基于不同温拌机理的沥青混合料性能研究

李艳霞

（山西翼达交通开发有限公司，山西 太原 030006）

引言

沥青混合料在拌和时的温度通常高达170～180℃， 较高的温度控制不仅增加了施工难度，同时沥青在高温下产生有害气体对环境也会造成一定危害。温拌技术起源于欧洲，其可以在降低沥青混合料施工温度的同时仍然保证良好的施工和易性。不仅降低了施工难度，同时也使沥青与集料裹复更加均匀，提高了路面使用性能[1-2]。目前主流的温拌剂主要可以分为降黏型，人造合成沸石型以及表面活性型，国内外学者对此进行了大量的研究。曹少谦[3]、周志刚等[4]对比了传统热拌沥青混合料与温拌沥青混合料的性能。目前大多数的研究仅集中于单一温拌剂对沥青混合料的影响，而缺少不同温拌剂之间的对比。

1 原材料和试验方法

1.1 试验原材料

1.1.1 温拌剂

温拌剂选用两种，一种是降黏型温拌剂Sasobit,另一种是人造合成沸石类温拌剂Aspha-min。Sasobit是一种蜡质的温拌剂，熔点一般在120℃左右，其作用机理是通过改变沥青的分子结构降低沥青的黏度。Aspha-min与Sasobit不同，其内部含有水分，当温度超过80℃时，Aspha-min中所含的水分会释放出来，并与沥青产生泡沫反应，从而使得沥青的体积变大，起到降低拌和温度的作用。两种温拌剂的主要技术指标见表1、表2。

表1 Sasobit温拌添加剂技术指标

表2 Aspha-min温拌添加剂技术指标

1.1.2 沥青

沥青选用SBS改性沥青，主要技术指标见表3。各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》 （ JTG F40-2004）[5]技术要求。

表3 沥青技术指标

1.2 试验方法

1.2.1 温拌沥青制备

把SBS改性沥青加热到流动状态，采用湿法工艺将两种温拌剂加入到沥青结合料中。采用高速剪切机对加入温拌剂的沥青进行搅拌，以排除沥青中的气泡，使得温拌剂在沥青中均分分散，搅拌时间设定为30 min。其中Sasobit添加量为1%、2%、3%、4%；Aspha-min的添加量为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。

1.2.2 温拌沥青拌和温度及体积参数研究

采用布氏黏度试验对不同掺量的Sasobit温拌沥青和Aspha-min温拌沥青的黏温特性进行研究。采用马歇尔击实成型试件，研究两种温拌拌剂对沥青混合料体积参数的影响。

1.2.3 温拌沥青混合料性能研究

各项性能试验均按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[6]要求进行。

2 试验结果与分析

2.1 布氏黏度

研究不同温度下掺温拌剂后沥青黏度，可以直观反映温拌剂的降温效果。图1、图2为Aspha-min和Sasobit温拌沥青在不同温度下的布氏黏度。

图1 Aspha-min温拌沥青黏度

图2 Sasobit温拌沥青黏度

由图1、图2可以看出，两种温拌剂的加入都明显改变了沥青的黏温关系。首先，对于Asphamin温拌剂，当温度在150～170℃时，沥青的黏度随着 Aspha-min掺量的提高而降低。其中0.4%掺量下150度的黏度与原样沥青黏度基本相同，其降温幅度可达20℃。然而，当温度较低时，例如130℃和140℃下的沥青。随着Aspha-min掺量的提高，沥青的黏度呈现先增加后降低的趋势，最小值出现在掺量为0.4%时。而掺量为0.2%和0.5%时，沥青的黏度不仅没有降低，反而有所提高。分析认为，Aspha-min属于人造沸石类温拌剂，当温度较低时，Aspha-min中的水分不能溢出，故无法形成降低黏度的泡沫，反而会增加沥青的黏度。此外，即使是在高温区域，当掺量较高时，沥青黏度也会增加，这是因为过多Aspha-min产生的泡沫使水分大量蒸发，提高了沥青黏度。

