吳 凡，李紅剛，沈菊男，胡漳敏 ，石鵬程

(1.蘇州科技大學(xué) 道路工程研究中心 蘇州市 215011； 2.蘇州市相城交通建設(shè)投資(集團(tuán))有限公司 蘇州市 215131)

溫拌瀝青就是在瀝青中摻加添加劑或者將瀝青發(fā)泡的技術(shù)，降低瀝青混合料拌和與攤鋪壓實溫度，從而實現(xiàn)節(jié)能減排，溫拌瀝青混合料技術(shù)是一項節(jié)省能源的新技術(shù)。目前，常用的溫拌劑類型有表面活性劑類、有機(jī)添加劑類、瀝青—礦物類，常用的發(fā)泡溫拌技術(shù)，主要是通過發(fā)泡設(shè)備來對原樣瀝青進(jìn)行發(fā)泡，降低原瀝青的粘度，從而降低拌和與攤鋪壓實溫度。

主要研究了添加Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ110C三種溫拌劑的瀝青性能，以及原樣改性瀝青經(jīng)過實驗室自主研發(fā)的發(fā)泡設(shè)備發(fā)泡后的性能。并在不同的拌和溫度160℃、145℃、130℃和115℃條件下制備瀝青混合料，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，測定并計算體積參數(shù)，從而比較各種溫拌技術(shù)的最佳壓實溫度。

1 實驗材料及實驗方案

1.1 實驗材料

本實驗采用SBS改性瀝青，相對密度為1.034。粗細(xì)集料類型為石灰?guī)r，規(guī)格分別為0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～16mm、16～26.5mm。礦粉為石灰?guī)r礦粉，舊瀝青混合材料取自蘇州瀝青路面銑刨料，抽提后的瀝青含量見表1。三種溫拌劑分別采用Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ110C，其主要技術(shù)信息見表2。

表1 舊料抽提后瀝青含量

表2 三種溫拌劑技術(shù)信息

1.2 發(fā)泡工藝

實驗采用自主研發(fā)并已申請發(fā)明專利的瀝青發(fā)泡機(jī)，瀝青的發(fā)泡效果主要由膨脹率及半衰期來評價。而控制膨脹率及半衰期的方法，主要是通過調(diào)整發(fā)泡溫度和用水量來實現(xiàn)。發(fā)泡溫度選定為175℃，SBS改性瀝青的膨脹率、半衰期與用水量的關(guān)系分別見圖1、圖2，選定用水量為1.5%(占瀝青用量)。

圖1 發(fā)泡膨脹率與用水量的關(guān)系

圖2 發(fā)泡半衰期與用水量的關(guān)系

2 實驗研究

2.1 瀝青性能實驗

瀝青性能試驗主要檢測了原樣改性瀝青經(jīng)過發(fā)泡后發(fā)泡瀝青的性能，以及原樣改性瀝青摻加3種溫拌劑后的瀝青性能，其中三種溫拌劑使用廠家推薦摻量，即Redise LQ110C摻量為瀝青用量的0.75%，Evotherm M1摻量為瀝青用量的0.5%，Sasobit Redux摻量為瀝青用量的1.5%。各種瀝青的性能見表3。

表3 溫拌瀝青的性能

2.2 瀝青混合料實驗

采用的級配類型為SUP-20，集料分別為0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～16mm、16～26.5mm，其與礦粉以及RAP的比例為：19∶4∶19∶32∶1∶25，合成級配見表4，具體級配曲線見圖3。

表4 合成級配

圖3 級配曲線

擬定3.7%、4.2%、4.7%和5.2%四個瀝青含量，按照拌和溫度170℃、壓實溫度160℃通過旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，測試試件的體積指標(biāo)。以空隙率4.0%作為控制指標(biāo)，得到對應(yīng)的最佳瀝青用量為4.16%，其對應(yīng)的體積指標(biāo)見表5。

表5 最佳瀝青用量對應(yīng)的體積指標(biāo)

在原樣改性瀝青中，分別摻加廠家推薦用量的Evotherm M1、Sasobit Redux、Redise LQ1102C(后文分別簡稱為M1、Saso、1102C)，制得三種摻加溫拌劑的瀝青,以及將原瀝青經(jīng)過發(fā)泡后得到的瀝青。然后分別在150℃、135℃、120℃和105℃旋轉(zhuǎn)壓實成型試件，所對應(yīng)的拌和溫度為160℃、145℃、135℃和115℃。體積指標(biāo)實驗結(jié)果分別見表6～表9。

表6 添加M1在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標(biāo)

表7 添加1102C在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標(biāo)

表8 添加Saso在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標(biāo)

