有机降黏温拌剂对再生沥青混凝土性能的影响

邱应联，李向航，刘科强，李 浩，梁绍旺，王海峰

（1.佛山市建盈发展有限公司，广东 佛山 528041；2.佛山市交通科技有限公司；3.佛山市公路桥梁工程监测站有限公司）

1 引言

交通运输部印发的《绿色交通“十四五”发展规划》对交通运输高质量发展提出了更高的要求，“绿色低碳”“生态环保”成为新时代交通基建的关键词[1]。温拌技术相比传统热拌沥青混合料可降低施工温度20℃～40℃，大幅减少温室气体的排放并有效节约能源[2]，在国内已经得到一定的推广应用。现阶段国内外相对成熟的温拌技术主要包括3种，以Sasobit、海川EC-120为代表的有机降黏温拌技术，以Aspha-min为代表的沥青发泡降黏温拌技术，和以Evotherm 为代表的表面活性降黏温拌技术。我国交通基建发展至今，很多沥青路面逐渐进入大中修养护期，不可避免将产生大量废旧沥青混凝土，再生沥青混凝土技术的使用可减少新石料的开采，增强废旧沥青混凝土的利用率，实现节约资源、保护环境的目的[3，4]。若能将温拌技术与再生沥青混凝土技术结合运用到实际工程中，将大幅提升交通基建绿色发展水平，加快形成绿色低碳运输方式。白丽君[5]提出泡沫沥青温拌再生混合料路用性能优越，能同时解决沥青混合料回收料（RAP）掺量过低、高温拌和致使沥青二次老化等工程实际问题。王海蛟等[6]对泡沫沥青温拌再生混凝土的疲劳性能进行了研究，认为泡沫沥青温拌技术适用于再生沥青混合料，并建立了温拌再生沥青混合料的疲劳方程。

目前有机降黏温拌技术在国内应用较广，然而有机降黏与再生技术结合使用对沥青混凝土性能的影响还有待进一步研究[7-9]。林荣团等[10]研究了RAP 掺量对Sasobit 温拌沥青混凝土的路用性能影响，提出Sasobit掺量为沥青质量的3%时，RAP 掺量不宜大于24%。叶腾飞等[11]提出Sasobit可提高再生沥青混合料的高温、低温及水稳定性能，掺量为3%时效果最优。陈慨等[12]研究两种常见温拌剂Sasobit、Evotherm下的温拌沥青混合料，通过冻融劈裂试验、弯曲试验、车辙试验对比分析普通热拌沥青混合料、Sasobit 温拌沥青混合料以及Evotherm 温拌沥青混合料的水稳性能、低温性能、高温性能。马峰等[13]选用Alpha-min和Sasobit 两种温拌剂，分别对基质沥青及SYS改性沥青进行温拌改性，制备不同类型温拌沥青混合料，通过车辙试验、低温小梁试验以及疲劳试验等，对不同温拌剂改性的沥青混合料路用性能进行综合评价，提出Aspha-min对沥青混合料高温及抗疲劳性能的改善效果明显低于Sasobit，但其对低温性能的不利影响小于Sasobit，两种温拌剂均可提升混合料的高温稳定性，但对低温性能略有不利。除了上述常见的温拌剂，还有很多价格更低的有机降黏剂可用作沥青温拌剂。因此，本文选取5种有机降黏剂，研究其温拌效果及对再生沥青混凝土的路用性能影响，以期为有机降黏温拌再生技术的实际应用提供技术支撑。

2 温拌再生沥青混凝土的制备

2.1 原材料

2.1.1 沥青与集料

试验采用东交AH-70#石油沥青，主要性能指标见表1；新集料来源于广西某石场的石灰岩，矿粉产自广东河源某石粉厂，RAP为广东佛山某高速大修铣刨料，集料主要性能指标见表2。

表1 沥青主要性能指标

表2 集料主要性能指标

2.1.2 合成级配

再生沥青混凝土统一采用AC-25 级配，RAP 掺量35%，合成级配各标准筛孔通过率见表3。

表3 合成级配各标准筛孔通过率

2.1.3 有机降黏剂

选取2种聚乙烯蜡、EC-120、Sasobit Redux 及FT蜡等5种有机降黏剂作为温拌剂，制备掺入不同有机降黏剂的温拌再生沥青混凝土进行研究。其中EC-120 为海川新材公司研发的直链脂肪烃普适型沥青混合料改性剂，可以改变沥青的粘温曲线，降低沥青高温粘度，从而保证沥青可以在相对较低的温度条件下与集料拌合均匀；Sasobit Redux（SR）为德国沙索公司研发的聚烯烃类改性剂，对于沥青混合料具有低温增黏、高温降黏的效果，在降低拌和温度的同时，拥有良好的施工和易性；FT 蜡为亚甲基聚合物改性剂，具有窄熔点范围、低熔融粘度、抗氧化能力强等特点；L型有机蜡、D型有机蜡为聚乙烯蜡类外加剂，具有较理想的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性。各种有机降黏剂性能指标及掺量见表4。

