不同温拌技术对沥青性能及再生沥青混合料压实温度的影响分析

吴 凡，李红刚，沈菊男，胡漳敏 ，石鹏程

(1.苏州科技大学 道路工程研究中心 苏州市 215011； 2.苏州市相城交通建设投资(集团)有限公司 苏州市 215131)

温拌沥青就是在沥青中掺加添加剂或者将沥青发泡的技术，降低沥青混合料拌和与摊铺压实温度，从而实现节能减排，温拌沥青混合料技术是一项节省能源的新技术。目前，常用的温拌剂类型有表面活性剂类、有机添加剂类、沥青—矿物类，常用的发泡温拌技术，主要是通过发泡设备来对原样沥青进行发泡，降低原沥青的粘度，从而降低拌和与摊铺压实温度。

主要研究了添加Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ110C三种温拌剂的沥青性能，以及原样改性沥青经过实验室自主研发的发泡设备发泡后的性能。并在不同的拌和温度160℃、145℃、130℃和115℃条件下制备沥青混合料，再进行旋转压实成型试件，测定并计算体积参数，从而比较各种温拌技术的最佳压实温度。

1 实验材料及实验方案

1.1 实验材料

本实验采用SBS改性沥青，相对密度为1.034。粗细集料类型为石灰岩，规格分别为0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～16mm、16～26.5mm。矿粉为石灰岩矿粉，旧沥青混合材料取自苏州沥青路面铣刨料，抽提后的沥青含量见表1。三种温拌剂分别采用Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ110C，其主要技术信息见表2。

表1 旧料抽提后沥青含量

表2 三种温拌剂技术信息

1.2 发泡工艺

实验采用自主研发并已申请发明专利的沥青发泡机，沥青的发泡效果主要由膨胀率及半衰期来评价。而控制膨胀率及半衰期的方法，主要是通过调整发泡温度和用水量来实现。发泡温度选定为175℃，SBS改性沥青的膨胀率、半衰期与用水量的关系分别见图1、图2，选定用水量为1.5%(占沥青用量)。

图1 发泡膨胀率与用水量的关系

图2 发泡半衰期与用水量的关系

2 实验研究

2.1 沥青性能实验

沥青性能试验主要检测了原样改性沥青经过发泡后发泡沥青的性能，以及原样改性沥青掺加3种温拌剂后的沥青性能，其中三种温拌剂使用厂家推荐掺量，即Redise LQ110C掺量为沥青用量的0.75%，Evotherm M1掺量为沥青用量的0.5%，Sasobit Redux掺量为沥青用量的1.5%。各种沥青的性能见表3。

表3 温拌沥青的性能

2.2 沥青混合料实验

采用的级配类型为SUP-20，集料分别为0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～16mm、16～26.5mm，其与矿粉以及RAP的比例为：19∶4∶19∶32∶1∶25，合成级配见表4，具体级配曲线见图3。

表4 合成级配

图3 级配曲线

拟定3.7%、4.2%、4.7%和5.2%四个沥青含量，按照拌和温度170℃、压实温度160℃通过旋转压实仪成型试件，测试试件的体积指标。以空隙率4.0%作为控制指标，得到对应的最佳沥青用量为4.16%，其对应的体积指标见表5。

表5 最佳沥青用量对应的体积指标

在原样改性沥青中，分别掺加厂家推荐用量的Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ1102C(后文分别简称为M1、Saso、1102C)，制得三种掺加温拌剂的沥青,以及将原沥青经过发泡后得到的沥青。然后分别在150℃、135℃、120℃和105℃旋转压实成型试件，所对应的拌和温度为160℃、145℃、135℃和115℃。体积指标实验结果分别见表6～表9。

