鄭南翔，駱 釩，雷俊安，吳傳海，許新權(quán)

（1．長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064；2．長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064；3．廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420）

0 引 言

近年來(lái)，開(kāi)級(jí)配抗滑磨耗層（OGFC）瀝青路面在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越多，有效解決了隧道內(nèi)的降噪、抗滑等問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般采用高黏瀝青制備OGFC瀝青混合料，使其具備足夠的強(qiáng)度和耐久性［1－4］；但同時(shí)也提高了材料的黏度，且 OGFC瀝青路面較高的空隙率導(dǎo)致混合料施工過(guò)程中溫度下降過(guò)快，對(duì)施工溫度條件要求苛刻［5］。過(guò)高的施工溫度還導(dǎo)致瀝青混合料攤鋪過(guò)程中產(chǎn)生大量煙塵，加上隧道內(nèi)空間狹小封閉，通風(fēng)差，嚴(yán)重影響施工人員的身體健康［6］。有研究表明，使用溫拌劑可有效降低瀝青混合料的施工拌合溫度［7－9］。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于溫拌技術(shù)的研究主要關(guān)注溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青及其混合料性能的影響［10－15］，而關(guān)于溫拌劑對(duì)高黏瀝青及其混合料性能的影響分析鮮有報(bào)道。

本文選擇Ev3G、Sasobit和EC120這3種常見(jiàn)的溫拌劑，研究溫拌劑類(lèi)型和摻量對(duì)TPS高黏瀝青性能的影響并對(duì)其路用性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，為溫拌高黏瀝青的制備及OGFC瀝青混合料的施工提供可靠依據(jù)。

1 原材料性質(zhì)及制備工藝

1．1 瀝青

瀝青采用殼牌SBS I－D改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 SBS I－D瀝青主要性能試驗(yàn)結(jié)果

1．2 高黏劑

試驗(yàn)所用的高黏劑TPS（全稱(chēng)TAFPACK－Super）是以少量的增塑劑和黏結(jié)性樹(shù)脂添加到熱塑性橡膠中，制成淡黃色、顆粒狀、高黏度黏接劑，其比重為0．98。

1．3 溫拌劑

試驗(yàn)所用的溫拌劑有3種，分別是Ev3G（全稱(chēng)Evotherm3G）、Sasobit和 EC120（全稱(chēng) Energy Champion 120℃）。Ev3G溫拌劑是由 Mead Westvac公司生產(chǎn)的一種表面活性溫拌劑，呈深黃褐色黏稠狀液體，其工作原理是，通過(guò)改變分子之間的極性改變?yōu)r青分子和集料間的表面張力，從而實(shí)現(xiàn)溫拌目的；Sasobit溫拌劑是一種窄分布的長(zhǎng)鏈脂肪族烴，主鏈分子中含有40～115個(gè)碳原子，外觀(guān)呈片狀或粉狀，融溫范圍為99℃～116℃，廠(chǎng)家推薦摻量為2%～4%；EC120溫拌劑由海川公司生產(chǎn)，是一種合成的直鏈脂肪族式的碳?xì)浠衔?，呈白色?xì)小顆粒狀，熔點(diǎn)為100℃左右，溫度超過(guò)110℃時(shí)能完全溶于瀝青中。

1．4 集料

試驗(yàn)所用集料均符合《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）的要求，其中細(xì)集料和礦粉為石灰?guī)r。粗集料為玄武巖，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 玄武巖集料技術(shù)指標(biāo)

1．5 溫拌高黏瀝青制備工藝

將SBS I－D改性瀝青加熱到175℃±5℃時(shí)，加入7%的TPS高黏劑，利用高速剪切乳化機(jī)以2 000r·min－1的轉(zhuǎn)速低速恒溫剪切10min，再以5 000r·min－1的轉(zhuǎn)速高速剪切45min，使TPS均勻分散于瀝青中。然后，向?yàn)r青中加入不同種類(lèi)、不同摻量（占瀝青質(zhì)量的百分比）的溫拌劑。根據(jù)溫拌劑廠(chǎng)家的推薦，選取Ev3G摻量分別為0．4%、0．5%、0．6%，Sasobit和EC120摻量分別為3%、4%、5%。Ev3G人工攪拌均勻即可，Sasobit和EC120采用高速剪切乳化機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆颉８鶕?jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度和布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1 溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青針入度及針入度指數(shù)的影響

2．1．1 溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青針入度的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青針入度的影響見(jiàn)圖1。