表4 有机降黏剂主要性能指标及掺量

2.2 温拌再生沥青混凝土制备参数

试验中掺入不同有机降黏剂的再生沥青混凝土的级配均相同，总油石比（新加沥青+RAP中的旧沥青）均为3.7%。有机降黏剂常温下为粉末状或片状，湿拌时撒布于沥青表面，尽量先与沥青接触。拌和时间设定如下：新集料与RAP干拌60s；加入沥青，同时加入温拌剂，湿拌120s。同时采用常规热拌方法制备不添加有机降黏剂的再生沥青混凝土作为对照组。温度参数见表5。

表5 温拌再生沥青混凝土制备中的温度参数

3 试验结果与分析

3.1 有机降黏剂的温拌效果

在相同的试验温度下制备掺入有机降黏剂的温拌再生马歇尔试件，采用毛体积相对密度及空隙率评价有机降黏剂的温拌效果。马歇尔试件体积参数见表6。

表6 温拌再生沥青混凝土马歇尔试件体积指标

由表6 可知，在相同的试验温度下，D 型有机蜡、EC-120及Sasobit Redux 对应的马歇尔试件的毛体积相对密度及空隙率与对照组较为接近，说明降低加热、拌和及成型温度后，以上三种沥青混凝土仍较容易压实，温拌效果较优。而掺入L 型有机蜡、FT 蜡的马歇尔试件毛体积相对密度较小，空隙率较大，说明试件不密实，降温后难以压实，温拌效果较差。结合各有机降黏剂的熔点，可发现熔点较低的D型有机蜡、EC-120的温拌效果较好。温拌降黏剂的熔点越低，越有利于降低再生沥青混凝土的施工温度。

3.2 有机降黏剂对温拌再生沥青混凝土路用性能的影响

3.2.1 高温稳定性

采用车辙试验及单轴贯入试验评价有机降黏剂对温拌再生沥青混凝土高温稳定性能的影响，试验温度均为60℃，试验结果如图1所示。参考对照组的动稳定度及抗剪强度可发现，两种高温性能试验结果显示的规律基本一致，D 型有机蜡、EC-120 及Sasobit Redux（SR）可提高再生沥青混凝土的高温稳定性能，而L 型有机蜡、FT 蜡则对再生沥青混凝土的高温稳定性产生不良影响。结合各自马歇尔试件的空隙率，可推测在温拌温压的条件下，掺入L型有机蜡、FT蜡的再生沥青混凝土因温度不足难以压实，试件内部空隙较多，骨料间难以形成较好的骨架嵌挤结构，导致其高温稳定性有所下降。

图1 高温稳定性试验结果

3.2.2 水稳定性

采用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验评价有机降黏剂对温拌再生沥青混凝土水稳定性的影响，结果如图2所示。由图2可知，掺入有机降黏剂后混凝土的残留稳定度与残留强度比均发生不同程度的下降，可知有机降黏剂对温拌再生沥青混凝土水稳定性起不良影响。掺入L型有机蜡、FT蜡的混凝土水稳定性下降最明显，推测是由于降温后压实不足，试件内部空隙多，水分容易进入试件内而引起沥青与集料间黏附力下降。

图2 水稳定性试验结果

3.2.3 低温抗裂性

采用小梁弯曲试验评价有机降黏剂对温拌再生沥青混凝土低温性能的影响，试验温度为-10℃，试验结果如图3 所示。由试验结果可知，除Sasobit Redux 外，其余4 种有机降黏剂均对再生沥青混凝土的低温抗裂性能有不良影响，其中L 型有机蜡及FT 蜡对应试件的破坏应变下降幅度达23.0%与14.6%。结合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中对沥青混合料低温弯曲试验破坏应变的技术要求，L 型、D 型有机蜡及FT 蜡在年极端最低气温低于-9℃的区域应慎用，EC-120、Sasobit Redux 在年极端最低气温低于-21.5℃的区域应慎用。

图3 小梁弯曲试验结果

3.2.4 疲劳性能

采用四点弯曲疲劳试验评价掺入有机降黏剂的温拌再生沥青混凝土的疲劳性能。应变水平为300με，试验温度为20℃，加载频率为10Hz，试验结果如图4 所示。由试验结果可知，EC-120 和Sasobit Redux 能明显提高试件的疲劳性能，相较对照组，疲劳寿命分别上升13.5%和18.1%；D 型有机蜡基本不影响试件的疲劳寿命；L 型有机蜡或FT 蜡会对其试件疲劳性能产生不利影响。推测原因可能为掺入L 型有机蜡、FT 蜡的温拌再生沥青混凝土试件内部空隙较多，试验中试件受力后易产生应力集中，在循环荷载作用下微裂缝迅速扩散导致其快速破坏。

图4 四点疲劳弯曲试验结果

4 结语

①D型有机蜡、EC-120及Sasobit Redux对再生沥青混凝土均有一定的温拌效果，其中Sasobit Redux效果最佳，而掺入L型有机蜡、FT蜡的沥青混凝土温拌效果不明显。

②D型有机蜡、EC-120及Sasobit Redux可提高温拌再生沥青混凝土的高温稳定性与疲劳寿命，其中Sasobit Redux 效果最佳，而L 型有机蜡、FT 蜡降低了温拌再生沥青混凝土的高温稳定性与疲劳寿命。

③5 种有机降黏剂对温拌再生沥青混凝土的水稳定性和低温抗裂性均有不良影响，其中L 型有机蜡、FT蜡影响最大。