熊 輝

（貴州省交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，貴州 貴陽(yáng) 550081）

0 引 言

溫拌技術(shù)能降低瀝青混合料的生產(chǎn)和施工溫度，不但能適應(yīng)較低溫度的施工環(huán)境，而且施工污染相對(duì)較少，同時(shí)節(jié)約施工資源；因此隨著溫拌技術(shù)的推廣和應(yīng)用，溫拌劑及其溫拌瀝青混合料的路用性能得到愈來愈多的關(guān)注和研究［1-3］。相關(guān)研究表明，溫拌技術(shù)可以使混合料的施工溫度下降20℃～40℃，溫度的降低意味著能耗的減少，同時(shí)高溫導(dǎo)致的施工污染也可以得到抑制。通常條件下，瀝青混合料的生產(chǎn)拌合溫度是根據(jù)施工規(guī)范中提出的黏溫曲線進(jìn)行確定［4-7］。但是，業(yè)內(nèi)研究人員指出，對(duì)于溫拌瀝青混合料，這種基于等黏度原則確定的施工拌合溫度適用性并不理想［8］。目前，在道路工程施工過程中，不少單位往往根據(jù)原材料廠家提供的生產(chǎn)條件來推斷溫拌混合料的生產(chǎn)拌合溫度以及壓實(shí)施工溫度。然而，不同生產(chǎn)廠家的溫拌劑性能存在差異，不同的溫拌劑對(duì)瀝青混合料施工溫度和路用性能產(chǎn)生的影響不一樣，產(chǎn)生的節(jié)能減排效應(yīng)也不盡相同［9-10］。

本文采用Sasobit、Aspha-min、Evotherm三種溫拌劑制備溫拌橡膠瀝青混合料，對(duì)比等黏原則法和目標(biāo)空隙率法研究溫拌橡膠瀝青混合料的施工溫度，通過與熱拌橡膠瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比，研究摻入溫拌劑后混合料的路用性能以及節(jié)能減排效益。

1 試驗(yàn)材料

1.1 原材料

試驗(yàn)采用基本性能指標(biāo)如表1所示的殼牌90＃基質(zhì)瀝青，橡膠粉采用技術(shù)指標(biāo)如表2所示的60目斜胎膠粉。溫拌劑分別采用Sasol Wax公司生產(chǎn)的Sasobit、Eurovia公司生產(chǎn)的 Aspha-min、Mead-Westvac公司生產(chǎn)的Evotherm。礦質(zhì)集料均為石灰?guī)r集料，礦粉使用石灰?guī)r礦粉。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 橡膠粉技術(shù)指標(biāo)

1.2 改性瀝青的制備

本文采用濕法制備橡膠瀝青，將22%（橡膠粉占基質(zhì)瀝青的質(zhì)量百分比）的60目橡膠粉摻入基質(zhì)瀝青中，在180℃的條件下高速（2 500r·min-1）剪切60min，攪拌制得的橡膠瀝青直接用于拌合混合料以及制備溫拌橡膠瀝青。在制備好的橡膠瀝青中加入一定量的Sasobit溫拌劑，在同樣的剪切條件下攪拌反應(yīng)5～10min，得到溫拌橡膠瀝青，用以確定施工溫度的研究，并拌制混合料，研究其路用性能。

采用干法制備Asp-溫拌橡膠瀝青混合料，先將集料拌合90s，然后均勻散布0.3%的Aspha-min溫拌劑，拌合90s，最后依次加入橡膠瀝青和礦粉，制成Asp-溫拌橡膠瀝青混合料。對(duì)于Ev-溫拌橡膠瀝青混合料，先將拌合90s的集料歸攏在拌鍋一側(cè)，在另一側(cè)加入橡膠瀝青，同時(shí)將Evotherm溫拌劑按照1∶19的比例倒在橡膠瀝青上，立刻拌合制備成Ev-溫拌橡膠瀝青混合料。

