雷譜春

(陜西省交通建設集團公司，陜西 西安 710075)

0 引 言

溫拌瀝青混合料具有節(jié)省能源、減少有害氣體和煙塵排放、降低瀝青混合料拌合溫度、突破瀝青路面的施工季節(jié)限制等優(yōu)點，同時擁有與熱拌瀝青混合料相近的路用性能，因此成為一種新型的綠色道路材料。

近年來，國內外對溫拌瀝青混合料的研究促進了溫拌技術的不斷應用，但由于溫拌劑的種類很多、成分復雜，其內部結構、作用機理尚未被研究透徹，因此還需要對這項環(huán)保技術進行大量的研究。目前國內研究工作者除了研究溫拌劑對瀝青混合料性能的影響外，還開發(fā)了新的溫拌添加劑，以期在提高混合料路用性能的同時，可以降低造價，簡化制作流程，減少對環(huán)境的污染等。紀小平等的研究表明，Sasobit溫拌劑可降低瀝青的黏度，且黏度隨Sasobit劑量的增加而減小，并在不影響混合料水穩(wěn)定性的情況下提高其抗車轍性能[1]。陳志一等介紹了Aspha-Min、Sasobit、Evotherm三種溫拌劑對瀝青混合料路用性能的影響，結果表明不同溫拌劑對路用性能的影響程度不同。韓海紅等對溫拌瀝青混合料的壓實特性進行了系統(tǒng)研究，結果表明集料粒徑的大小、瀝青種類對溫拌瀝青混合料的壓實特性具有較大影響[2]。

本文開發(fā)一種溫拌添加劑并研究其對瀝青高溫性能、低溫性能、溫度敏感性等的影響規(guī)律，并對溫拌瀝青混合料進行路用性能驗證，為溫拌技術的進一步研究提供一定的參考。

1 溫拌技術

熱拌瀝青混合料(HMA)作為常用的瀝青路面材料被人們所熟悉，其瀝青、集料加熱溫度以及拌合溫度均超過140 ℃，攤鋪和碾壓溫度不低于110 ℃。HMA的制作使得瀝青和集料的加熱溫度過高，從而造成環(huán)境污染和大量能源消耗。

考慮熱拌瀝青混合料的這些不足，溫拌技術應運而生。溫拌技術可降低拌合溫度，即采取一定的技術措施降低瀝青黏度，拌制溫拌瀝青混合料(WMA)，從而在保證路用性能的前提下降低施工溫度[3-6]。由于國內外溫拌技術發(fā)展水平的差別，施工溫度降低幅度不同，就國內技術水平而言，WMA較HMA可降溫30 ℃左右，但性能仍與HMA相當，可達到溫拌瀝青混合料的設計目的。

國內外制作溫拌瀝青混合料的技術措施主要包括：瀝青-礦物法(Aspha-Min)，即在瀝青混合料拌合過程中加入粉末狀合成沸石，使得瀝青產生發(fā)泡反應，集料在泡沫的作用下更加容易錯動，因此可在較低溫度下進行壓實；泡沫瀝青溫拌法(WAM-Foam)，即先將軟質瀝青與石料在110 ℃～120 ℃進行拌合，后將硬質泡沫瀝青與預拌的瀝青混合料進行拌合； 有機添加劑法(Sasobit)，即將具有一定熔點范圍的有機添加劑加入瀝青中，從而降低瀝青結合料的黏度；乳化瀝青類溫拌法(EWMA)，即制備高固含量的乳化瀝青或者直接將皂液濃縮液加入瀝青混合料，可使瀝青混合料拌合溫度降低[7-9]。

本文采用有機添加劑法對瀝青結合料及溫拌瀝青混合料的性能進行研究，特此開發(fā)出一種溫拌添加劑，記為A1。

2 溫拌添加劑

2.1 溫拌添加劑的開發(fā)

