温拌剂对沥青混合料性能的影响研究

■林 斌

(1.福建省交通科学技术研究所;2.福建省公路水运重点试验室，福州 350001)

温拌剂对沥青混合料性能的影响研究

■林 斌1,2

(1.福建省交通科学技术研究所;2.福建省公路水运重点试验室，福州 350001)

国家早在《十一五纲要》中就提出了单位国内生产总值能耗降低20%左右，温拌沥青的出现则为交通行业的节能减排工作做出了贡献。本文从对温拌沥青的性能分析入手，通过室内试验研究了温拌沥青混合料的高温性能、水稳定性和低温抗裂性等路用性能，并对国内的研究试验方法提出了建议。

温拌沥青 温拌沥青混合料 路用性能

目前我国大多采用传统的热拌沥青混合料HMA (HotMixtureAsphalt)，这种工艺的沥青混合料是将沥青和矿料分别加热到150℃和160～180℃左右，再在160℃的高温下进行拌和，而摊铺和碾压时的温度也不得低于120℃，因此不仅要消耗大量的能源，而且在生产和施工的过程中还会排放大量的废气和粉尘，周围的环境和施工人员的健康受到严重影响。温拌技术是一种新兴的绿色技术，该技术通过一定的措施，使混合料可以在相对较低的温度下进行拌和、摊铺与压实，同时保持其技术性能不低于HMA，这样就节省了能源的消耗和烟尘的排放。除此之外，温拌技术还能延长设备的使用寿命，提高交通开放的效率等。

1 温拌剂简介

本文采用两种不同类型的温拌剂，分别为南非Sasol-Wax公司生产的Sasobit温拌剂和美国Meadwestvaco公司生产的Evotherm第二代温拌剂 (DAT)。

温拌剂Sasobit也被称作固体石蜡，外观呈白色或者淡黄色的固体小颗粒，如图1所示。其化学成分为合成的长链饱和碳氢化合物，独特的化学组成使其广泛用于沥青混合料中，具有优良的性能。其作用机理是通过降低沥青胶结料的高温粘度，但不降低其低温粘度，从而降低沥青混合料的拌和与压实温度。

Evotherm第二代产品 (DAT)为一定浓度的暗黄色水溶液，主要成分是表面活性剂，如图2所示，其分子结构由两部分组成：长碳链的亲油基团 (尾部)和极性的亲水基团 (头部)，而头部亲水、尾部亲油的特性决定了表面活性剂在介质中向界面位置富集的特性和特殊的介质溶解状态。其作用机理是通过少量的表面活性剂、水与沥青在拌和中的共同作用，借助强大的分散能力实现彼此融合，在胶结料内部形成较为稳定的结构水膜，水膜润滑作用不受温度影响，温度下降时，水膜润滑作用能够很大程度抵消沥青粘度增大的影响，显著增加沥青混合料在较低温度时的拌和工作性，从而实现温拌，但其本身不具降粘的效果。

图1 Sasobit温拌剂

图2 DAT温拌剂

2 温拌剂对沥青性能的影响

本文选用AH70#基质沥青分别添加Sasobit、DAT两种温拌剂制备温拌沥青，并测试AH70#,AH70#+Saso, AH70#+DAT三种沥青的针入度、软化点和延度，研究两种温拌剂对沥青性能的影响。试验结果见表1。

表1 沥青指标测试结果

从表1中分析得出：添加Sasobit的AH70#沥青指标都有明显变化，针入度明显降低，表明Sasobit使沥青变硬、变稠，抗变形能力有所增加；软化点明显增大，这是因为当温度低于Sasobit熔点时，Sasobit在沥青中形成网状晶体结构，从而提高沥青的高温性能；延度明显降低，可见Sasobit会使沥青变脆，低温性能降低；粘度明显降低，符合了Sasobit的作用机理。而添加DAT的AH70#沥青指标都无明显变化，这是因为制备DAT温拌沥青时，DAT中的水溶液己经基本挥发，只残留少量的表面活性成分，对沥青指标影响不大。

3 温拌剂对沥青混合料性能的影响

本文通过对比热拌混合料及两种不同类型温拌混合料的路用性能，分析温拌剂的降温效果及对沥青混合料性能的影响。

3.1 混合料组成设计

试验采用AC-16C沥青混合料，其合成级配如表2及图3所示 (集料级配以方孔筛作为控制标准)，沥青含量为4.6%。

表2 AC-16C沥青混合料级配

图3 级配曲线图

普通基质沥青混合料选取145℃作为压实成型温度，温拌基质沥青混合料分别选取145℃、130℃ 、115℃和100℃作为压实成型温度，相应的拌合温度比成型温度高约15℃。通过对比不同基质沥青混合料在各成型温度条件下的体积指标，探讨两种温拌剂的降温效果。马歇尔试验结果如表3及图4所示。

图4 沥青混合料成型温度与孔隙率的关系

表3 马歇尔试验结果

表4 成型温度与孔隙率的回归方程

由表3、表4及图4分析得出，加入温拌剂以后，沥青混合料试件孔隙率与成型温度之间的线性相关性较好，达到目标孔隙率4.47%时，添加Sasobit成型温度约为124℃，下降了21℃，添加DAT成型温度约为118℃，下降了27℃。这说明在添加了温拌剂后，成型温度得到了明显的降低，而温拌剂DAT具有更好的降温效果。