2 施工溫度的確定

2.1 基于黏溫曲線確定施工溫度

通過Brookfield旋轉(zhuǎn)黏度測(cè)試儀來測(cè)定橡膠瀝青以及Sasobit溫拌橡膠瀝青的黏度，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，溫度升高，膠結(jié)料的黏度明顯下降。各試驗(yàn)溫度下，隨著Sasobit摻量的增加，膠結(jié)料黏度逐漸下降；但是當(dāng)Sasobit摻量超過3%，黏度下降的趨勢(shì)逐漸變緩。圖2所示的降黏比是指同樣試驗(yàn)溫度下，不同摻量的膠結(jié)料黏度下降值與橡膠瀝青黏度的比值。由圖2可以明顯看出，當(dāng)Sasobit摻量在3%～4%時(shí)，降黏比達(dá)到最大值，隨著Sasobit摻量繼續(xù)增加，降黏比出現(xiàn)略微下降。

圖3給出了不同Sasobit摻量下的黏溫曲線。假定各膠結(jié)料的拌合以及壓實(shí)溫度滿足規(guī)范規(guī)定的黏度值，由此可確定各膠結(jié)料的拌合及壓實(shí)溫度。由圖3可以看出，基于等黏原則，達(dá)到規(guī)定黏度時(shí)的拌合及壓實(shí)溫度基本均超過200℃?？梢?，基于黏溫曲線確定的施工溫度偏差較大，實(shí)際施工時(shí)不可取。

2.2 基于目標(biāo)空隙率確定施工溫度

瀝青路面路用性能的好壞與其壓實(shí)施工的效果關(guān)系密切，空隙率是瀝青路面壓實(shí)是否達(dá)到要求的評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于該指標(biāo)來確定混合料的施工溫度是合理的［11-12］。根據(jù)施工控制的目標(biāo)空隙率4%，采用馬歇爾擊實(shí)成型AC-13混合料試件，混合料級(jí)配如圖4所示。

圖2 不同Sasobit摻量的降黏比

圖3 不同Sasobit摻量膠結(jié)料的黏溫曲線

圖4 AC-13混合料級(jí)配曲線

在最佳瀝青用量下成型橡膠瀝青AC-13和Sasobit溫拌橡膠瀝青AC-13、Aspha-min溫拌橡膠瀝青AC-13和Evotherm溫拌橡膠瀝青AC-13，成型溫度分別為120℃、135℃、150℃、160℃、175℃、185℃。根據(jù)前面的研究，Sasobit摻量選擇3.5%，分別測(cè)量不同壓實(shí)溫度下成型試件的空隙率，結(jié)果如圖5所示。可以看出，不同摻量的混合料的空隙率均隨著壓實(shí)溫度的升高而逐漸減小。達(dá)到目標(biāo)空隙率（4%）時(shí)，橡膠瀝青混合料的壓實(shí)溫度為175℃，摻加3.5%Sasobit溫拌劑的混合料的壓實(shí)溫度為152℃，Sasobit溫拌劑的加入使橡膠瀝青混合料的壓實(shí)溫度降低了23℃。

圖5 混合料試件空隙率與壓實(shí)溫度的關(guān)系

對(duì)比2種方法，基于黏溫曲線來確定Sasobit溫拌瀝青混合料的施工溫度偏頗較大，而基于目標(biāo)空隙率確定的施工溫度有顯著下降，確實(shí)反映出了溫拌技術(shù)的效果。這是由于：在超過100℃的條件下，Sasobit熔于橡膠瀝青中，對(duì)集料顆粒之間的接觸具有良好的潤(rùn)滑效應(yīng)，因此有利于混合料的拌合以及壓實(shí)，相對(duì)而言降低了混合料的施工溫度。

摻加Aspha-min溫拌劑的混合料的壓實(shí)溫度為149℃，與橡膠瀝青混合料的壓實(shí)溫度相比降低了26℃；摻加Evotherm溫拌劑的混合料的壓實(shí)溫度為145℃，與橡膠瀝青混合料的壓實(shí)溫度相比降低了30℃。一般混合料的拌合溫度高于壓實(shí)溫度10℃～15℃，因此各混合料的施工溫度如表3所示。

