沥青混合料直投改性工艺及应用研究

张文利 付涛

摘要：介绍了中国沥青路面中沥青混合料的研究与发展概况，并叙述了直投工艺改性沥青混合料的性能与工艺特点；详细讲述了用于直投整体改性沥青混合料的添加剂材料和改性机理以及影响整体改性效果的因素，还通过一些实际施工案例总结了直投改性沥青混合料工艺的实践经验。

关键词：直投工艺；改性机理；拌和时间；拌和温度

中图分类号：U414.1文献标志码：B

0引言

对普通沥青混合料直接进行改性，即不对普通沥青提前进行改性，而是在搅拌过程中添加改性剂使普通沥青混合料直接改性，可称之为直投改性沥青混合料工艺。这种工艺比通过改性沥青来提高沥青混合料的性能，具有更多优越性，既减少了普通沥青在改性过程中的高温加热环节，又可以延长沥青材料的使用寿命，简化道路材料改性生产工艺，降低改性成本，因此具有更大的经济效益和社会效益[1]。

2001年前后，直投改性沥青混合料工艺进入中国，成为替代改性沥青工艺的一种新方法。它采用一种专门的沥青混合料改性剂材料，在拌和沥青混合料的同时完成对沥青混合料的改性过程，工艺十分简单、方便。通过在拌和沥青混合料的过程中添加改性剂，利用沥青混合料的拌和温度使改性剂与沥青相互作用，达到改性混合料性能的效果，既节省能源，也减少对工作人员的不利影响。与常用的SBS改性沥青比较，这种沥青混合料的高温性能更高，达到同样的技术指标时，成本比SBS改性沥青更低。

1直投改性沥青混合料技术的概况

1.1改性添加剂的基本性能

沥青混合料的性能之所以能得到改善和提高，主要是因为一种高性能的沥青混合料改性添加剂。这种沥青混合料改性添加剂由多种高聚物、少量纤维以及填充材料组成，具有改善、提高沥青混合料一项或者多项技术性能的作用[23]。一般添加剂呈深浅不同的黑色，常温下为固体颗粒状，粒径在5 mm左右，有柱型和扁豆型。法国PR改性添加剂密度为0.91～0.985 g·cm-3，熔点为140 ℃～150 ℃（仅软化不熔解），燃烧无气味。这种改性添加剂具有良好的热溶性，在普通沥青混合料搅拌温度下即可充分融化，与裹敷在骨料上的沥青均匀融合。

1.2改性添加剂的作用机理

直投工艺所用的改性添加剂通过以下作用使沥青混合料的性能得到提高。

（1） 增加了沥青的粘聚性，提高了其与矿料的胶结作用。

（2） 增加沥青混合料的弹性，提高了其回复变形的能力。

（3） 添加剂中的纤维加强了沥青矿粉泥的网状结构，提高了沥青混合料的整体性。

（4） 填充物提高了沥青混合料的密实度。

1.3改性添加剂的使用剂量

在一定范围内，改性添加剂的使用剂量与改性效果之间具有正比关系，可根据路面设计要求使用不同剂量的添加剂。一般使用剂量为沥青混合料质量的0.3%～0.5%，即每吨沥青混合料中掺入3～5 kg。对于一般道路，可掺入035%；交通量大、重型车辆多的路面可用04%，特殊路段可加至05%。具体可根据工程对沥青混合料性能的要求并通过试验确定。

1.4直投改性沥青混合料工艺的关键环节

直投改性沥青混合料工艺的关键环节在于拌和过程。在混合料搅拌过程中要完成改性添加剂的受热融化和均匀融合、裹敷[4]。因此，拌和过程应满足以下几方面要求[5]。

（1） 保证沥青加热温度。根据使用沥青的标号按照规范要求加热到规定的温度。

（2） 矿料的温度。矿料应加热到180 ℃～185 ℃。

（3） 添加剂的投入。添加剂和矿料应同步投入拌和锅，使其有充分的拌和时间。

（4） 干拌时间。添加剂与矿料的干拌时间为10～15 s，具体根据拌和的效果确定。

（5） 湿拌时间。加入热沥青的湿拌和时间为30～40 s，每盘的拌和周期应在50 s以上，观察混合料，沥青必须均匀裹附在矿料上。

（6） 成品料温度。成品混合料的出锅温度控制在170 ℃～180 ℃。

2直投工艺改性沥青混合料的技术特点

2.1技术性能

沥青混合料改性剂的类型有很多，目前使用比较多的是抗车辙类型的添加剂，其中法国PR高性能添加剂的改性效果显著优于SBS改性沥青，其车辙指标是SBS改性沥青的2.5倍左右，是普通沥青的6倍以上，马歇尔稳定度可以提高20%左右，一般为12～15 kN，残留稳定度在85%～90%[6]。

