不同降粘剂对沥青及其混合料性能的影响

马 勇，刘 攀

(1 长江国际水利水电工程建设有限公司，湖北 武汉 430041；2 重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336)

热拌沥青混合料(HMA)的生产拌合及摊铺、碾压施工需要在高温下进行，其中拌合温度高达160～180 ℃，不仅需要消耗大量能源，并且产生大量有害烟尘和废气，严重污染自然环境和危害现场人员的身体健康[1]。研究表明，降低沥青混合料的拌合温度即可实现节能减排，温拌沥青混合料(WMA)的使用成为解决这一问题的重要手段之一[2]。

WMA是一种新型环保技术，主要包括乳化沥青、有机降粘和发泡降粘等温拌技术[3-4]。其中有机降粘温拌技术是通过添加降粘剂来降低沥青的高温黏度，在保证混合料工作和易性的同时，有效降低其拌合温度(130～160 ℃)，进而达到节能减排的目的[5]。目前所使用的降粘剂都属于蜡类物质，当温度高于其熔点(100 ℃左右)时变成液体，当低于其熔点时又重新结晶[3]。正是由于这种特性，降粘剂可以降低沥青的高温黏度，并增大沥青的低温黏度。在此，本文以5种降粘剂为研究对象，分析比较其对沥青及其混合料相关性能的影响，以期为温拌沥青技术提供理论依据和技术指导。

1 实 验

1.1 实验原材料

基质沥青为韩国SK-70#道路沥青，降粘剂为M-100改性PE蜡、M-200改性PE蜡、H-105沙索蜡、HB108和BIT。

1.2 温拌沥青及混合料的制备

(1)温拌沥青制备：将基质沥青加热至160～170 ℃，分别按比例(1%、2%、3%、4%和5%)加入上述5种降粘剂，搅拌均匀30 min即可制得温拌沥青。

(2)温拌沥青混合料制备：温拌沥青作为胶结料，取选性能指标均满足要求的玄武岩集料、石灰石矿粉等材料。以油石比5.0%制备沥青混合料AC-10，并成型相应的试件。

1.3 性能评价

按照规范要求测试沥青的旋转黏度、针入度、软化点和延度以及沥青混合料AC-10的马歇尔稳定度、60 ℃动稳定度、-10 ℃破坏应变等，系统评价温拌沥青及其混合料的综合性能。

2 结果与讨论

2.1 降粘剂对沥青基本性能的影响

(1)黏度

考察降粘剂种类及掺量对沥青旋转黏度的影响，实验结果见图1。

图1 降粘剂种类及掺量对沥青高温黏度的影响Fig.1 Effect of viscosity reducer type and dosage on viscosity of asphalt

由图1可知，当温度相同时，掺入降粘剂后，沥青的高温黏度降低，一定范围内掺量越多，黏度下降越明显。其中，H-105沙索蜡的高温降黏效果优于HB108、M-100改性PE蜡、M-200改性PE蜡或BIT。高温时降粘剂的吸附和融解可以加速沥青融化，或是起到润滑作用，降低沥青分子间的摩擦[1]。正是由于降粘剂的这种作用，沥青的高温黏度才得以降低，混合料的拌合温度也随之降低，起到节能减排的目的。就高温黏度而言，降粘剂掺量不宜过低，否则无法获得理想的效果。

(2)针入度

考察降粘剂种类及掺量对沥青针入度的影响，实验结果见图2。

图2 降粘剂种类及掺量对沥青针入度的影响Fig.2 Effect of viscosity reducer type and dosage on penetration of asphalt

由图2可知，一定范围内随着降粘剂掺量的增加，沥青的针入度逐渐降低，即沥青逐渐变稠。高温下降粘剂会包裹吸收沥青中的轻质组分，重质组分含量相对增多，表现出针入度下降[1]。其中，BIT、H-105沙索蜡、M-200改性PE蜡、M-100改性PE蜡及HB108对沥青针入度的影响依次减小。

(3)软化点

考察降粘剂种类及掺量对沥青软化点的影响，实验结果见图3。

图3 降粘剂种类及掺量对沥青软化点的影响Fig.3 Effect of viscosity reducer type and dosage on softening point of asphalt