表6 添加M1在不同压实温度下沥青混合料的体积指标

表7 添加1102C在不同压实温度下沥青混合料的体积指标

表8 添加Saso在不同压实温度下沥青混合料的体积指标

3 实验结果分析

3.1 沥青实验结果分析

发泡改性沥青、添加三种温拌剂的改性沥青以及原样改性沥青基本技术指标实验结果比较，分别见图4～图7所示。

表9 发泡沥青在不同压实温度下沥青混合料的体积指标

图4 沥青种类与针入度的关系

由图4可以看出与原样改性沥青相比，添加温拌剂1102C、M1以及发泡沥青的针入度无明显差异，而添加温拌剂Sasobit后25℃针入度有了较大幅度的下降，说明有机降黏类温拌剂会使沥青在较低温度下变硬。究其原因，主要是高温下Sasobit熔融后能均匀分散在沥青中，而在25℃状态下Sasobit呈固态，形成连续网状稳定结构，沥青胶体结构稳定性提高，温度敏感性减弱。从而在原样改性沥青中掺入Sasobit温拌剂后，针入度值大幅降低。

图5 沥青种类与延度的关系

由图5可以看出，与原样改性沥青相比，添加温拌剂1102C、M1以及发泡沥青的5℃延度略有下降，但无明显差异。而添加温拌剂Sasobit后，5℃延度有了明显下降，这是因为Sasobit是合成蜡物质，在低温状态下呈现为结晶固态，使得原样改性沥青变脆并且韧性有一定下降。

图6 沥青种类与软化点的关系

由图6可以看出，与原样改性沥青相比，添加温拌剂1102C、M1后沥青的软化点并无明显变化，添加温拌剂Sasobit后沥青的软化点有所上升，主要是因为Sasobit的熔点为102℃，当温度低于102℃时，Sasobit在原样改性沥青中形成固态结晶，原样改性沥青各组分被均匀分布的Sasobit结晶空间网状结构包围锁定，从而提高了稳定性，降低了温度敏感性。而发泡沥青的软化点有了明显下降，这是因为，发泡沥青在发泡后的较短时间内，仍有许多微小气泡存在于沥青中，微小气泡使原样改性沥青黏度下降，和易性有所提升，所以发泡沥青的软化点较低，也更易于拌和。

图7 沥青种类与粘度的关系

由图7可以看出，与原样改性沥青相比，添加温拌剂1102C、M1后沥青的135℃粘度略有下降，但下降幅度并不明显。而添加温拌剂Sasobit与发泡沥青的135℃粘度下降幅度较为明显，主要是由于Sasobit在135℃下，温度高于其自身熔点，Sasobit能充分分布在沥青中，因此降低了原样改性沥青的粘度。发泡沥青黏度下降的原因，主要是在发泡后的一段时间内，微气泡存在于沥青中，使得沥青粘度下降。

3.2 沥青混合料实验分析

根据上述表6、表7、表8和表9的数据，分别对不同温拌剂的沥青混合料空隙率随着压实温度变化的曲线进行统计回归，见图8，得到的公式分别为：

V1102C=6.343-0.0165x R2=0.9879

(1)

VSaso=6.971-0.0204x R2=0.9653

(2)

VM1=6.154-0.0163x R2=0.9320

(3)

V发泡=7.364-0.0236x R2=0.9938

(4)

式中：x为压实温度(℃)；V为试件空隙率(%)。

以空隙率4.0%作为控制指标，通过上述四个公式可以分别得到，温拌剂1102C的最佳压实温度为142℃，温拌剂Sasobit的最佳压实温度为146℃，温拌剂M1的最佳压实温度为132℃，发泡沥青的最佳压实温度为143℃。容易看出温拌剂M1的降温最为明显，可以达到28℃的降温效果，而温拌剂Sasobit的降温幅度较小一些，可以降温14℃左右。

图8 不同压实温度与空隙率的关系

4 结论

(1)表面活性剂类温拌剂(1102C、M1)对原样改性沥青的5℃延度、软化点、针入度与135℃粘度影响不大，而有机降粘类温拌剂(Sasobit)较大幅度降低了原样改性沥青的5℃延度与135℃粘度，较为明显地提升了原样沥青的软化点。

(2)通过发泡机得到的发泡沥青与原样沥青相比，5℃延度与针入度无明显变化，而软化点与135℃粘度变化较为明显。

(3)添加温拌剂Evotherm M1后，降温效果更为明显，较热拌沥青混合料相比，成型试件温度可以下降28℃。