表面活性類溫拌劑對AC-13瀝青混合料高低溫性能的影響

作者簡介：楊志勇（1995—），工程師，研究方向：道路工程。

摘要：為探究不同種類表面活性類溫拌劑對瀝青混合料性能的影響，以推動其應用，文章選取5種表面活性類溫拌劑對SBS改性瀝青進行溫拌改性，通過改變拌和溫度（120℃、130℃、140℃），進行瀝青混合料性能試驗，從壓實特性、高低溫穩定性以及水穩定性角度對5種溫拌劑進行綜合評價。結果表明：EVOTHERM 3G溫拌劑對混合料的高溫性能有所改善，對低溫性能的影響最小，試件的空隙率最小；WAP-1溫拌劑的水穩定性最好；WAP-2溫拌劑在120℃就能達到一定的溫拌效果；5種溫拌劑的試驗檢測結果均滿足技術要求。

關鍵詞：表面活性類溫拌劑；瀝青混合料；低溫性能；溫拌效果

中圖分類號：U416.03

0 引言

傳統的熱拌瀝青混合料在生產、運輸以及鋪筑全過程中會導致大量的能源浪費以及溫室氣體排放，而且在拌和過程中瀝青極易在高溫環境下發生老化，從進一步影響路用性能^[1-2]。溫拌瀝青可以有效降低拌和溫度，還兼具優良的瀝青混合料路用性能，是一種低碳排放的環境友好型材料，因而在“雙碳”戰略的國家背景下，具有極大的應用價值和發展潛力^[3-4]。故研究溫拌瀝青混合料技術具有巨大的環保和經濟效益，是瀝青路面施工技術的發展方向^[4]。

目前，市場上的主流溫拌劑可劃分為泡沫溫拌類、有機降黏類以及表面活性類^[5-10]。盡管道路領域諸多研究者對瀝青溫拌技術進行了研究，但由于溫拌劑種類的多樣性，同時針對市面上的多種表面活性類溫拌劑進行綜合的對比分析與評價的研究仍相對較少，這一定程度上影響了表面活性類溫拌劑的優選與工程應用^[11-12]。基于此，本文共選取5種表面活性類溫拌劑（樣品），對SBS改性瀝青進行溫拌改性，在相同級配（AC-13）、油石比（4.9%）以及溫拌劑摻量（0.5%）下，改變拌和溫度（120℃、130℃、140℃），進行瀝青混合料試驗，對5種溫拌劑進行綜合評價，分析不同種類溫拌劑的溫拌效果，為道路行業溫拌劑的選取提供參考。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料及設計方案

瀝青選用中航路通牌SBS改性瀝青，主要技術指標見表1。表2為5種溫拌劑的相關信息，根據廠家建議摻量（占瀝青質量）以及實際現場經驗，選取0.5%為溫拌劑摻量。表3為瀝青混合料AC-13相關信息，其中玄武巖及其磨細的石粉分別為粗細集料和礦粉。

1.2 制備工藝

1.2.1 溫拌瀝青制備

采用機械攪拌進行溫拌改性瀝青樣品的制備。在160℃條件下先將SBS改性瀝青預熱3 h，之后按摻量配比將不同種類溫拌劑分別投放入呈熔融狀態的SBS改性瀝青中，控制高速攪拌器轉速600 r/min，攪拌時長20 min后得到樣品。其中根據廠家建議摻量（占瀝青質量）以及實際現場經驗，選取0.5%為溫拌劑摻量。

1.2.2 溫拌瀝青混合料制備

先將所需溫拌瀝青和集料進行預熱，然后將稱量后的溫拌瀝青與礦料在拌鍋中在指定拌和溫度（130℃、140℃、150℃）下拌和，再將拌和后的瀝青混合料預熱至規定壓實溫度（120℃、130℃、140℃），再進行馬歇爾試件的成型（雙面擊實75次）。

1.3 試驗方法

采用標準馬歇爾試驗，通過不同拌和溫度下的馬歇爾試件的體積指標確定不同種類溫拌瀝青混合料的降溫效果；采用車轍試驗評價溫拌瀝青混合料的高溫性能，采用小梁彎曲試驗評價溫拌瀝青混合料的低溫性能，采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價溫拌瀝青混合料的水穩定性。

2 試驗結果與分析

2.1 溫拌瀝青混合料擊實特性變化

不同擊實溫度下溫拌瀝青混合料的空隙率數據表及關系曲線分別見表4、圖1。分析圖表變化規律可知：

（1）對于相同溫拌劑，隨著壓實溫度的提高，空隙率逐漸減小。這是由于具有熱塑性的瀝青混合料在規定的溫度范圍內溫度越高，其塑性越大，越容易在外力的作用下，縮小其空隙和提高密實^[11]。

（2）5種溫拌劑在130℃和140℃壓實溫度條件下呈現的空隙率變化趨勢基本一致，120℃略有不同。其中，在130℃和140℃下相較對照組，EVOTHERM 3G溫拌劑性能最優，試件的空隙率降幅最大（-1.7%，-1.1%）；而WAP-1溫拌劑的空隙率提升最大（0.2%，0.5%），WAP-2溫拌劑的溫拌效果在三種溫度下的空隙率（5.8%、5.6%、5.5%）變化不大，即該種溫拌劑在120℃的條件下就具能達到一定的溫拌效果；其他種類溫拌劑的溫拌效果相差不大。

2.2 溫拌瀝青混合料高低溫穩定性

為了探究混合料的高溫性能，進行了馬歇爾穩定度的測定，并采用車轍試驗進一步評價瀝青混合料的高溫性能，試驗結果見表5～6、圖2～3。結合圖表分析可知：

（1）對于相同溫拌劑，隨著壓實溫度的提高，穩定度和動穩定度呈現逐漸增大的趨勢。與對照組相比，添加溫拌劑后動穩定度均有不同程度的提升，說明5種溫拌劑對于瀝青混合料的高溫性能均有不同程度的改善。

