温拌剂对改性沥青及其混合料性能的影响

范群保，陈朝阳，谢 东，郑南翔

(1.长安大学公路学院，陕西西安 710064;2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西西安 710064)

0 引言

近几年随着全球环境问题日益突出，环境保护、能源节约已成为各行各业发展的基本。在公路建设中，沥青路面的铺设需要消耗大量能源，释放大量污染气体，对环境和作业人员都存在重大威胁。温拌剂是一种新型材料，能够使沥青混合料的拌合、碾压温度降低30℃左右，在节能、环保的同时降低沥青混合料老化程度，延长沥青路面施工季节［1-6］。然而，温拌剂作为一种添加剂掺入沥青混合料中，同样会对原有沥青及其混合料性能造成一定的影响。同时，温度的降低可能出现一些隐患，如:集料残余水分含量有增大的可能;在混合料性能方面，可能导致抗水损害性能和抗车辙性能降低［7］。目前，温拌沥青混合料技术主要包括沸石类温拌技术、有机降黏剂温拌技术、泡沫沥青温拌技术、乳化沥青温拌技术［8-12］。不同类型的温拌剂对混合料路用性能的影响有所差异。关于温拌剂的掺入对沥青及AC、SMA沥青混合料性能指标影响的研究已经很多［13-14］，而温拌剂对超薄罩面沥青混合料技术指标的影响研究尚少。

本文选择Ipave-S型温拌剂和RH型温拌剂，按照商家提供的最佳掺量加入到SBS 1-C类改性沥青中，分别检测并比较沥青的各项性能指标;基于超薄罩面路面养护项目，根据超薄罩面特有的级配进行马歇尔试验，比较掺加2种温拌剂的超薄罩面沥青混合料与原沥青混合料在各自最佳压实温度下成型的马歇尔试件的空隙率等各项体积指标，分析评价2种温拌剂对沥青混合料路用性能的影响，为温拌剂类型的选取提供参考。

1 原材料选择

1.1 沥青和集料

本研究所用沥青为SBS 1-C类改性沥青，所用石料为SiO2含量在45%～52%的基性岩辉长岩，改性沥青技术指标如表1所示，集料及填料的密度指标如表2所示。集料及填料的其他技术指标均满足规范要求。

表1 SBS改性沥青技术指标

表2 集料及填料密度指标

1.2 温拌剂及温拌沥青的制备

1.2.1 温拌剂及其技术指标

易铺Ipave-S型温拌改性剂和RH型温拌改性剂的温拌技术原理均为:高温润滑降黏，低温晶格增强。其中易铺Ipave-S型温拌剂为聚烯烃类温拌剂，在确保沥青路面压实度且不降低路面路用性能的前提下，可使沥青混合料的施工温度降低20℃～30℃;RH型温拌剂利用交联聚烯烃，通过反应挤出、旋转分散造粒等工艺，制备以裂解聚乙烯为基材的温拌沥青材料，用以降低沥青混合料同温度下的施工黏度，从而达到较低温度下顺利压实的效果。2种温拌剂的技术指标如表3所示。

表3 易铺Ipave-S型和RH型温拌改性剂的技术指标

经测试，这2种温拌剂的检测结果均满足技术要求。

1.2.2 温拌沥青的制备

根据使用需求的不同，易铺Ipave-S型和RH型温拌改性剂掺量均为沥青质量的2%～4%，本研究取中值3%。一般添加方式包括湿拌法和干拌法，为了使温拌剂对原沥青进行充分改性，本文采用湿拌法添加温拌剂。对于易铺Ipave-S型温拌改性剂，将沥青加热至约160℃，掺入沥青质量3%的改性剂，然后机械搅拌约10 min;对于RH型温拌改性剂，按沥青质量3%的掺量投入沥青后低速搅拌约30 min，形成均匀的稳定体系。

2 温拌剂对沥青性能的影响

对原SBS改性沥青及掺加2种温拌剂的沥青按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20－2011)的要求进行相应的沥青常规指标试验，结果如表4所示。

由表4可以看出:温拌剂的加入对SBS改性沥青的针入度和延度无明显影响，表明2种温拌剂对SBS改性沥青稠度和低温性能几乎无影响;添加Ipave-S型温拌剂后，SBS改性沥青的软化点明显降低，而添加RH型温拌剂后，SBS改性沥青的软化点无明显变化，表明RH型温拌剂对SBS改性沥青高温性能影响不大，而Ipave-S型温拌剂对SBS改性沥青的高温性能会产生不利影响;在135℃时，分别加入温拌剂后的SBS改性沥青的布氏黏度大幅降低，说明这2种温拌剂能有效降低改性沥青黏度，其原因类似于有机降黏类温拌剂的原理，Ipave-S型和RH型温拌剂中添加了合成蜡，其熔点较低，在135℃高温时，合成蜡融化，使得加入这2种温拌剂的沥青黏度较原样沥青低;添加2种温拌剂后的沥青与原样沥青老化后的质量损失和残留延度基本持平，而添加Ipave-S型温拌剂后沥青老化的残留针入度比下降幅度大于添加RH型温拌剂的沥青，表明Ipave-S型温拌剂的加入对SBS改性沥青的抗老化性会产生不利影响。

