不同溫拌劑類型對溫拌瀝青混合料性能的影響

馮秀亮

（山西路橋第八工程有限公司，山西 運城 044000）

1 原材料與溫拌瀝青設計

溫拌瀝青對節能減排具有重要意義，國內學者對其進行了較多研究［1-3］。

1.1 原材料準備

試驗使用AH-70#基質瀝青，其各項性能指標見表1。

表1 基質瀝青相關技術指標

對于礦料的選擇為閃長巖得到的天然碎石（25.6%碎石（4～8 mm）、28.4%碎石（8～16 mm）、25.6%細砂（0～4 mm）、7.6%天然砂（0～4 mm）、7.6%填料與5.2%的50～70 mm 針入度的初膠結料組成。

溫拌劑采用合成蠟、較軟的合成蠟與沸石，制作WMA 混合物。合成蠟與沸石的相關技術性質見表2。

表2 合成蠟溫拌劑相關技術性質指標

表3 較軟合成蠟溫拌劑相關技術技術性質指標

表4 沸石溫拌劑相關技術性質指標

試驗采用兩種合成蠟，較軟的合成蠟與第一種合成蠟溫拌劑相比其融化溫度約為85 ℃，而第一種大約為115 ℃。沸石作為溫拌劑是由于沸石所含結晶水在熱瀝青中持續蒸發或沸騰產生微發泡的功能來實現瀝青混合料的溫拌，這種微小泡沫會使分子空隙更小并起到潤滑劑的作用，同時具有較好的裹附集料能力，從而改善混合料的施工和易性及壓實特性，進而達到溫拌效果。

2 試驗目標

試驗樣品為基質瀝青，添加3%合成蠟、1.5%合成蠟、1.5%合成軟蠟、0.3%的沸石瀝青混合料。所有樣品都采用相同的混合設計，只是添加劑不同。而添加劑的百分比參考供應商建議。對所有樣品測定其滲水系數、水穩定性、高溫流變性能以及低溫抗裂性能。

3 試驗結果分析

3.1 滲水系數

不同瀝青混合物的滲水系數值見圖1。

圖1 不同瀝青混合物的滲水系數值

從圖1 可以看出，在基質瀝青中加入外加劑對瀝青混合料滲水系數的影響具有很大差異。（1）當向瀝青混合料中加入3%的合成蠟時，對滲透指數提升明顯，達到了2.6；當減少合成蠟的摻量時，滲水系數下降幅度也較為直觀，說明合成蠟對瀝青混合料的滲透指數影響較大。（2）加入1.5%合成軟蠟時，則是降低瀝青混合料的滲水系數，說明加入外加劑降低瀝青混合料的拌合溫度，而熔點較低的合成軟蠟受溫度影響明顯，在混合料中以溶膠狀態存在，增加了混合料的致密性，導致瀝青混合料的滲水系數降低。（3）加入沸石也會減小瀝青混合料的滲透指數。總體來說，合成軟蠟與沸石的加入對瀝青混合料的滲水系數影響較小，而合成蠟對瀝青混合料的滲水系數影響較大。

3.2 水穩定性

通過試驗得到了加入不同添加劑的瀝青混合料的水穩定性，其TSR 值見圖2。

圖2 不同瀝青混合料的TSR 值

從圖2 可以看出：（1）不同添加劑的加入并沒有使瀝青混合料的水穩定性發生太大變化，其中加入1.5%的合成軟蠟其瀝青混合料的水穩定性最好。（2）所有添加劑加入后都比HMA 的水穩定性好，即加入溫拌劑后的瀝青混合料普遍比熱拌瀝青的水穩定性表現優異，因為較低的拌合溫度使瀝青在較低的溫度下壓實，從而其穩定性表現更好，其水穩定性也更好，說明在水穩定性方面，溫拌瀝青完全可以替代熱拌瀝青。

3.3 高溫穩定性

加入不同溫拌劑的瀝青混合料抗車轍性能試驗結果見圖3。

圖3 加入不同溫拌劑后的溫拌瀝青動穩定度

從圖3 可以看出：（1）加入溫拌劑后，四種測試樣本的動穩定度都有所提高，其中加入3%合成蠟樣品的動穩定度提升幅度最大，加入沸石的樣品動穩定提升較小。應該是由于合成蠟的晶體網狀結構，在與瀝青混合料混合后，增加其結構的穩定性，減小了結構的整體流動度，所以增強了其高溫穩定性。（2）比較加入3%的瀝青混合料與加入1.5%的瀝青混合料可以看出，適當增加合成蠟溫拌劑的投入比例也能夠提高溫拌瀝青混合料的高溫穩定性。（3）比較合成蠟與合成軟蠟兩者之間的動穩定度可以看出，合成蠟對于提高高溫穩定性的效果要優于合成軟蠟，主要原因可能是合成軟蠟的熔點低于合成蠟，在高溫的情況下其過早融化，相較于合成蠟而言流動性增強，動穩定度相對降低。

3.4 低溫抗裂性

彎曲小梁破壞試驗以及彎曲蠕變試驗，結果見圖4。

圖4 不同溫拌劑溫拌瀝青與最大拉應變、勁度模量的關系

通過圖4 可以看出：（1）添加溫拌劑后的瀝青混合料試件的最大拉應變都有所減小，特別是加入合成蠟的情況，最大拉應變減小幅度較大，而加入沸石溫拌劑后對瀝青混合料的低溫抗裂性能影響較小。（2）減小合成蠟的投入比例，其對瀝青混合料的低溫性能影響也越小。而相較于合成蠟，合成軟蠟的加入對瀝青混合料低溫性能的影響介于沸石與合成蠟之間。（3）反觀勁度模量，適當的添加沸石溫拌劑能夠提高瀝青混合料的勁度模量，而合成蠟的加入則恰恰相反。可以推測，由于在低溫條件下，瀝青混合料的柔性將會由瀝青中的極性分子和含有環狀基團與直鏈的含量、種類以及他們的自由度來控制，所以加入合成蠟溫拌劑對瀝青混合料的低溫性能并沒有太大改善，并且由于其中含有具有支鏈的異烷烴，含量過多會對瀝青的低溫性能造成不好的影響，使其具有一定的脆性。（4）沸石溫拌劑的加入會使瀝青在拌和中體積膨脹，在水中產生細微的噴霧，因此，加入沸石的溫拌瀝青在低溫性能方面要優于加入合成蠟的瀝青。

4 結語

（1）合成軟蠟與沸石的加入會減小瀝青混合料的滲水系數，且影響較小，而合成蠟的加入能夠明顯地提高瀝青混合料滲水系數。（2）幾種溫拌劑的加入對瀝青的水穩定性影響有限，但相較于熱拌瀝青而言，溫拌劑的加入使瀝青的水穩定性都有提升，說明溫拌瀝青在水穩定性方面能夠替代熱拌瀝青。（3）摻量為3%合成蠟的瀝青混合料在高溫穩定性方面表現最好，由于其熔點較高，且為網狀晶體結構，增強了瀝青混合料的整體結構性，所以也增強了其高溫穩定性。（4）在低溫抗裂性方面，加入溫拌劑都會對低溫性能產生不利影響，特別是合成蠟的加入，由于其含有支鏈的異烷烴，會增加混合料的脆性，而相較而言，加入沸石與合成軟蠟的影響要小很多。（5）在實際工程中對溫拌劑的選擇需要視具體的外部環境情況特別是氣候條件而定，從而達到性能、環保、成本最佳選擇。