表面活性剂类温拌剂对沥青性能的影响分析

贾荷柱

（山西诚达公路勘察设计有限公司，山西 太原 030006）

引言

近年来，我国公路建设不断突破并取得举世瞩目的成就，同时对沥青混合料施工技术也提出了更高的要求，而传统的热拌沥青混合料（Hot Mixture Asphalt，简称HMA）的拌和温度范围为140～180 ℃，且在140 ℃以上的温度下进行压实才能保证路面的施工质量，HMA易受区域和季节等因素的制约，不利于路面的快速施工和运营使用。而温拌沥青混合料（Warm Mix Asphalt，简称WMA）则在相对较低的温度范围内即可拌和，可以满足广泛的压实温度范围，适合在不同季节施工同时兼备绿色节能等特点。相比于HMA的拌和温度，WMA的拌和温度下降约10～50 ℃，相应的加热燃料成本降低约40%。此外，温拌剂改善了沥青黏度和内部结构性质，使得混合料更易压实，这也降低了压实机械的耗能成本[1]。在某些市政道路的建设中，温拌沥青因其压实温度低而更适合在夜间施工，同时能够减少烟雾等排放，符合市区对环境管控的要求。因此，温拌沥青混合料的应用范围是十分广阔的[2]。赵桂娟和郭平[3]通过测试自制的HH-X型温拌剂对沥青性能的影响，发现温拌剂对沥青的三大指标影响较小，但能够显著增加沥青与集料的黏附性。孟良[4]对温拌沥青混合料的使用性能进行了研究，发现温拌沥青混合料的抗车辙能力显著增强，但抗水损能力降低。然而现有的研究对加入温拌剂后沥青材料的感温性能和黏温性能的变化规律尚不够深入。选取不同的表面活性剂类温拌剂，研究温拌剂种类对沥青感温性能和黏温性能的影响。

1 试验方案

为了分析温拌剂对沥青性能的影响，本次试验分别对沥青添加温拌剂前后的性能指标进行测量对比，同时用薄膜烘箱老化试验（TFOT）对沥青进行老化处理，模拟沥青在拌和与生产过程中的老化过程。试验选用SK70#基质沥青、壳牌70#沥青、兰炼90#基质沥青，温拌剂选用Evotherm和DAT，沥青的技术指标见表 1。

表 1 沥青的技术指标

具体试验步骤：（1）首先对沥青材料进行性能指标测定，然后进行薄膜烘箱老化试验模拟沥青材料的老化过程，再对老化后的沥青进行性能测试。（2）温拌剂的参配比例确定为温拌剂：沥青=2∶18，采用加热蒸发掉混合物中的水分，对剩余的残留物分别测定老化前、后性能指标。

2 沥青主要技术指标变化规律

2.1 温拌剂对沥青针入度的影响

Evotherm温拌剂和DAT温拌剂对沥青针入度的影响见图1。可知：（1）在不同温度下，两种温拌剂对于SK70#沥青不同测试温度下的针入度几乎没有影响。（2）对壳牌70#沥青针入度指标而言，在15 ℃条件下，针入度指标在加入Evotherm温拌剂和DAT温拌剂后，分别增加3和4；在 25 ℃温度下，针入度指标则分别下降5.9和7.9；在 30 ℃条件下，针入度指标则分别增加4和减少1，试验结果说明两种温拌剂对壳牌70#沥青针入度指标的影响无较强的规律可循。（3）对于兰炼90#沥青，在15 ℃及25 ℃条件下，Evotherm温拌剂和DAT温拌剂的加入没有改变沥青的针入度，而在30 ℃条件下，Evotherm温拌剂和DAT温拌剂的加入后，针入度指标分别下降11和10.5。

图 1 温拌剂对沥青针入度的影响

2.2 针入度指数变化规律

Evotherm温拌剂和DAT温拌剂对沥青针入度指数PI的影响见表2。可以发现：SK70#沥青、壳牌70#沥青、兰炼90#沥青在加入温拌剂后的针入度指数PI都有增大的趋势，但是增大的效果有所差异。（1）对于SK70#沥青，加入Evotherm温拌剂后，PI值增加了0.24，加入DAT温拌剂后，PI值增加了0.25，说明Evotherm温拌剂和DAT温拌剂对壳牌70#沥青感温性能的改变效果一致。（2）对于壳牌70#沥青，加入Evotherm温拌剂和DAT温拌剂后，PI值分别增加0.35和0.66，说明DAT温拌剂对壳牌70#沥青感温性能的改善效果强于Evotherm温拌剂。（3）对于兰炼90#沥青，两种温拌剂对其感温性能的改善效果和壳牌70#沥青类似。这说明沥青的感温性在一定程度上受到了温拌剂的影响，为改善沥青的感温性提供了方法。

表 2 温拌剂类型对沥青针入度指数PI的影响

2.3 沥青黏温曲线变化规律

采用布氏黏度计测定基质沥青及温拌沥青在95 ℃、115 ℃、135 ℃、155 ℃下的黏度，在试验过程中，首先预热沥青及转子达到设定的温度，然后将沥青贯入试模，装备好转子后进行测试，结果见图2。

从图 2结果可知，三种沥青的黏度值均随温度的升高而急速下降，但三种沥青的黏温曲线的衰减速率均在135 ℃处有所减缓后又继续增大。（1）对于SK70#沥青，在添加两种温拌剂后，仅95 ℃下的黏度出现细微差别，115 ℃、135 ℃、155 ℃ 试验温度条件下温拌剂的加入对于SK70#沥青的黏度几乎没有影响。（2）对于壳牌70#沥青，在95 ℃试验温度下，加入Evotherm温拌剂后，黏度值减少了0.092 Pa·s，加入DAT温拌剂后，黏度值减少了0.198 Pa·s，说明在95 ℃试验温度下DAT温拌剂的降黏效果强于Evotherm温拌剂。在115 ℃试验温度下，则温拌剂的降黏效果更加明显，加入Evotherm温拌剂后，黏度值减少了0.135 Pa·s，加入DAT温拌剂后，黏度值减少了0.235 Pa·s。随着试验温度的继续升高，温拌剂对壳牌70#沥青的黏度几乎没有影响。（3）对于兰炼90#沥青，DAT温拌剂的降黏效果强于Evotherm温拌剂，在95 ℃下和115 ℃下，加入DAT后黏度分别下降0.438 Pa·s和0.132 Pa·s，温度继续上升后，温拌剂的降黏效果则不再明显。

图 2 黏温曲线变化规律

3 结语

（1）表面活性剂类温拌剂对沥青胶结料的针入度、黏温曲线等物理指标几乎没有影响，这与水分在混合料中的游离状态有关，在拌和过程中水分游离在混合料中提升了混合料的施工和易性，而在经过摊铺压实后，游离的水分挥发，只留有温拌剂和混合料，混合料的物理结构并未发生改变。

（2）Evotherm和DAT两种温拌剂对针入度指数的影响作用相似，说明温拌剂对沥青的感温性能影响较大，这在一定程度上能提升沥青的抗老化性能，因此，表面活性类温拌剂能够起到延缓沥青老化的作用。

（3）Evotherm和DAT两种温拌剂在95 ℃和115 ℃条件下对壳牌70#和兰炼90#沥青的降黏作用明显，温拌剂DAT的降黏作用强于温拌剂Evotherm。