由圖1可知以下幾點(diǎn)。

（1）在 15 ℃、20 ℃ 和30 ℃下，Sasobit和EC120兩種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青的針入度都有一定影響，摻量越高、針入度越小、溫度越高，影響效果越明顯。

圖1 溫拌劑對(duì)瀝青針入度的影響

（2）Ev3G溫拌劑摻量的變化對(duì)TPS高黏瀝青不同溫度下的針入度的影響不大。

2．1．2 溫拌劑對(duì)高黏瀝青針入度指數(shù)的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青針入度指數(shù)的影響結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出以下幾點(diǎn)。

（1）Sasobit和EC120的摻入都能使TPS改性瀝青針入度指數(shù)出現(xiàn)明顯增加，且摻量越高，增長(zhǎng)幅度越大。

（2）Ev3G摻量的變化對(duì)TPS高黏改性瀝青針入度指數(shù)的影響不明顯。

由以上分析可知，Sasobit和EC120摻量的變化對(duì)TPS高黏瀝青感溫性能的影響較大，而Ev3G對(duì)其影響較小。

2．2 溫拌劑對(duì)高黏瀝青軟化點(diǎn)的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青軟化點(diǎn)的影響結(jié)果如表4所示。

表3 溫拌劑對(duì)瀝青針入度指數(shù)的影響

表4 溫拌劑對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

加入Ev3G型溫拌劑后TPS高黏改性瀝青的軟化點(diǎn)沒(méi)有顯著變化。Sasobit和EC120型溫拌劑的加入使得該瀝青的軟化點(diǎn)出現(xiàn)小幅度增長(zhǎng)，說(shuō)明乳化型溫拌劑對(duì)TPS高黏改性瀝青高溫性能的影響不大，而有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑能在一定程度上改善TPS高黏瀝青的高溫性能。

2．3 溫拌劑對(duì)高黏瀝青延度的影響

以5℃延度評(píng)價(jià)Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青低溫延度的影響。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 溫拌劑對(duì)瀝青延度的影響

由表5可以看出以下幾點(diǎn)。

（1）不同溫拌劑對(duì)TPS高黏改性瀝青的低溫延度都有一定的負(fù)面影響，影響程度從大到小依次為Sasobit、EC120、Ev3G。

（2）使用同種溫拌劑，摻量越高，延度越低。由此可見(jiàn)，3種溫拌劑的摻入均不利于TPS高黏改性瀝青的低溫性能，乳化型溫拌劑比有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑的負(fù)面影響更小。

由以上分析可知，乳化型溫拌劑與有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑對(duì)高黏瀝青的性能影響差異非常大。究其原因主要是降黏機(jī)理不同。有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑加入到TPS高黏瀝青中后會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，形成穩(wěn)定性良好的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使瀝青變硬、變稠，引起針入度下降，針入度指數(shù)增加，軟化點(diǎn)上升，延度降低。Ev3G屬于乳化型溫拌劑，摻入后對(duì)瀝青起微乳化作用，當(dāng)瀝青隨著水分蒸發(fā)而逐漸破乳后就會(huì)恢復(fù)原有性質(zhì)，因此對(duì)瀝青指標(biāo)的影響不明顯［16－19］。

2．4 溫拌劑對(duì)高黏瀝青黏度的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青布氏旋轉(zhuǎn)黏度的影響結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知以下幾點(diǎn)。

（1）3種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青的降黏效果都很明顯。

（2）從圖2（a）可知，Sasobit溫拌瀝青的黏度隨溫度的升高而降低，在150℃左右趨于平緩。在120℃下，Sasobit摻量為2%時(shí)瀝青黏度降低了18%左右，摻量為3%和4%時(shí)的降黏效果相差不大，都在25%左右。在135℃下，Sasobit摻量為2%時(shí)瀝青的黏度降低了1／3左右，但是摻量繼續(xù)增加，黏度降低的效果不明顯。當(dāng)溫度達(dá)到150℃以后，降黏效果趨于平緩。

（3）從圖2（b）可知，EC120溫拌高黏瀝青的黏度隨溫度的升高而降低，在135℃左右趨于平緩。在120℃下，隨EC120摻量的增加，降黏效果出現(xiàn)明顯提升。在135℃以上，隨溫度的升高，摻量的變化對(duì)瀝青黏度的影響逐漸減弱。

（4）從圖2（c）可知，Ev3G型溫拌劑在不同溫度下對(duì)高黏瀝青黏度的影響都很明顯。當(dāng)溫度低于165℃時(shí)，EC120摻量由0．5%增加到0．6%時(shí)，降黏效果出現(xiàn)了一定的改善，摻量為0．6%和0．7%的降黏效果相當(dāng)。當(dāng)溫度大于165℃后，EC120摻量由0．5%增加到0．7%，降黏效果無(wú)明顯變化。