由图3可知，一定范围内沥青的软化点随着降粘剂掺量的增加而增加，表明降粘剂对沥青的高温性能有积极影响。其中，BIT对沥青软化点的提高程度要高于H-105沙索蜡、M-200改性PE蜡、HB108和M-100改性PE蜡，这与针入度得出的结论一致。当温度低于降粘剂的熔点(100 ℃左右)时，其中的蜡基或油基饱和物便会在沥青中结晶析出，增大沥青的软化点、针入度和低温黏度。

(4)延度

考察降粘剂种类及掺量对沥青延度的影响，实验结果见图4。

图4 降粘剂种类及掺量对沥青延度的影响Fig.4 Effect of viscosity reducer type and dosage on ductility of asphalt

从图4可以看出，一定范围内沥青的延度随着降粘剂掺量的增加而下降，即5种降粘剂均会降低沥青的低温性能。这主要是由于降粘剂中的蜡基或油基饱和物在低温下析出，使沥青变脆，延度进而降低。其中，M-100改性PE蜡和H-105沙索蜡对沥青延度的不利影响要弱于其他三种降粘剂。因此就延度而言，降粘剂掺量不宜太高，否则将显著降低沥青的低温性能。

从上述研究结果可以看出，5种降粘剂均能有效降低基质沥青的高温黏度，并提高沥青的高温性能，而对低温性能有不利影响。综合考虑沥青的高温性能和高低温性能，初步选择5种降粘剂的合理掺量为3%。

2.2 降粘剂对沥青混合料路用性能的影响

研究降粘剂种类对沥青混合料路用性能的影响，5种降粘剂掺量均为3%。其中基质沥青混合料拌合温度160 ℃，温拌沥青混合料拌合温度140 ℃。

(1)马歇尔稳定度

通过马歇尔实验评价混合料的物理性能和力学强度，实验结果如表1所示。

表1 混合料马歇尔实验结果Table 1 Marshall test results of asphalt mixture

由表1可知，在指定拌合及成型温度下，5种温拌沥青混合料AC-10的马歇尔稳定度、流值和空隙率均满足规范要求。其马歇尔稳定度高于未掺加降粘剂的沥青混合料，流值有所减小，说明温拌沥青混合料具有比热拌沥青混合料更好的力学性能。空隙率的减小是因为降粘剂提高了沥青混合料的施工和易性，且形成了更多的结构沥青膜[6]。

(2)高温稳定性

通过车辙实验评价混合料的高温稳定性，实验温度60 ℃，实验结果见表2。

表2 混合料车辙实验结果Table 2 Rutting test results of asphalt mixture

由表2可知，温拌沥青混合料相比热拌沥青混合料具有更大的动稳定度和较小的车辙深度，即降粘剂对沥青混合料的高温稳定性有积极影响。由前面研究可知，降粘剂能有效提高沥青的软化点，混合料的高温稳定性也随之增强。

(3)低温抗裂性

采用三点弯曲小梁实验评价混合料的低温抗裂性，实验温度-10 ℃，实验结果见表3。

表3 混合料三点弯曲小梁实验结果Table 3 Three-point bending test results of asphalt mixture

表3结果表明，温拌沥青混合料的抗弯应变要低于相对应的热拌沥青混合料，而劲度模量则要高于热拌沥青混合料，这表明降粘剂对沥青混合料的低温抗裂性有消极影响，这与降粘剂对沥青延度的影响规律一致。整体而言，M-200改性PE蜡、BIT、HB108、M-100改性PE蜡和H-105沙索蜡对沥青混合料低温抗裂性的影响依次减弱。

3 结 论

本文研究了5种不同降粘剂对基质沥青及其混合料AC-10的路用性能，主要取得如下结论。

(1)5种降粘剂均能降低沥青的高温黏度、针入度和延度，提高其软化点。且一定范围内随着降粘剂掺量的增加，这种效果更为明显。在掺量及温度均相同的情况下，H-105沙索蜡和HB108的高温降黏效果优于其他3种降粘剂。

(2)降粘剂能有效提高沥青的施工和易性、感温性能和高温性能，但对低温延性有不利影响，考虑到沥青的综合性能，确定5种降粘剂的合理掺量为3%。

(3)5种降粘剂均对沥青混合料的高温稳定性有利，对其低温抗裂性不利。总体而言，降粘剂不仅能有效降低沥青混合料拌合温度，起到节能减排的作用，同时一定程度上提高了混合料的路用性能，尤其是高温稳定性。