表3 各混合料的施工溫度

3 路用性能評(píng)價(jià)

根據(jù)表3確定的施工溫度在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成型混合料試件，基于熱拌橡膠瀝青混合料的路用性能，通過車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、真空飽水馬歇爾試驗(yàn)分別對(duì)混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩(wěn)定性能進(jìn)行分析。

3.1 高溫性能評(píng)價(jià)

橡膠瀝青混合料和3種溫拌橡膠瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，Sasobit和Evotherm溫拌劑的加入使橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度得以提升，Sasobit溫拌橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最大，表現(xiàn)出較好的高溫性能。這是由于：溫拌劑加入后混合料的溫度下降，使瀝青混合料的老化情況相對(duì)得到弱化，同時(shí)溫拌劑增加了瀝青膠結(jié)料與礦質(zhì)集料的顆粒摩擦，混合料的黏聚力以及內(nèi)摩擦角增大，進(jìn)而提升了混合料的抗剪切能力。而Aspha-min溫拌劑的加入使得混合料的動(dòng)穩(wěn)定度略有下降，對(duì)其高溫性能有一定程度的不利影響。

3.2 低溫性能評(píng)價(jià)

橡膠瀝青混合料和3種溫拌橡膠瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

以規(guī)范推薦的最大彎拉應(yīng)變?yōu)樵u(píng)價(jià)指標(biāo)來評(píng)價(jià)幾種溫拌混合料的低溫性能。由表5可以看出，加入Aspha-min和Evotherm溫拌劑后，橡膠瀝青混合料的低溫性能得以提升，尤其是加入Aspha-min溫拌劑后，混合料的最大彎拉應(yīng)變值最大，低溫性能相對(duì)最好。而加入Sasobit溫拌劑后，混合料的最大彎拉應(yīng)變要低于熱拌橡膠瀝青混合料，說明Sasobit溫拌劑的加入對(duì)混合料的低溫性能產(chǎn)生了負(fù)面影響。這是因?yàn)镾asobit溫拌劑降低了橡膠瀝青的延度，進(jìn)而使混合料的低溫性能下降、低溫抗裂能力減弱。

3.3 水穩(wěn)定性能評(píng)價(jià)

橡膠瀝青混合料和3種溫拌橡膠瀝青混合料的真空飽水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 真空飽水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)過程中各混合料都沒有出現(xiàn)明顯的剝落現(xiàn)象，均表現(xiàn)出一定的抗水損害性能。加入Sasobit溫拌劑后，橡膠瀝青混合料的抗水損害能力進(jìn)一步得到提升。這是由于：Sasobit溫拌劑可以使膠結(jié)料與集料顆粒之間的黏附力進(jìn)一步加強(qiáng)，在水分進(jìn)入混合料內(nèi)部后，減弱其對(duì)瀝青黏附性能的影響，強(qiáng)化混合料的抗剝落能力，提升混合料的水穩(wěn)定性能。但是，Aspha-min和Evotherm溫拌劑的加入相對(duì)削弱了橡膠瀝青混合料的抗水損害性能，殘留穩(wěn)定度值下降。

4 節(jié)能減排效益分析

4.1節(jié)能效益分析

溫拌技術(shù)由于使混合料的拌合及壓實(shí)溫度有一定幅度的下降，從而降低了供給生產(chǎn)溫度而產(chǎn)生的能耗，同時(shí)減少了熱拌技術(shù)引起的瀝青煙等有害污染物的大量排放。通過式（1）可計(jì)算出各混合料在生產(chǎn)過程中由于溫度降低所節(jié)約的能耗。

式中：Q為節(jié)約能耗（J·kg-1）；C為物質(zhì)的比熱容（J·（kg·℃）-1）；M 為混合料質(zhì)量，本文均按單位質(zhì)量1kg取值；ΔT為相比熱拌橡膠瀝青混合料生產(chǎn)溫度所降低的溫度（℃）。