表4 温拌剂对SBS改性沥青常规指标的影响

3 温拌剂对沥青混合料性能的影响

3.1 级配设计与混合料技术指标

本文所研究的是超薄罩面特有的UTO-7混合料级配，其特点与SMA-10类似，采用间断级配，且根据悬浮密实结构的要求确定了级配要求上下限;但与SMA的不同之处在于添加了一档7.1 mm粒径的粒料。其配合比采用与热拌超薄罩面沥青混合料相同的设计方法，级配组成如表6和图1所示。

表6 UTO-7级配组成

图1 UTO-7级配曲线

图2 温拌剂对SBS改性沥青黏温曲线的影响

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)要求进行试验，并计算得最佳油石比为6.1%。为了提高混合料性能，按混合料总质量的0.4%加入木质纤维。3种沥青的黏温曲线如图2所示。曲线确定的SBS改性沥青和分别掺加2种温拌剂的沥青混合料的拌合温度及压实温度，如表7所示。在最佳油石 比下对 沥青混合料进行马歇尔试验，技术指标如表8所示。

表7 沥青混合料的拌合温度及压实温度

由表7、8可以看出:加入温拌剂后，混合料的拌合温度大约降低30℃，压实温度降低40℃～50℃，说明温拌剂的加入有效降低了超薄罩面沥青混合料的拌合与压实温度;加入温拌剂后混合料稳定度改变不大，说明温拌剂的加入未对混合料强度产生较大影响;加入温拌剂后混合料空隙率改变不大，仍然能够满足道路压实度要求，其中加入RH型温拌剂后混合料空隙率等体积参数与原SBS沥青混合料基本相同，说明RH型温拌剂具有较好的降温效果。

表8 混合料技术指标

3.2 温拌剂对混合料路用性能的影响

混合料的路用性能主要包括高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。本文主要研究Ipave-S型和RH型温拌剂对超薄罩面沥青混合料路用性能的影响，其中要求超薄罩面沥青混合料路用性能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)中对SMA混合料的技术要求。

3.2.1 对高温稳定性的影响

沥青混合料的高温稳定性主要通过车辙试验来评价，试验参数为动稳定度，动稳定度值越高，表明沥青混合料的抗车辙能力越强，高温稳定性越好。本研究采用碾轮成型法制备车辙试件，以全自动车辙试验仪进行车辙试验，温度为60℃，试验时间为1 h，结果如表9所示。

表9 车辙试验结果

由表9可以看出，加入Ipave-S型温拌剂后，超薄罩面沥青混合料的动稳定度明显降低，加入RH型温拌剂后混合料的动稳定度基本持平，说明Ipave-S型温拌剂的加入对超薄罩面沥青混合料的高温稳定性会产生不利影响。其原因是该温拌剂的加入使得SBS改性沥青的软化点降低，混合料的空隙率降低，从而导致混合料的高温稳定性降低。RH型温拌剂在有效降温的同时能够尽量保持超薄罩面混合料的高温稳定性，优于Ipave-S型温拌剂。

3.2.2 对低温抗裂性的影响

沥青混合料的低温抗裂性主要通过低温弯曲试验评价，主要参数是小梁破坏弯拉应变。破坏弯拉应变越大，表示混合料在低温状态下能够发生较大的变形而不被破坏，也就代表混合料的低温抗裂性越好。用标准车辙板切割小梁制作小梁试件，在－10 ℃±0.5 ℃温度下，以50 mm·min－1的速率对 SBS改性沥青混合料小梁试件的跨中位置施加集中荷载至断裂破坏，试验结果如表10所示。

表10 低温弯曲试验结果

由表10可以看出，添加温拌剂后，混合料小梁的最大弯拉应变与原SBS改型沥青混合料基本持平，表明这2种温拌剂的加入对超薄罩面沥青混合料的低温抗裂性几乎无影响。

3.2.3 对水稳定性的影响

沥青混合料的水稳定性主要通过冻融劈裂试验和残留稳定度试验评价。混合料试件冻融前后强度比越高，残留稳定度越大，表明沥青混合料的水稳定性越强，试验结果如表11、12所示。

