3 對混合料性能的影響

選用常見的AC-13C級配（粗型密級配瀝青混凝土）來評價壓實溫度降低后OEM瀝青混合料的各項性能指標的變化。

通過前面的黏度試驗，我們可以預測，摻有降黏效果的OEM制備的溫拌瀝青混合料，由于降黏減阻的作用，會導致以下幾種結(jié)果：

1）與熱拌瀝青混合料相比，當保持壓實成型溫度不變時，試件的空隙率會大幅減小。

2）當保持試件空隙率不變時，混合料的壓實溫度會得到很大的降低。

3）當保持原來的壓實溫度，又不需要減小空隙率時，就可以減少混合料的壓實次數(shù)，節(jié)約壓實功。這樣的效果正是瀝青路面冬季施工時所期望的。

本節(jié)中，我們將具體探討OEM瀝青混合料壓實溫度的降低和降低后混合料的體積指標及路用性能（包括混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性等）的變化。根據(jù)之前瀝青性能試驗的結(jié)論，本節(jié)制備OEM瀝青混合料時，OEM的摻量選擇為占結(jié)合料比重的4%。

3.1 對空隙率的影響

分別制作常規(guī)熱拌熱壓、無添加劑熱拌溫壓和4%OEM熱拌溫壓3種混合料類型，結(jié)合料分別選用基質(zhì)瀝青和改性瀝青，在擊實溫度各降低30 K的情況下，測試其空隙率變化。需要注意的是，在本試驗中，由于需要準確控制混合料的擊實成型溫度，因此，在混合料拌和之后均需要放入目標溫度環(huán)境下一段時間，確保混合料溫度穩(wěn)定在目標溫度±2 K范圍內(nèi)。具體結(jié)果如表2所示。

表2 OEM對AC-13C瀝青混合料壓實性能的影響

從表2看出，無論是基質(zhì)瀝青還是改性瀝青，添加4%OEM后，混合料在擊實溫度降低30 K的情況下，空隙率非常接近于熱拌熱壓，而未加OEM的混合料熱拌溫壓后，空隙率明顯高于另兩者，這證明了OEM優(yōu)越的降黏效果，同時也說明了在溫度較低的條件下施工，如果不采用有效措施，不能達到壓實度要求。

3.2 對性能的影響

分別對常規(guī)熱拌熱壓、無添加劑熱拌溫壓和4%OEM熱拌溫壓3種AC-13C混合料進行高溫穩(wěn)定性試驗、低溫抗裂性試驗和水穩(wěn)定性試驗。其中，高溫穩(wěn)定性評價指標為動穩(wěn)定度，低溫抗裂性評價指標為破壞應變，水穩(wěn)定性評價指標為凍融劈裂強度比。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 OEM對AC-13C改性瀝青混合料性能的影響

從表3看出，未加OEM的混合料熱拌溫壓后，相比熱拌熱壓，動穩(wěn)定度下降69%，破壞應變下降23%，TSR下降29%，各項指標均遠低于規(guī)范要求。而添加OEM熱拌溫壓后，上述3項指標均有不同程度的提升，分別提高了27%、12%、5%。因此通過加入OEM后，在施工溫度降低30 K的情況下，混合料的可壓實性好于熱拌熱壓，性能也優(yōu)于熱拌熱壓，為實現(xiàn)冬季低溫施工提供理論依據(jù)。

4 工程應用

根據(jù)室內(nèi)試驗成熟的理論依據(jù)，進行工程應用驗證。2015年1月9日8：00，在鄭州隴海路高架快速路某段進行OEM熱拌溫壓的試驗段鋪設(shè)，天氣溫度1 ℃，風力4級。根據(jù)室內(nèi)試驗的對比數(shù)據(jù)，試驗段級配類型為改性AC-13C，鋪設(shè)2段進行對比，分別是常規(guī)熱拌熱壓和OEM熱拌溫壓。持續(xù)測量攤鋪后混合料的溫度，每隔10 K測試現(xiàn)場空隙率（圖2）。

圖2 初碾溫度與現(xiàn)場空隙率的對應曲線

結(jié)果表明，當碾壓溫度在150 ℃以上時，熱拌熱壓與OEM熱拌溫壓的現(xiàn)場空隙率接近，都能實現(xiàn)壓實效果；隨著碾壓溫度的降低，熱拌熱壓的現(xiàn)場空隙率迅速增大，壓實難度增加，當碾壓溫度降至135 ℃時，現(xiàn)場空隙率已超過5%，到達臨界點，溫度繼續(xù)降低會影響壓實度；而OEM熱拌溫壓在碾壓溫度降至100 ℃時，現(xiàn)場空隙率仍然小于5%，與150 ℃碾壓時的空隙率相比變化不大，但隨著溫度繼續(xù)降低，OEM混合料空隙率迅速增大，也無法正常壓實。因此，對于本例，添加4%OEM后，混合料的碾壓溫度可低至100 ℃，碾壓區(qū)間延長了35 K，解決了冬季施工因溫度降低過快而產(chǎn)生的混合料壓實度不足的難題。

5 結(jié)語

1）對于改性瀝青，添加OEM后，其黏度大幅降低，各項性能有一定提高，當摻量達4%時，效果最佳。

2）無論是基質(zhì)瀝青還是改性瀝青混合料，添加OEM后，在擊實溫度降低30 K的情況下，瀝青混合料的空隙率與熱拌熱壓時相近，而高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性均有不同程度的改善。

3）工程應用上，對比得出OEM混合料的碾壓溫度可低至100 ℃，碾壓區(qū)間延長了35 K，解決了冬季施工因降溫過快導致的難以壓實問題。