表1是采用不同剂量的法国PRPLASTS沥青混合料高性能添加剂（PR）对普通70#沥青混合料进行直投改性后的性能试验及其与SBS改性沥青混合料的对比结果。从表1可以看出，采用高性能添加剂并通过直投工艺改性后生产的混合料的技术性能比SBS改性沥青更佳。

（1） 马歇尔稳定度比普通沥混合料提高30%左右，比SBS改性沥青混合料提高20%以上。

（2） 残留稳定度比普遍沥混合料青提高3%～5%，与SBS改性沥青混合料基本相同。

（3） 高温稳定性车辙指标有显著提高，比普通沥青混合料提高6倍左右，比SBS改性沥青混合料提高2.5倍以上。

（4） 孔隙率有所减小，说明密实度在增加。

（5） 随着添加剂量的增加，主要技术性能指标也随之提高。

2.2与SBS改性沥青混合料的综合性能比较

（1） 成本比较。达到同等技术指标要求时，采用直投工艺改性的沥青混合料成本低于SBS改性沥青混合料。

（2） 采用直投工艺改性的沥青混合料可以延长沥青的使用寿命。在制作SBS改性沥青时，沥青需要在180 ℃的温度下加热很长一段时间，这个加热过程使沥青的组分发生一定变化，加速了沥青的老化，影响了沥青的使用寿命。采用直投改性沥青混合料工艺由于没有对沥青的加热环节，不破坏沥青的基本性能，相应延长了路面的耐久性。

（3） 直投改性沥青混合料工艺简单，不需要再增加其他设备；而生产SBS改性沥青不仅需要专门的改性设备，还要增加改性过程的燃料费用，成本较高。

（4） 直投工艺采用的改性剂是颗粒状固体，容易存放，不易产生泄漏浪费；而SBS改性沥青在保存过程中需要一直保温搅拌，这不但会影响沥青的使用寿命，而且增加了成本。

（5） 采用直投工艺比生产SBS改性沥青环保，对环境和工作人员的危害小。

2.3应用实践及经验

国内应用这种工艺的工程很多，例如北京水立方周边的道路工程、长安街大修工程、四川的奉节高速、山西的太旧高速、云南的水麻高速、蒙新高速、楚大高速、新疆的哈星高速以及贵州的贵惠高速，许多省市都采用过这种技术和添加剂用于新建公路和维修养护工程。

国内用户在直投改性沥青混合料工艺的应用实践中总结了许多经验，归纳起来主要包括以下几方面。

（1） 选用性能优良的添加剂。添加剂的性能直接影响沥青混合料的改性效果，而改性效果应该综合全面评价，不能单看车辙指标，如果其他指标低，混合料的路用性能也会降低。

（2） 保证混合料的拌和温度。如果拌和温度不够高，添加剂不能很好地软化，也不能和沥青均匀混合，达不到改性效果。

（3） 保证拌和时间。沥青混合料的拌和时间不够，添加剂便不能和沥青均匀混合，不能很好地裹附在矿料表面，达不到改性效果。特别是干拌时间不足，会使添加剂达不到足够的软化程度，影响改性效果。

3直投改性沥青混合料的设备及工艺

由试验数据可知，改性添加剂与沥青混合料的质量百分比对改性混合料的性能影响显著，因此直投改性工艺需要一个计量并投放添加剂的附属设备，这个设备的精度与灵敏度将直接影响沥青混合料的改性效果。这种用于直投改性沥青混合料生产的工艺设备称为添加剂投料系统，是作为传统沥青混合料拌和设备的附加设备。但相对于其他改性生产工艺设备，该设备非常简单，具有规模较小、结构简单等特点，能够根据沥青混合料搅拌设备的生产能力按照改性掺配比例精确计量改性添加剂，并能够根据沥青混合料搅拌设备的拌和周期定时投料。

4结语

实践证明，直投改性沥青混合料工艺不仅具有操作方便、配套设备简单、改性成本低等优越特性，其改性质量效果也明显优于传统SBS改性沥青，可以为施工单位、业主和社会带来巨大的经济效益，已经被越来越多的用户和工程所接受，具有很大的推广应用价值。

参考文献：

[1]李交，闫国杰，杨振华，等.直投式沥青改性方案及其节能效果分析[J].城市道桥与防洪，2010（12）：152155.

[2]赫振华，刘钢，闫国杰.直投式沥青改性剂RST的改性机理[A].中国公路学会学术论文集[C].北京：人民交通出版社，2010.

[3]储怡.沥青混合料生产中使用直投式改性剂的作用机理及生产控制[J].建设与施工，2011，33（6）：492493.

[4]彭勇.沥青混合料均匀性与性能变异性的关系[J].中国公路学报，2006，19（6）：3034.

[5]李宁利，李铁虎.改性沥青混合料的拌和与压实温度[J].中国公路学报，2007，20（2）：4044.

[6]张秀华，田慧枫.法国PRPLASTS沥青混合料添加剂在我国的应用[A].第十次全国石油沥青技术交流会论文集[C].北京：石油工业出版社，2006.

[责任编辑：杜卫华]