表11 冻融劈裂强度试验结果

表12 残留稳定度试验结果

由表11、12可以看出:添加RH型温拌剂后，超薄罩面混合料的冻融劈裂残留强度比和残留稳定度与原SBS改性沥青混合料基本持平，表明RH型温拌剂对超薄罩面混合料的水稳定性影响不大;而加入Ipave-S型温拌剂则使得混合料的冻融劈裂残留强度比和残留稳定度较原SBS改性沥青有所增加，说明Ipave-S型温拌剂在有效降温的同时提高了超薄罩面混合料的水稳定性。

4 结语

(1)Ipave-S型和RH型温拌剂对SBS改性沥青的针入度、5℃延度和老化后的质量损失、残留延度均无明显影响，且2种温拌剂都大幅降低了原改性沥青的高温黏度。

(2)RH型温拌剂可以提高SBS改性沥青的软化点，有助于改善沥青的高温性能，而Ipave-S型温拌剂使得沥青软化点大幅降低，对SBS改性沥青的高温性能会产生不利影响。

(3)添加Ipave-S型温拌剂的SBS改性沥青老化后残留针入度比大幅降低，RH型温拌剂在保证SBS改性沥青抗老化性能方面优于Ipave-S型温拌剂。

(4)Ipave-S型和RH型温拌剂都能够有效降低混合料的拌合温度和压实温度，其中混合料拌合温度大约降低30℃，压实温度降低40℃～50℃。加入2种温拌剂后，混合料的稳定度与原样沥青基本相同，说明2种温拌剂的加入对超薄罩面混合料强度的影响较小。添加2种温拌剂后超薄罩面混合料空隙率有所增加，但仍然满足规范要求，说明2种温拌剂的加入能够保证超薄罩面的路面压实度。其中，添加RH型温拌剂后超薄罩面混合料的空隙率更接近于原SBS改性沥青，说明RH型温拌剂降温效果更优，能较有效保障路面压实度。

(5)加入Ipave-S型温拌剂，对超薄罩面改性沥青混合料的高温稳定性产生不利影响，在改善超薄罩面混合料高温稳定性方面，RH型温拌剂优于Ipave-S型温拌剂;2种温拌剂的加入对超薄罩面混合料的低温抗裂性能影响较小;RH型温拌剂对超薄罩面混合料的水稳定性影响不大，Ipave-S型温拌剂在有效降温的同时提高了超薄罩面混合料的水稳定性。

［1］ 耿树泽.两种温拌改性沥青混合料的路用性能评价［J］.筑路机械与施工机械化，2015，32(2):49-52.

［2］ 王 春，唐礼泉，关 泊，等.温拌沥青混合料技术及其应用［J］.筑路机械与施工机械化，2012，29(1):45-48.

［3］ 李宗耀，张 伟.一种温拌剂对SBS改性沥青性能影响研究［J］.建材世界，2011，32(5):45-48.

［4］ 李祝龙，丁小军，赵述曾，等.沥青混合料应用中的环境保护［J］.交通运输工程学报，2004，4(4):1-4.

［5］ JONES W.Warm Mix Asphalt Pavement:Technology of the Future［J］.Asphalt，2004，19(3):8-11.

［6］ 程培峰，范 平.适用于寒区的温拌沥青混合料试验［J］.武汉理工大学学报，2013，35(8):50-55.

［7］ AREGA Z，BHASIN A，MOTAMED A，et al.Influnce of Warm-mix Additives and Reduced Aging on the Rheology of Asphalt Binders with Different Natural Wax Contents［J］.Journal of Materials in Civil Engineering，2011，23(10):1453-1459.

［8］ 徐世法，罗晓辉，孙中阁.SBS改性乳化沥青温拌混合料路用性能评价研究［J］.北京建筑工程学院学报，2008，24(2):25-29.

［9］ 张争奇，宋亮亮，陈 飞.不同温拌剂对沥青混合料性能影响研究［J］.武汉理工大学学报，2014，36(3):53-58.

［10］ 赵桂娟，郭 平.不同温拌剂对沥青性能的影响分析［J］.广西大学学报，2013，38(1):67-74.

［11］ 赵桂娟，郭 平，程 承.HH-X温拌剂降温效果评价试验［J］.长安大学学报:自然科学版，2013，33(4):18-22.

［12］ 贾慧玲，祁 峰，刘 崭.温拌沥青混合料性能的影响因素研究［J］.筑路机械与施工机械化，2016，33(7):53-55.

［13］ 张永明，宋晓燕，王 婷，等.温拌沥青混合料超薄罩面在道路养护中的应用技术［J］.公路，2011(1):223-226.

［14］ 李雪连，周志刚，王习进，等.Sasobit温拌SBS沥青混合料的施工温度研究［J］.实验力学，2015，30(5):629-636.