不同溫拌技術對瀝青及其瀝青混合料性能影響分析

張慧生，吳 凡

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211100)

十四五期間，為減輕環境污染，節約地球資源，國家出臺了一系列政策，這些政策也較大程度促進了道路交通領域新材料、新工藝的發展，例如，近年較流行的溫拌瀝青技術，就屬于節能減排的新材料、新工藝。當前流行的溫拌瀝青主要是將原始瀝青發泡或者在原始瀝青中添加溫拌劑，從而達到降低施工拌和溫度，且有研究表明當施工溫度每降低10 ℃，每噸瀝青混合料將減少0.9 kg的二氧化碳等有害氣體的排放。

目前，常用的溫拌劑類型有表面活性劑類、有機添加劑類、瀝青-礦物類。不同的溫拌劑降低施工溫度的機理也不盡相同，本文主要研究了添加表面活性劑Evotherm M1，Redise LQ110C以及有機降黏劑Sasobit Redux三種溫拌劑對瀝青性能影響。再通過研究體積參數與溫度的關系，得到最佳拌和壓實溫度，在最佳壓實溫度的條件下，通過相關實驗評價不同溫拌類型對瀝青混合料性能的影響，從而對溫拌技術實際應用提供指導。

1 原材料及實驗方法

1.1 原材料

1.1.1 瀝青

本文所采用的原始瀝青為SBS改性瀝青，主要技術指標見表1。

表1 原始SBS改性瀝青技術指標

1.1.2 溫拌劑

本研究選用三種溫拌劑，第一種是Sasobitbit Redux(下文簡稱Saso)，第二種是Redise LQ-1102C(下文簡稱1102C),第三種是Evotherm M1(下文簡稱M1)。其中本研究溫拌劑Saso的添加量為瀝青質量的1.5%，溫拌劑1102C的添加量為瀝青質量的0.75%，溫拌劑M1的添加量為瀝青質量的0.5%。

1.1.3 礦料級配

本文所選用粗細礦料均為石灰巖，按照《公路工程集料試驗規程》[1]對礦料進行檢測，各技術指標均滿足規范要求，且本文所選用瀝青混合料級配為Sup-20。

1.2 實驗方法

1.2.1 瀝青性能實驗

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[2]的實驗方法和《公路瀝青路面施工技術規范》[3]的技術指標，分別檢測SBS,SBS-Sasobit,SBS-1102C,SBS-M1四種瀝青老化前后的針入度、軟化點、延度及135 ℃黏度，研究各種溫拌技術對瀝青性能的影響。

1.2.2 瀝青混合料性能實驗

首先通過研究瀝青混合料體積參數與壓實溫度的關系，從而得出各溫拌技術的最佳壓實溫度。通過各性能實驗驗證在最佳壓實溫度下各溫拌瀝青混合料的高溫性能、水穩定性、低溫性能以及抗疲勞斷裂性能是否能滿足要求，討論各種溫拌瀝青混合料相關性能的變化規律。

2 溫拌劑對瀝青性能影響分析

根據相應溫拌劑摻量，添加溫拌劑Saso，1102C，M1。研究各溫拌劑對原始SBS改性瀝青性能影響，實驗結果如表2所示。

表2 各溫拌瀝青技術指標

由表2結果可知，在添加溫拌劑Saso后，原SBS改性瀝青針入度、延度以及135 ℃黏度有著較大幅度的降低，而軟化點有著較為明顯的上升。主要原因為溫拌劑Saso為合成蠟物質，熔點為102 ℃，常溫下呈現固態。當瀝青溫度較低時，其在瀝青中形成連續且穩定的網狀結構，使得瀝青變硬、變脆，并提高了瀝青的穩定性，降低溫度敏感性。而當瀝青溫度高于其熔點時，Saso能充分的分布在瀝青中，因此降低了瀝青黏度。

而在添加了溫拌劑1102C以及M1后，原SBS改性瀝青各項性能都變化較小，究其原因，表面活性劑類溫拌劑，在與瀝青充分攪拌后內部的水溶液基本揮發，只剩下少量對瀝青影響很小的活性劑成分[4]。

