温拌剂对沥青性能影响研究分析

□文/师 蕾 李渊源

□李渊源/天津市市政工程研究院。

温拌剂对沥青性能影响研究分析

□文/师 蕾 李渊源

文章提出在沥青中加入温拌剂可以降低沥青混合料拌和及压实温度，减少能量消耗，通过试验研究表明温拌沥青能达到（或接近）热拌沥青性能，延展能力增加并在低温抗开裂试验中表现较好地抗裂性能。

温拌剂；沥青；拌和

传统热拌沥青混合料的拌和及压实温度为150～170℃。在沥青中加入温拌剂后，可降低拌和及压实温度35～50℃，减少30%的CO2等有害气体以及固体粉尘等的排放。德国一项数据指出[1]，1t热拌沥青混合料的生产，伴随着8L燃料油的消耗，而拌和温度降低30℃，可节约2.4L/t燃料油。由于较低的出料温度减少了沥青中轻质油分的散失，可降低施工过程中有害气体的挥发对操作人员健康的危害。本文针对以上特点，进行多次重复性室内试验，结合国内外对温拌沥青路用性能的大量研究，通过试验比对，分析温拌剂对于沥青性能的影响。

1 原料制备

原样沥青为滨州70A级道路石油沥青和SBS改性沥青；温拌剂为一种阳离子表面活性剂，是白色粉末状小颗粒；通过与沥青融合制成温拌沥青。由于此种温拌剂是典型的长链铵盐，含多个亲水胺基和较长碳链的亲油基，微观状态类似带有小球长棒，在与沥青融合时，较长的碳链可以插入到沥青微粒中。加热沥青，使沥青由固态变为流动状态，加入温拌剂，搅拌，用温度计控制沥青温度。此时沥青中会有一些泡沫产生，为温拌剂活化过程中产生的泡沫。移入恒温烘箱中，135℃恒温发育1h，沥青中的泡沫消失，搅拌，沥青混合均匀。取一滴沥青滴入显微镜观察片上，用光学显微镜观察，只观察到黑色，未见到明显的白色原点，此时认为沥青与温拌剂混合均匀。以同样的方式制备SBS改性沥青，可得到相同的结果的温拌改性沥青。

2 基于行业标准评价体系分析沥青性能

按照JTJ052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》之 T0604、T0605、T0606，对原样沥青和加入温拌剂沥青的针入度、软化点、延度以及TFOT老化后试样针入度和延度试验进行多次重复性试验并采集数据。见表1。

表1 原样沥青与加温拌剂沥青试验比对

由表1可知，加入温拌剂的沥青针入度增加，软化点降低，均符合相应型号所对应参数的技术要求。与原样沥青相比较，沥青硬度减低，软化时的温度降低，相应的拌和时沥青由固态变为粘稠液态的温度降低了。沥青延展能力可以通过沥青在恒温水浴中一定速率拉伸长度来测量。与原样沥青相比较，分别在恒温10、5℃下测量，加入温拌剂的的沥青与原样沥青相比沥青延度增加。TFOT老化试验（是模拟沥青在拌和、摊铺筑路后老化性能的试验[6]），163℃恒温加热5h后，测量沥青延度试验，加入温拌剂的沥青延度增加，沥青延展能力有所提高。

3 沥青旋转粘度性能分析

采用沥青Brookfield粘度计法测定沥青粘度并通过不同温度的粘度曲线测定不同种沥青混合料施工温度。本方法是测定牛顿流体或非牛顿流体之剪应力与剪变率之比即沥青表观粘度，通过一个转子在沥青试样中的转动，测定相应的转动阻力所反映出来的扭矩[4]。一般而言，沥青面层，特别是沥青混凝土和沥青碎石混合料面层的使用性能与沥青粘度有很大关系。沥青粘度对沥青和矿料混合料的工艺性质有较大影响。对沥青路面耐久性和稳定性来说，沥青粘度应使用在不同温度下，沥青粘度数值范围变化应小的[5]。本文根据比对数据，研究沥青的粘度，通过不同的温度下对应的粘度数值，评价对于沥青路面的影响。通过得出所选沥青在不同温度下的粘度数值，变化范围较小，对于沥青路面的施工工艺影响较小。加入温拌剂的沥青与原样沥青相比较粘度减低，但降低程度不大。见表2。