Sasobit温拌沥青方面，随着温拌剂掺量的增加，沥青黏度呈现均匀下降趋势。其中，当温拌剂掺量在1%～3%时，沥青黏度下降速率较快。130℃下原样沥青黏度为1 766 Pa·s，而3%温拌沥青的黏度为886 Pa·s，降低了49.8%。而当掺量进一步提高至4%时，黏度并没有进一步降低。这是由于3%掺量Sasobit已经可以与全部沥青发生交互反应，多余的Sasobit只能以游离形式存在于沥青中。因此，沥青黏度并不会进一步降低。150℃下3%掺量Sasobit温拌沥青黏度与原样沥青黏度基本相同，降温幅度同样可达20℃左右。

2.2 体积参数

沥青混合料级配选择高等级公路最常用的SMA级配，目标空隙率为3.5%。Aspha-min和Sasobit温拌沥青混合料的体积参数见图3、图4。

图3 Aspha-min温拌沥青混合料空隙率

图4 Sasobit温拌沥青混合料空隙率

由图3、图4可以看出，Aspha-min温拌剂当温度在150～170℃之间时，可以发挥较好的温拌效果。150℃下掺0.4%的Aspha-min温拌沥青混合料空隙率为3.52%，与原样沥青混合料170℃下空隙率相同。可见，Aspha-min可降低沥青混合料拌和温度20℃。

对于Sasobit温拌剂，3%掺量下Sasobit温拌沥青混合料在140℃时的空隙率为3.55%，达到了原样沥青混合料在170℃时的拌和效果。因此，通过成型马歇尔试件可以看出，Sasobit温拌剂的实际温拌效果要略优于Aspha-min温拌剂，其降温幅度可达30℃。

2.3 路用性能

根据降温效果确定Aspha-min、Sasobit最佳掺量0.4%、3%，以最佳掺量成型试件研究温拌沥青混合料的路用性能，研究结果如表4。

表4 温拌沥青混合料的路用性能

由表4可以看出，高温性能方面，两种温拌剂均具有提升效果，Aspha-min、Sasobit温拌沥青混合料动稳定度提升了17%、28%。温拌剂的加入提高了沥青混合料的拌和均匀性，使沥青在集料表面裹复更均匀，提高了混合料的抵抗高温变形能力。

在低温性能方面，Aspha-min温拌剂对沥青混合料的低温性能具有提升效果，而Sasobit温拌剂则降低了沥青混合料的低温性能。抵抗水稳定性方面，与原样沥青混合料相比，两种温拌剂都提高了试件的冻融循环强度比，Aspha-min温拌沥青混合料提高到了86.5%，Sasobit温拌沥青混合料则提高到了83.1%，可见，温拌剂加入改善了沥青混合料的抵抗水损坏能力。

此外，对两种温拌沥青混合料的疲劳寿命进行了研究，疲劳试验控制模式为应变模式，应变水平为400。结果表明，温拌沥青混合料的疲劳寿命较原样沥青混合料有明显提高，Aspha-min、Sasobit温拌沥青混合料的疲劳寿命提高了16.8%、22.6%。

3 结语

（1）温度为150～170℃时，沥青黏度随Asphamin掺量的提高而降低，降温幅度为20℃，温度较低时Aspha-min会提高沥青黏度。整个温度区间内，Sasobit都会降低沥青黏度，且随温拌剂掺量的增加愈发显著。（2）采用体积参数表征温拌沥青混合料降温效果更具直观性，其中Aspha-min可降低沥青混合料的拌和温度20℃。Sasobit温拌剂温拌效果要略优于Aspha-min温拌剂，降温幅度可达30℃。（3）Asphamin、Sasobit都可以提高沥青混合料高温性能，其中Aspha-min可提高14.57%，Sasobit可提高28.3%。（4）两种温拌剂对沥青混合料低温性能的影响存在差异。Aspha-min温拌剂对沥青混合料的低温性能具有提升效果，Sasobit温拌剂降低了沥青混合料的低温性能。