（2）總體來說，5種溫拌劑對于原材料高溫性能改善相差不大，其中DW、WAP-2和EVOTHERM 3G溫拌劑的性能更優。

在130℃的壓實溫度條件下，采用小梁彎曲試驗來評價溫拌瀝青的低溫抗裂性能，試驗結果見圖4。研究發現，加入不同種類表面活性溫拌劑后，相較對照組，瀝青混合料的破壞應變均有不同程度的降低，其中DW型溫拌劑降低程度最大，降幅為15.8%，EVOTHERM 3G溫拌劑降幅最小，為1.9%，其他種類溫拌劑相差不大，且上述溫拌劑均滿足技術要求。本次試驗結果表明，所用表面活性溫拌劑對于瀝青混合料的低溫性能沒有明顯的改善，甚至有所降低。

2.3 溫拌瀝青混合料水穩定性

殘留穩定度是評價瀝青混合料的抗水損壞性能的重要指標。試驗數據如表7、圖5所示。與對照組相比，5種溫拌劑的殘留穩定度均滿足技術要求，且相差不大，其中DW、EVOTHERM 3G、WAP-2和WAP-1溫拌劑殘留穩定度有所增大，其中WAP-1溫拌劑的增幅最大。為進一步評價瀝青混合料的抗水損壞性能，還采用凍融劈裂試驗進行分析。如圖6所示，加入表面活性類溫拌劑后，相較對照組，凍融劈裂強度比的變化規律與殘留穩定度變化規律基本一致，DW、EVOTHERM 3G、WAP-2和WAP-1溫拌劑凍融劈裂強度有所增大，其中WAP-1溫拌劑增幅最大，增幅為1.3%，與對照組相差不大，說明瀝青混合料的水穩定性基本不受影響。

綜合上述試驗結果，對各溫拌瀝青混合料進行綜合評分，如表8所示。

3 結語

本文通過比較加入5種不同溫拌改性劑的瀝青混合料與未經溫拌劑改性的瀝青混合料的高溫性能低溫性能和水穩定性能，得出以下結論：

（1）5種溫拌劑在130℃和140℃的擊實溫度下，相較對照組，EVOTHERM 3G溫拌劑性能最優，試件的空隙率降幅最大；WAP-2溫拌劑的溫拌效果在三種溫度下的空隙率變化不大，即該種溫拌劑在120℃的條件下就具能達到一定的溫拌效果；其他種類溫拌劑的溫拌效果相差不大。

（2）5種溫拌劑對于瀝青混合料的高溫抗車轍性能均有不同程度的改善，但同時又都對低溫抗裂性較為不利，5種溫拌劑改性后的瀝青混合料低溫性能可滿足路面使用要求。其中，EVOTHERM 3G溫拌劑對混合料的高溫性能提升較大、低溫性能影響較小。

（3）添加表面活性類溫拌劑后，瀝青混合料的水穩定性基本不受影響，不同溫拌劑的效果有微小差異。其中，WAP-1溫拌劑的水穩定性最好。

（4）根據試驗檢測不同溫拌瀝青混合料的性能進行綜合評分（分別針對140℃壓實溫度下，對不同指標性能進行排名，最后累加）發現EVOTHERM 3G、WAP-2、WAP-1三種溫拌劑的得分較高。

（5）總體而言，本次試驗選用溫拌劑的試驗結果均滿足技術要求，不同性能稍有差別但差距不大，建議結合產品價格因素等綜合性考慮溫拌劑的選用。

參考文獻：

[1]Ma F，Dai J S，Fu Z，et al.A new type of crumb rubberasphalt mixture：a dry process design and performance eval-uation[J].Applied Sciences，2020，10（1）：1-21.

[2]M Carmen Rubio，Germán Martínez，Luis Baena，et al.Warm mix asphalt：an overview[J].Journal of Cleaner Production，2011（24）：76-84.

[3]黃吉國，黃 蛟.Thiopave溫拌改性瀝青在重載交通路面工程中的應用研究[J].西部交通科技，2018（11）：18-21.

[4]李 成.拌和與擊實溫度對溫拌橡膠瀝青混合料路用性能的影響研究[J].西部交通科技，2022（4）：76-78.

[5]鐘偉明，王 宇，劉 攀.不同降粘劑對改性瀝青及其混合料性能的影響研究[J].西部交通科技，2022（4）：66-69.

[6]吳金榮，陳海燕，王 崢.溫拌劑對SMA-10瀝青混合料高低溫性能的影響[J].科學技術與工程，2019，19（2）：239-242.

[7]臧芝樹，趙 賓，申愛琴.半溫拌泡沫瀝青混合料水穩定性及壓實特性研究[J].中外公路，2019（1）：271-276.

[8]拾方治，赫振華，呂偉民，等.泡沫瀝青混合料設計方法的試驗研究[J].公路交通科技，2004，21（10）：5-8.

[9]彭 煜，藺習雄，呂文姝，等.KWB有機降粘劑對溫拌瀝青性能的影響研究[J].石油瀝青，2011，25（2）：5-9.

[10]李 明，黃及龍，何唯平.礦物發泡型和有機降粘型溫拌瀝青混合料性能研究[J].西部交通科技，2013（9）：51-53，64.

[11]胡宗文，王兆星，王 林，等.基于表面活性技術的溫拌瀝青膠結料性能試驗研究[J].公路，2009（9）：294-297.

[12]陳 慨，曹 毅.溫拌瀝青混合料路用性能研究[J].中外公路，2014，34（1）：290-293.