表2 不同中沥青的粘度参数

4 基于SHRP体系分析沥青路用性能

1987年美国建立了一项公路战略研究计划，此项计划是通过多年测量路面车辙、抗裂等破损形式，采集大量数据，结合室内试验，根据沥青沥青材料的粘弹性能的本质用流变学指标进行量化，提出高温和低温下与路面使用性能相关的流变特性指标[6]。在加载条件注入试验标准中，能确切地反映沥青的粘弹特性与沥青胶结料所能提供的原样车辙因子（G’/sinδ）、抗疲劳车辙因子（G’·sinδ）和体现低温性能的抗低温开裂的能力（沥青蠕变劲度S和残留沥青m值），将沥青的指标与实际路用性能紧密地联系起来。

4.1 高温性能

高温性能可以通过抗车辙能力动态剪切来检测，它可以模拟沥青运输、储存时的性能，体现沥青高温下稳定的性能。δ为应力与应变的时间滞后相位角。G是复合剪切模量，可以测量出材料重复剪贴变形时总阻力的度量，了解沥青在使用状态下粘弹特性。在较高温度下，为保证沥青面层既有较好的稳定性又有较好的抗车辙能力，沥青材料应具有相对较高的储存模量和较小的相位角，以利于形变的弹性恢复。

试验方法按照美国公路战略研究计划-SHRP中沥青和沥青混合料规范、试验方法，进行评定和试验，通过试验比对，沥青能同时满足相对应的同一级别参数要求，加入温拌剂沥青的高温性能达到（或接近）原样沥青的高温性能对应的参数要求。见表3和表4。

表3 70A与温拌沥青高温性能比对

表4 SBS改性与温拌改性沥青高温性能比对

4.2 低温抗开裂性能

低温抗开裂性能可以用弯梁流变试验来测量，用蠕变载荷模拟温度下降时路面中所产生的应力。蠕变劲度（S）为沥青抵抗永久变形的能力，在衡量沥青路面由于温度引起收缩产生应力大小的尺度，当S增加，受到的应力（因温度而收缩）增加，导致出现温度裂缝，蠕变劲度越大，则可以体现沥青塑性差，呈现脆性，路面容易开裂。m值是S随时间变化的对数曲线斜率，m值越大意味着温度下降而使路面产生收缩时拉应力减小，进而降低了路面发生低温开裂的可能性[7]。

本文用加入温拌剂沥青与原样沥青低温性能做出比对，通过试验数据可以看出，加入温拌剂的沥青蠕变进度相对略小，在低温下引起温度收缩是应力减小，与之对应的m值略有增加，在收缩时拉应力减小，沥青抵抗开裂的可能性略有增加。见表5。

表5 低温抗开裂试验比对

5 结论

1）温拌剂作为一种表面活性剂，在与沥青融合后可减低沥青加热由固态变为粘稠液体时的温度，基于国内传统体系分析，温拌剂可提高沥青延展能力。

2）通过沥青粘度试验分析得出，在沥青中加入温拌剂可以降低沥青粘度并结合国内外对温拌沥青路用性能的大量研究[2～3]，推出降低与矿料拌和及压实时的拌和温度和压实温度35～50℃，减少铺路过程中温室气体和有害气体等排放。

3）基于SHRP评价体系，结合本文试验结果，表明温拌剂对沥青低温抗开裂性稍有影响，与原样沥青相比，抗低温开裂性能稍有增加。

[1]李德超.温拌沥青混合料技术综述[J].石油沥青，2010，（22）5：1-5.

[2]郭 平.Sasobit温拌沥青混合料水稳定性能研究[J].郑州大学学报，2010，（31）5：36-39.

[3]侯月琴.温拌沥青混合料性能研究[D].西安：长安大学，2008.

[4]JTJ052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[5]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1998.

[6]王金勤，张艳莉，李剑新.Superpave规范对评价中国石油高等级道路沥青路用性能的适应性研究[J].中国道路沥青，2006，（5）：10-15.

[7]汪太龙，魏 民，王宪宇，等.国内外十种道路沥青低温性能的比对研究[J].道路沥青与材料设施，2005，（4）：13-15.

U414

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1008-3197（2011）01-46-03

2011-01-11

师 蕾/女，助理工程师，学士，天津市市政工程研究院，从事沥青及沥青混合料试验检测工作。

□李渊源/天津市市政工程研究院。