圖2 溫拌劑對(duì)瀝青黏度的影響

（5）135℃時(shí)，3種摻量下Sasobit和EC120溫拌高黏瀝青的黏度都在3Pa·s左右，且摻量大于4%以后，降黏效果已趨于平緩。對(duì)于Ev3G型溫拌劑，摻量達(dá)到0．6%后，瀝青黏度就降低到2Pa·s左右?！豆窞r青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中規(guī)定，改性瀝青黏度應(yīng)不大于3Pa·s，因此使用Ev3G型溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青進(jìn)行降黏處理更為合理。

（6）采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的方法計(jì)算施工溫度范圍和拌合溫度范圍，結(jié)果如表6所示。由表6可知，Ev3G型溫拌劑最多能使TPS高黏瀝青施工、拌合溫度降低20℃左右。Sasobit和EC120型溫拌劑類(lèi)似，最大能使TPS高黏瀝青施工、拌合溫度降低10℃左右。乳化型溫拌劑比有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青的降黏效果更好。

表6 溫拌高黏瀝青施工拌合溫度范圍

3 溫拌高黏瀝青混合料路用性能驗(yàn)證

對(duì)OGFC瀝青混合料分別采用TPS高黏瀝青、摻0．6%Ev3G的TPS高黏瀝青、摻3%Sasobit的TPS高黏瀝青、摻3%EC120的TPS高黏瀝青進(jìn)行高溫、低溫、水穩(wěn)性能試驗(yàn)以及肯塔堡飛散試驗(yàn)，分析不同溫拌劑對(duì)高黏瀝青混合料路用性能的影響。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)同時(shí)為驗(yàn)證前文試驗(yàn)結(jié)果，控制上述4種瀝青混合料的成型溫度分別為195℃、175℃、185℃、185℃。試驗(yàn)所用級(jí)配如表7所示。路用性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表7 OGFC礦料級(jí)配組成

表8 OGFC高黏瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果

由表8可以看出以下幾點(diǎn)。

（1）Ev3G溫拌高黏瀝青混合料在成型溫度降低20℃后，Sasobit和EC120溫拌高黏瀝青混合料在成型溫度降低10℃后，仍能滿(mǎn)足規(guī)范要求；驗(yàn)證了乳化型溫拌劑Ev3G與有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑Sasobit和EC120降黏效果的差異。

（2）以動(dòng)穩(wěn)定度評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，從試驗(yàn)結(jié)果看，4種高黏瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相差不大，可以認(rèn)為試驗(yàn)所用的3種溫拌劑對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性無(wú)明顯影響。

（3）采用低溫彎曲應(yīng)變值評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫性能。試驗(yàn)結(jié)果證明，3種溫拌劑均對(duì)瀝青混合料的低溫性能產(chǎn)生不利影響，乳化型溫拌劑Ev3G的影響效果更小。該結(jié)果與瀝青的試驗(yàn)結(jié)果一致。

（4）以肯塔堡飛散試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)溫拌劑對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，這3種溫拌劑的摻入均能影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但是影響程度不大。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定TPS高黏劑的摻量為7%，SBS改性瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)均能得到有效改善。

（2）有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑Sasobit和EC120對(duì)TPS高黏改性瀝青的軟化點(diǎn)、不同溫度下的針入度及針入度指數(shù)都有一定的提升作用，對(duì)延度有一定負(fù)面影響。乳化型溫拌劑Ev3G對(duì)TPS高黏改性瀝青的軟化點(diǎn)、不同溫度下的針入度及針入度指數(shù)沒(méi)有明顯的影響，對(duì)延度的負(fù)面影響更小。

（3）根據(jù)瀝青路用性能的試驗(yàn)結(jié)果可知，3種溫拌劑對(duì)TPS高黏瀝青的降黏效果都很明顯，但乳化型溫拌劑Ev3G比有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑Sasobit和EC120對(duì)TPS高黏瀝青的降黏效果更好。

（4）綜合分析溫拌高黏瀝青的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)可知，乳化型溫拌劑Ev3G比有機(jī)降黏類(lèi)溫拌劑Saso－bit和EC120更適合對(duì)TPS高黏瀝青進(jìn)行改性。綜合考慮改性效果和經(jīng)濟(jì)效益，Ev3G型溫拌劑在TPS高黏改性瀝青中的最佳摻量為0．6%左右。