經旋轉薄膜烘箱試驗短期老化后，摻入溫拌劑Saso的瀝青相較于原SBS改性瀝青的各項指標變化幅度較小，可見溫拌劑Saso對瀝青抗老化性能的影響較小。而摻入溫拌劑1102C與M1的瀝青各項指標變化比例皆明顯減小，可見溫拌劑1102C，M1能明顯增加瀝青的抗老化性能[5-6]。

3 不同溫拌劑對瀝青混合料性能影響分析

3.1 不同溫拌瀝青混合料降溫效果評價

選用級配為SUP-20，最佳瀝青用量為4.16%。在最佳瀝青用量的條件下確定各溫拌類型的瀝青混合料的最佳壓實溫度。選用四種拌和溫度(165 ℃，150 ℃，135 ℃，120 ℃)制備旋轉壓實試件，并測定體積參數，以孔隙率4.0%時所對應的壓實溫度作為最佳壓實溫度,實驗結果見圖1。空隙率與成型溫度的線性回歸方程見表3。

表3 空隙率與成型溫度的線性回歸方程

結合圖表分析可知，各溫拌瀝青混合料試件空隙率與壓實溫度的線形關系較好。以空隙率4.0%作為目標空隙率時，通過線形回歸方程得到，原SBS壓實溫度為160 ℃，SBS-Saso壓實溫度為146 ℃，降溫幅度為14 ℃，SBS-1102C壓實溫度為142 ℃，降溫幅度為18 ℃，SBS-M1壓實溫度為132 ℃，降溫幅度為28 ℃。可見溫拌劑M1的降溫效果要優于溫拌劑1102C與溫拌劑Saso[7-8]。

3.2 不同溫拌瀝青混合料路用性能評價

在最佳壓實溫度條件下，通過相關實驗驗證各溫拌瀝青混合料的高溫性能、水穩定性、低溫性能以及抗疲勞斷裂性能是否能滿足要求，討論各種溫拌瀝青混合料相關性能的變化規律[9]。

3.2.1 不同溫拌瀝青混合料高溫性能

采用車轍實驗評價溫拌瀝青混合料的高溫性能，實驗結果如表4所示。

表4 各溫拌瀝青混合料高溫性能 次/mm

由表4可知，相較于原SBS瀝青，添加溫拌劑Saso的瀝青混合料的動穩定度增加了17.4%，有了較為明顯的上升，究其原因是車轍實驗的溫度為60 ℃，遠低于溫拌劑Saso的熔點，此時溫拌劑Saso仍以固體的形式均勻分布在瀝青形成網狀穩定結構，提高了混合料的穩定性。而添加溫拌劑1102C與M1的溫拌瀝青混合料動穩定度增加比例較小，表明溫拌劑1102C,M1對混合料影響較小[10-11]。

3.2.2 不同溫拌瀝青混合料水穩定性

采用浸水馬歇爾實驗與凍融劈裂實驗評價溫拌瀝青混合料水穩定性能(見表5，表6)。

表5 各溫拌瀝青混合料殘留穩定度

表6 各溫拌瀝青混合料凍融劈裂強度比

結合浸水馬歇爾實驗與凍融劈裂實驗結果，三種溫拌瀝青混合料的殘留穩定度與凍融劈裂強度比均滿足規范要求，與SBS改性瀝青相比，添加溫拌劑Saso的溫拌瀝青混合料殘留穩定度上升了1.3%，凍融劈裂強度比下降了2.2%，變化比例較小，可見溫拌劑Saso對瀝青混合料水穩定性能影響較小。而添加溫拌劑1102C，M1的溫拌瀝青混合料殘留穩定度上升6.2%，6.8%，凍融劈裂強度比上升3.2%，3.9%，可見溫拌劑1102C，M1能夠提升混合料的抗水毀能力，主要是因為瀝青混合料中的瀝青薄膜可以在溫拌劑1102C，M1的幫助下驅離并取代石料表面的殘留水分，并且幫助瀝青薄膜與石料表面形成牢固的化學作用力，提高瀝青混合料的抗水毀能力。