本文開發(fā)的A1溫拌添加劑是一些熔點在105 ℃左右的合成飽和碳氫化合物的混合物，屬于有機溫拌劑，對環(huán)境不會產生污染，在溫度高于120 ℃時以液體形式存在，可很好地溶于120 ℃的瀝青中，從而降低瀝青黏度。當環(huán)境溫度低于添加劑熔點時，A1添加劑在瀝青中可形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀晶格結構，難以被分解破壞，從而提高瀝青混合料抵抗永久變形的能力。A1添加劑的物理性質如表1所示。

表1 A1添加劑的物理性質

2.2 溫拌添加劑對瀝青性質的影響

為進一步說明A1溫拌添加劑在120 ℃以上時可更好地溶于瀝青，本文根據(jù)經驗將3%(相對于瀝青質量)A1溫拌添加劑加入新疆克拉瑪依70#基質瀝青中。基質瀝青的性質如表2所示。

表2 新疆克拉瑪依70#瀝青的性質

溫拌基質瀝青的制備工藝為：將基質瀝青加熱熔融至145 ℃，并保持恒溫，同時加入既定量的溫拌添加劑(外摻法)，攪拌15～20 min。

通過Brookfield II型旋轉黏度計測定溫拌基質瀝青在120 ℃、130 ℃、140 ℃、150 ℃及不同剪切速率下的黏度，結果如表3及圖1所示。

表3 70#瀝青摻入A1后黏度隨剪切速率的變化

圖1 70#瀝青摻入A1后黏度與剪切速率的關系

由圖1可知，當溫度大于120 ℃時，摻有A1溫拌添加劑的70#基質瀝青在各個溫度下的黏度并不隨著剪切速率而變化，即不存在最佳剪切速率使得溫拌添加劑能更好地溶于基質瀝青。試驗表明，A1溫拌添加劑通過簡單機械攪拌即可均勻分布在瀝青結合料中，且不需要專門設計攪拌儀器。摻有溫拌添加劑的瀝青結合料在較長的后期儲存過程中也表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，不產生離析。

2.3 A1添加劑最佳摻量的確定

本文參考國內外瀝青黏溫關系的研究成果[10-15]，采用150～190 cp 和 250～310 cp 黏度對應的等黏溫度作為溫拌瀝青混合料的拌和和壓實溫度；并以此為參考依據(jù)，分別向新疆克拉瑪依70#基質瀝青中加入1%、2%、3%、4%、5%的A1溫拌添加劑，測得在80 ℃～150 ℃范圍內的瀝青黏度，如表4及圖2所示。

表4 A1添加劑摻量對70#瀝青黏度的影響

圖2 A1添加劑摻量對70#瀝青黏度的影響

由圖2可知，不同A1添加劑摻量的瀝青黏度曲線均在110 ℃處產生了轉折，這與A1添加劑本身的物理性質有關。由于A1添加劑的熔點在105 ℃左右，當環(huán)境溫度高于此溫度，A1以液體形式存在于瀝青中，大大降低了瀝青黏度，因此黏度值在熔點溫度附近產生了較大的變化。

根據(jù)圖2曲線，本文推薦A1添加劑最佳摻量為3%～4%。在最佳摻量下，瀝青高溫黏度可降低41%左右。在不影響瀝青各方面性質的條件下，摻有3%A1添加劑的溫拌瀝青混合料施工溫度如表5所示。

表5 瀝青混合料的施工溫度

3 A1添加劑對瀝青性能的影響

本文從瀝青的高溫、低溫及感溫性能3個方面對不同A1添加劑摻量進行研究。分別向新疆克拉瑪依70#瀝青加入1%、2%、3%、4%、5%的A1添加劑，測得瀝青性能指標如表6所示。