本文采用的液態(tài)瀝青的比熱容為1 340J·（kg·℃）-1，礦質(zhì)集料的比熱容為920J·（kg·℃）-1，根據(jù)混合料配比計(jì)算混合料的比熱容。進(jìn)一步，1t重油產(chǎn)生的能量大約為42.5×106J，根據(jù)計(jì)算得到的節(jié)約能耗值可推算生產(chǎn)過程中節(jié)約的燃油，結(jié)果見表7。

表7 生產(chǎn)1t溫拌橡膠瀝青混合料的節(jié)能效益

由表7可知，3種溫拌劑都不同程度地節(jié)約了生產(chǎn)能耗，其中Evotherm溫拌劑的節(jié)能效益最大，相比熱拌橡膠瀝青混合料，每噸Ev-溫拌橡膠混合料可節(jié)約能耗29 390kJ，節(jié)約燃油0.691kg，Aspha-min溫拌劑次之，Sasobit溫拌劑的節(jié)能效果相對(duì)最小。

4.2 減排效益分析

橡膠瀝青混合料由于生產(chǎn)和壓實(shí)溫度較高，在生產(chǎn)和施工過程中往往排放出大量對(duì)施工人員以及環(huán)境有害的物質(zhì)，本文對(duì)混合料拌合站以及施工現(xiàn)場(chǎng)的空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比橡膠瀝青混合料以及3種溫拌橡膠瀝青混合料在生產(chǎn)及施工過程中有害物質(zhì)的排放，基于熱拌橡膠瀝青混合料計(jì)算了溫拌劑的摻加對(duì)有害物質(zhì)排放的抑制效果，結(jié)果如圖6、7所示。

從圖6、7可以發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)過程中，相比熱拌橡膠瀝青混合料，3種溫拌劑的添加均可減少二氧化碳排放量50%以上，降低一氧化碳排放量20%左右，減少氮氧化合物和二氧化硫的排放量70%左右，有效降低了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵濃度，尤其是加入Evotherm溫拌劑后，煙塵濃度降低一半以上。在施工過程中，溫拌劑的摻加可降低瀝青煙濃度60%以上，減少95%的苯可溶物排放量，降低苯 ［a］并芘濃度約70%左右。無論在生產(chǎn)過程還是施工過程中，Evotherm溫拌劑的減排效果均好于另外兩者，Sasobit溫拌劑的減排效果相對(duì)較差，這一結(jié)果與溫拌劑對(duì)熱拌橡膠瀝青混合料的降溫幅度有關(guān)，采用降溫幅度較大的溫拌劑制備的混合料在生產(chǎn)和施工過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)相對(duì)較少。

圖6 生產(chǎn)過程中的減排效益

圖7 施工過程中的減排效益

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）基于Sa-溫拌橡膠瀝青混合料，對(duì)比等黏原則法和目標(biāo)空隙率法確定的生產(chǎn)和施工溫度后，認(rèn)為通過控制混合料目標(biāo)空隙率得到的壓實(shí)溫度比較符合實(shí)際，并確定Sasobit溫拌劑的適宜摻量為3.5%。3種溫拌劑的摻加在不同程度上降低了橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)溫度，Evotherm溫拌劑的降溫幅度最大，其次是Aspha-min，Sasobit溫拌劑的降溫幅度相對(duì)較小。

（2）三種溫拌劑制得的溫拌瀝青混合料的路用性能基本都滿足規(guī)范要求，Sasobit溫拌劑的摻加能有效改善混合料的高溫性能及水穩(wěn)定性能，但降低了低溫抗裂性能。Aspha-min溫拌劑有助于改善橡膠瀝青混合料的低溫性能，但對(duì)高溫性能和水穩(wěn)定性能不利。

（3）添加3種溫拌劑生產(chǎn)的溫拌橡膠瀝青混合料均在生產(chǎn)和施工過程中具有節(jié)能減排效益。其中，Evotherm溫拌劑的節(jié)能減排效益最好。