3.2 温拌沥青混合料的高温性能

在我国，大部分地区夏季最高气温都在35℃以上，沥青路面要求耐受最高温度要比最高气温高25℃，即60℃以上，沥青路面在车载作用下会出现车辙等严重影沥青路面使用性能的危害，所以研究沥青路面的高温性能是十分重要的。用于沥青混合料高温性能试验的方法很多，下面将采用车辙试验来进行研究。本次车辙试验，使用300mm×300mm×50mm的试件，温度为60℃，压强0.7MPa。以得到的成型温度分别成型混合料试件进行车辙试验，结果如表5及图5。

表5 车辙试验结果

图5 动稳定度

由表5及图5分析得出：添加Sasobit混合料试件动稳定明显提升，这是因为车辙试验温度低于Sasobit熔点，Sasobit仍以固态均匀分布在沥青中形成网状晶格结构，大大增强了混合料的劲度，所以提高了沥青混合料的抗车辙能力。添加DAT混合料试件动稳定略有提升，这是因为在温度还没有达到使温拌剂DAT内部化学键断裂的时候，其内部亲油基团吸附了沥青中流动性较大的分子，与沥青形成一种相对十分稳定的结构，故而提高了沥青混合料的高温稳定性。通过对比这两种温拌剂的试验结果，Sasobit对沥青混合料的高温性能影响更大，效果更好。

3.3温拌沥青混合料的水稳定性能

沥青面层的早期破坏多与水损害有关，水损害是水在汽车动载反复作用下进入到沥青面层空隙里，从而对沥青混合料引起冲刷和侵蚀，导致沥青粘附性下降，沥青膜从矿料表面脱落，沥青路面产生坑槽、松散等损坏。由于温拌沥青混合料施工时的温度降低，集料中的水分并不能完全蒸发，因此必定会影响沥青混合料的水稳定性，这也是目前温拌技术中不可避免的缺陷。本文采用沥青混合料浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验来验证温拌沥青混合料的水稳定性能，试验结果如表6及图6。

表6 水稳定性试验结果

图6 水稳定性试验结果

由表6及图6分析得出：三种沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比都符合规范要求。添加Sasobit温拌剂后，沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均减小，这说明Sasobit温拌剂对沥青混合料的水稳定性有负面作用，这是因为混合料在较低的拌和温度下，集料表面的水分没有完全蒸发，导致集料与胶结料的粘结能力变弱，从而降低了沥青混合料的水稳定性；而添加DAT温拌剂后，沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均增大，这是因为DAT温拌剂中亲油基团和亲水基团的化学键在高温拌和中断裂，亲水基团连接的自由水分子迅速蒸发，并且带走集料表面的自由水分，这个过程起到了降低集料表面含水率的作用，与沥青抗剥落剂的作用类似，因此温拌剂DAT提高了沥青混合料的水稳定性。

3.4温拌沥青混合料的低温性能

近年来，无论是冰冻地区还是非冰冻地区，均在使用期出现开裂问题，在温差较大的地区尤为严重，这是因为在低温条件下，沥青混合料所承受的温度应力超过了其所能承受的强度极限。本文采用低温弯曲破坏试验来验证沥青混合料的低温性能，试验结果如表7及图7所示。

表7 沥青混合料低温弯曲试验结果

图7 沥青混合料低温弯曲试验结果

由表7及图7分析得出：添加Sasobit的沥青混合料破坏应变明显减小，这说明温拌剂Sasobit对沥青混合料的低温性能有负面影响，这是因为温度较低时，Sasobit会与小部分被它吸附又溶解它的沥青饱和组分一起结晶析出，沥青变脆变硬，从而导致混合料低温性能下降。添加DAT的沥青混合料破坏应变略有降低，但并不明显，可见温拌剂DAT对沥青混合料的低温性能影响不大。

4 结论与展望

本文分别讨论了Sasobit与DAT两种类型温拌剂对沥青及沥青混合料的影响，得出了如下结论： (1)添加Sasobit的温拌沥青针入度、延度、粘度下降，软化点增大，而添加DAT的温拌沥青影响不大，这是由两者不同的作用机理决定的。 (2)通过分析成型温度与沥青混合料空隙率的关系，得出温拌剂DAT比Sasobit具有更好的降温效果。 (3)温拌剂Sasobit可以明显提高沥青混合料的高温稳定性，但其对沥青混合料水稳定性和低温性能的负面影响也是很明显的，而温拌剂DAT在沥青混合料高温稳定性和低温性能方面的影响并不明显，但其对于沥青混合料的水稳定性有明显的提高作用。

本文通过比较热拌及两种类型温拌沥青混合料的路用性能，得出温拌技术相对于热拌技术的优劣。由于温拌技术具有良好的经济和社会效益，具有比较广阔的前景，因此完善其技术上的缺陷，使温拌技术能够广泛应用于实践，是今后需要深入研究的方向。

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