表6 不同A1添加劑摻量下瀝青的性能指標

由表6可知：瀝青針入度隨著A1添加劑摻量的增加而減??；針入度指數(shù)隨著A1添加劑摻量的增加先增大后減小，在2%～4%之間變化不大，5%時開始下降；軟化點隨著A1添加劑摻量的增加而升高，在2%～4%之間軟化點升高幅度較大；摻入溫拌添加劑A1后的瀝青結合料比基質瀝青針入度小、軟化點高、延度大，表明適量的A1添加劑可以提高瀝青的高溫性能，從而增強溫拌瀝青混合料耐高溫能力；135 ℃黏度隨著添加劑摻量的增加而減小，60 ℃黏度則相反，A1添加劑這一性質不僅可以提高瀝青路面在使用溫度范圍內的高溫穩(wěn)定性，而且在拌合溫度下可以有效增加瀝青混合料的施工和易性，從而降低施工溫度，減少能源消耗，保護環(huán)境[16-19]。綜合考慮溫拌添加劑對瀝青結合料高溫性能、低溫性能、溫度敏感性等方面的影響可知，溫拌添加劑存在一個最佳摻量，即3%～4%，與前文推薦的溫拌添加劑最佳摻量相符。

4 摻入A1添加劑的WMA性能研究

4.1 原材料

(1)集料采用玄武巖碎石、0～3 mm機制砂；礦粉采用石灰?guī)r。

(2)瀝青采用新疆克拉瑪依70#基質瀝青。

4.2 配合比

本文采用AC-20級配進行溫拌瀝青混合料性能研究，級配設計如表7和圖3所示，確定AC-20的最佳油石比為4.5%。最佳油石比下AC-20瀝青混合料的體積指標如表8所示。

4.3 摻入A1添加劑的溫拌瀝青混合料性能

4.3.1 降溫特性

在155 ℃及最佳油石比下成型瀝青混合料馬歇爾試件，并分別在125 ℃、135 ℃、145 ℃、155 ℃下成型摻入3%A1添加劑的瀝青混合料馬歇爾試件，測得各組試件空隙率指標如表9所示。

由表9可知，在70#基質瀝青中摻入3%A1添加劑即可在140 ℃左右獲得與70#基質瀝青在155 ℃溫度下相同的空隙率。因此，在保證馬歇爾試件空隙率前提下，添加3%A1添加劑可使成型溫度降低15 ℃左右。

表8 AC-20瀝青混合料體積指標

4.3.2 路用性能

在135 ℃和155 ℃下分別成型摻入3%A1添加劑的溫拌瀝青混合料試件和熱拌瀝青混合料試件，測定其路用性能，結果如表10所示。

由表10可知，摻入3%A1溫拌添加劑后，AC-20溫拌瀝青混合料的高溫性能較AC-20熱拌瀝青混合料提高超過3倍，但低溫性能與水穩(wěn)定性相差不大，各方面路用性能均滿足規(guī)范要求[20]。

表10 瀝青混合料路用性能試驗結果

5 結 語

本文自行開發(fā)了溫拌添加劑，并研究其對瀝青性質的影響，驗證溫拌瀝青混合料的路用性能，得到如下結論。

(1)溫拌添加劑A1可大大提高瀝青的高溫性能，對瀝青的低溫性能、溫度敏感性等影響不大。

(2)在保證相同的瀝青混合料體積指標和路用性能指標的前提下，添加3%A1溫拌添加劑可使瀝青混合料的施工溫度降低15 ℃左右。

(3)摻加適量溫拌添加劑A1的瀝青混合料較熱拌瀝青混合料具有更好的高溫穩(wěn)定性，而其他性能相當，滿足規(guī)范要求，可在中國高溫地區(qū)推廣使用。

本文通過開發(fā)溫拌劑來對溫拌技術進行研究，只考慮了添加劑對基質瀝青的影響，并沒有考慮改性瀝青等，還存在一定的局限性。因此，在溫拌技術發(fā)展的道路上，還要通過研究與不斷的嘗試進行技術創(chuàng)新，對傳統(tǒng)溫拌技術進行突破，推動中國溫拌技術的發(fā)展。

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