温拌沥青短期老化性能研究

张荫成，马耀宗，李怀玉，闫 强

(1.广西荔玉高速公路有限公司，广西 平南 537300；2.广西交投科技有限公司，广西 南宁 530002)

0 引言

据统计，截至2017年年底，我国高速公路里程已超过13万km，其中高达90%以上的高速公路采用沥青混合料进行建设，而传统热拌沥青混合料生产过程中为保证施工和易性需要对其进行高温加热，不仅消耗大量能源，且排放大量废气和粉尘，严重影响生态环境和施工人员的健康；同时沥青混合料在加热拌制过程中，沥青作为粘结剂其轻质组分易挥发，整体产生氧化老化，对成型道路路用性能产生不良影响[1]。

为应对上述问题，温拌沥青混合料(WMA)技术应运而生。该技术自1955年由欧洲Shell公司首次提出以来[2]，在国内外学者大量研究下取得丰富成果：chaofan wu[3]研究温拌剂对沥青PG分级的影响，发现掺入Sasobit温拌剂能有效提高沥青PG等级；Diefenderfer[4]研发多种不同类型温拌剂，并对其实际应用技术进行了研究；汤文[5]研究了不同回收料掺量对温拌再生沥青混合料性能的影响；陆兆峰[6]等研究了天然岩沥青对沥青流变特性的影响；李华平[7]通过掺入Sasobit温拌剂至橡胶沥青中观察其性能，发现温拌剂有利于提高橡胶沥青高温黏度；李宏志[8]研究温拌剂制备工艺对沥青胶浆流变性能的影响发现，投料顺序对沥青胶浆性能无明显影响。

纵观国内外研究可知，目前研究者多关注于如何降低混合料生产温度这一难题[9]，而针对温拌沥青短期老化性能研究较少。因此本文基于DSR试验测定老化前后不同沥青试样复数模量G*与相位角δ以评价其流变性能，并提出老化率指标以评价试样抗老化性能。

1 原材料

1.1 沥青

选用70#基质沥青与SBS改性沥青，两类沥青性能指标如表1所示。

表1 基质沥青与改性沥青性能指标表

1.2 温拌剂

温拌剂Sasobit与3G为目前市场常见的两类温拌剂。Sasobit是Fischer-Tropsch(FT)过程从煤气化中生产的含有40～120个碳原子的长链脂肪族烃，也被称为FT固体石蜡；3G是美德维实伟克公司(MWV)的第三代技术，其含有的表面活性剂成份，可改变沥青分子之间的极性、沥青分子与集料之间的表面张力。两类温拌剂性能指标如表2所示。

表2 Sasobit与3G温拌剂性能指标表

2 温拌沥青短期老化性能研究

2.1 流变性能影响研究

为对温拌沥青短期老化后性能进行研究，采用上文所选原材料制备温拌沥青试样，基于DSR试验扫描各试样复数模量G*、相位角δ以评价其流变性能，具体试验设计及结果如下页图1～2所示。图中R代表经过短期老化；A为基质沥青，B为SBS改性沥青；S为Sasobit温拌剂，G为3G温拌剂；后文中编号顺序为“老化与否-沥青种类-温拌剂种类-掺量”，如R-A-S-4表示Sasobit掺量为4%的短期老化温拌基质沥青。

(1)掺入Sasobit温拌剂均可有效改善沥青高温流变性能。从图1中可见，无论老化与否，在相同试验温度下，掺入Sasobit温拌剂的沥青试样复数模量G*值均较未掺温拌剂的试样大，而其相位角δ均较未掺温拌剂的试样小，将各沥青试样车辙因子绘制直方图如图2所示，对比其大小可知，不管老化与否，掺入Sasobit温拌剂的试样车辙因子均较其他试样大。说明Sasobit温拌剂在试验温度范围内可有效提高沥青试样高温抗车辙性能，这是由于当Sasobit温拌剂温度低于融点时，会在沥青胶结料中形成网状的晶格结构，增加沥青胶结料的稳定性，提高路面在使用温度范围内的抗车辙性能[8]。

(a)基质沥青

(b)SBS改性沥青

(a)基质沥青

(b)SBS改性沥青

(2)掺入3G温拌剂对沥青流变性能影响不显著。图1(a)中，A-G-0.6与A试样复数模量主曲线基本重合，但R-A-G-0.6主曲线低于R-A，说明3G温拌剂对沥青高温性能有所损伤。这是由于在试验温度下3G温拌剂为液态，其含有的表面活性剂成份改变了沥青分子之间的极性，降低了沥青分子与矿粉之间的表面张力，从而导致沥青胶浆黏度降低。这说明3G温拌剂虽然能降低沥青混合料的施工温度，但在常温状态下一定程度上降低了沥青路面的抗车辙性能[10]。

2.2 抗老化性能影响研究

为对掺入温拌剂之后的沥青试样抗老化性能进行定量分析，定义试样老化前后复数模量的差值与老化前复数模量的比值作为老化率Ar，其值越大，表明其老化程度越大。计算结果如图3所示。

图3 各沥青试样老化率Ar图

(1)基质温拌沥青的老化程度随着温度的增加呈现减小的趋势，这可能是因为当超过一定温度时，相位角接近90 ℃，试样很快散失弹性变形能力，沥青处于黏性状态。

(2)不同试验温度下改性温拌沥青老化程度无明显变化规律，在35 ℃～60 ℃左右，B-S-4的老化率比B和B-G-0.6大。图1中，SBS短期老化δ值没有很大的变化，即在35 ℃～60 ℃下沥青的粘弹比例没有发生变化；而A-S-4老化前后相位角的变化是由Sasobit温拌剂性能所引起的。因此在这个温度段，Sasobit温拌剂在沥青中形成网状结构，老化率增大；当温度为60 ℃～85 ℃时，由于SBS和Sasobit温拌剂的共同作用，老化率减小。

(3)掺入温拌剂能有效提高沥青抗老化性能，图3中，掺入温拌剂试样的曲线老化程度较低，且Sasobit温拌剂降低幅度比3G温拌剂大，其降低幅度随着温度的增大而增大，而3G温拌剂在不同温度下其降低幅度相差无几。

3 结语

本文主要针对温拌沥青短期老化前后流变性能与抗老化性能进行研究，得出如下主要结论：

(1)掺入Sasobit温拌剂均可有效提高沥青高温流变性能。这是由于当Sasobit温拌剂温度低于融点时，会在沥青胶结料中形成网状的晶格结构，增加沥青胶结料的稳定性，因此Sasobit温拌剂不仅可用于降低混合料施工温度，并可有效提高路面抗车辙性能。

(2)掺入3G温拌剂对沥青流变性能的影响不显著，这是由于3G温拌剂含有的表面活性剂成份降低了沥青分子与矿粉之间的表面张力，从而导致沥青胶浆黏度降低。所以掺入3G温拌剂虽然能降低沥青混合料的施工温度，但也降低了沥青路面的抗车辙性能。

(3)掺入温拌剂能有效降低沥青短期老化率，其中Sasobit温拌剂提高能力较3G温拌剂更优，并且温度越高效果越明显，说明掺入温拌剂可有效改善沥青抗老化性能。