3.2.3 溫拌瀝青混合料低溫性能

采用低溫小梁實驗驗證溫拌瀝青混合料的低溫性能，實驗結果見表7。

表7 各溫拌瀝青混合料低溫性能

由表7可知，三種溫拌瀝青混合料皆能滿足規范要求，相較于SBS瀝青混合料，添加溫拌劑Saso后極限彎拉應變下降了17.0%，有著較為明顯的下降，主要原因為當混合料長時間處在0 ℃以下的環境時，溶解在瀝青中的溫拌劑Saso與一小部分被它吸附的瀝青飽和分一起析出，使得瀝青變得又脆又硬，降低瀝青混合料的低溫性能。而添加溫拌劑1102C與M1的瀝青混合料僅上升了1.6%，2.8%，表明溫拌劑1102C，M1對瀝青混合料的影響較小。

3.2.4 溫拌瀝青混合料疲勞抗裂性能

采用帶切縫半圓彎曲疲勞實驗評價溫拌瀝青混合料疲勞性能，疲勞實驗溫度選為15 ℃，加載頻率為10 Hz，加載波形為半正失波，試件直徑為150 mm、厚度為50 mm，底部切縫深度為15 mm、寬度為1.5 mm。

首先要進行半圓彎曲強度試驗，從而確定半圓彎曲疲勞試驗的荷載水平與應力比。

通過半圓強度實驗結果發現SBS，SBS-Saso，SBS-1102C，SBS-M1的破壞荷載平均值8.73，9.13，8.83，8.62(見表8)。半圓疲勞實驗需要選擇合適的應力比，將疲勞壽命控制在幾千到幾十萬次之間，通過多次嘗試確定半圓彎曲疲勞實驗的應力比，見表9。

表8 各溫拌瀝青混合料破壞荷載

表9 各溫拌瀝青混合料荷載水平與應力比

通過確定的荷載水平，對試件加載，從而得到疲勞壽命，見表10。

表10 在不同應力比下各溫拌瀝青混合料疲勞壽命

結合之前的研究，應力比與疲勞壽命可用式(1)表示：

(1)

其中，Nf為疲勞壽命，次；t為應力比；k，n均為待擬合的系數。

為了使數據更加的直觀，將式(1)兩邊取對數，得到式(2)：

lnNf=lnk-nlnt

(2)

對表9，表10的數據進行擬合得到各溫拌瀝青混合料疲勞系數,見表11。

表11 各溫拌瀝青混合料疲勞系數

lnk為曲線的截距，lnk值越大，表明該半圓試件抗疲勞性能越好；n為曲線的斜率，反映半圓試件的疲勞壽命對應力比的敏感程度，n值越大，則表示疲勞壽命對應力比變化越敏感，疲勞性能越差，因此本研究用lnk/n值來評價各種溫拌瀝青混合料的抗疲勞性能[12-13]。

由表11可見，將各溫拌瀝青混合料lnk/n值由大到小排列，SBS-Saso>SBS-1102C>SBS-M1>SBS。且SBS-Saso的lnk/n值為SBS的1.75倍，SBS-1102C的lnk/n值為SBS的1.25倍，SBS-M1的lnk/n值為SBS的1.20倍，可見溫拌劑Saso能夠較大幅度的提升混合料的疲勞性能，溫拌劑1102C以及M1對混合料的疲勞性能影響較小[14-15]。

4 結語

1)添加溫拌劑Saso后，瀝青軟化點上升，針入度、延度、135 ℃黏度下降。而溫拌劑1102C及M1對瀝青影響較小。且RTFOT老化后，添加三種溫拌劑瀝青各指標變化比例減少，可見三種溫拌劑可以提高瀝青的抗老化性能，且三種溫拌劑中1102C與M1的表現更好。

2)以4.0%作為目標空隙率，SBS-M1降溫效果最好，可以達到28 ℃的降溫幅度。且通過各路用性能試驗分析發現，壓實溫度大幅降低并沒有降低溫拌瀝青混合料性能。

3)不同溫拌劑種類對混合料性能影響也不盡相同，其中，溫拌劑Saso可以大幅度地提升瀝青混合料的高溫性能與抗疲勞性能，對水穩定性影響較小，而對低溫性能有一定負面影響。溫拌劑1102C與M1能大幅度的提升瀝青混合料的水穩定性，對混合料的高溫性能、抗疲勞性能、低溫性能的影響很小。