3 實驗結(jié)果分析

3.1 瀝青實驗結(jié)果分析

發(fā)泡改性瀝青、添加三種溫拌劑的改性瀝青以及原樣改性瀝青基本技術(shù)指標(biāo)實驗結(jié)果比較，分別見圖4～圖7所示。

表9 發(fā)泡瀝青在不同壓實溫度下瀝青混合料的體積指標(biāo)

圖4 瀝青種類與針入度的關(guān)系

由圖4可以看出與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1以及發(fā)泡瀝青的針入度無明顯差異，而添加溫拌劑Sasobit后25℃針入度有了較大幅度的下降，說明有機(jī)降黏類溫拌劑會使瀝青在較低溫度下變硬。究其原因，主要是高溫下Sasobit熔融后能均勻分散在瀝青中，而在25℃狀態(tài)下Sasobit呈固態(tài)，形成連續(xù)網(wǎng)狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，瀝青膠體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高，溫度敏感性減弱。從而在原樣改性瀝青中摻入Sasobit溫拌劑后，針入度值大幅降低。

圖5 瀝青種類與延度的關(guān)系

由圖5可以看出，與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1以及發(fā)泡瀝青的5℃延度略有下降，但無明顯差異。而添加溫拌劑Sasobit后，5℃延度有了明顯下降，這是因為Sasobit是合成蠟物質(zhì)，在低溫狀態(tài)下呈現(xiàn)為結(jié)晶固態(tài)，使得原樣改性瀝青變脆并且韌性有一定下降。

圖6 瀝青種類與軟化點的關(guān)系

由圖6可以看出，與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1后瀝青的軟化點并無明顯變化，添加溫拌劑Sasobit后瀝青的軟化點有所上升，主要是因為Sasobit的熔點為102℃，當(dāng)溫度低于102℃時，Sasobit在原樣改性瀝青中形成固態(tài)結(jié)晶，原樣改性瀝青各組分被均勻分布的Sasobit結(jié)晶空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包圍鎖定，從而提高了穩(wěn)定性，降低了溫度敏感性。而發(fā)泡瀝青的軟化點有了明顯下降，這是因為，發(fā)泡瀝青在發(fā)泡后的較短時間內(nèi)，仍有許多微小氣泡存在于瀝青中，微小氣泡使原樣改性瀝青黏度下降，和易性有所提升，所以發(fā)泡瀝青的軟化點較低，也更易于拌和。

圖7 瀝青種類與粘度的關(guān)系

由圖7可以看出，與原樣改性瀝青相比，添加溫拌劑1102C、M1后瀝青的135℃粘度略有下降，但下降幅度并不明顯。而添加溫拌劑Sasobit與發(fā)泡瀝青的135℃粘度下降幅度較為明顯，主要是由于Sasobit在135℃下，溫度高于其自身熔點，Sasobit能充分分布在瀝青中，因此降低了原樣改性瀝青的粘度。發(fā)泡瀝青黏度下降的原因，主要是在發(fā)泡后的一段時間內(nèi)，微氣泡存在于瀝青中，使得瀝青粘度下降。

3.2 瀝青混合料實驗分析

根據(jù)上述表6、表7、表8和表9的數(shù)據(jù)，分別對不同溫拌劑的瀝青混合料空隙率隨著壓實溫度變化的曲線進(jìn)行統(tǒng)計回歸，見圖8，得到的公式分別為：

V1102C=6.343-0.0165x R2=0.9879

(1)

VSaso=6.971-0.0204x R2=0.9653

(2)

VM1=6.154-0.0163x R2=0.9320

(3)

V發(fā)泡=7.364-0.0236x R2=0.9938

(4)

式中：x為壓實溫度(℃)；V為試件空隙率(%)。

以空隙率4.0%作為控制指標(biāo)，通過上述四個公式可以分別得到，溫拌劑1102C的最佳壓實溫度為142℃，溫拌劑Sasobit的最佳壓實溫度為146℃，溫拌劑M1的最佳壓實溫度為132℃，發(fā)泡瀝青的最佳壓實溫度為143℃。容易看出溫拌劑M1的降溫最為明顯，可以達(dá)到28℃的降溫效果，而溫拌劑Sasobit的降溫幅度較小一些，可以降溫14℃左右。

圖8 不同壓實溫度與空隙率的關(guān)系

4 結(jié)論

(1)表面活性劑類溫拌劑(1102C、M1)對原樣改性瀝青的5℃延度、軟化點、針入度與135℃粘度影響不大，而有機(jī)降粘類溫拌劑(Sasobit)較大幅度降低了原樣改性瀝青的5℃延度與135℃粘度，較為明顯地提升了原樣瀝青的軟化點。

(2)通過發(fā)泡機(jī)得到的發(fā)泡瀝青與原樣瀝青相比，5℃延度與針入度無明顯變化，而軟化點與135℃粘度變化較為明顯。

(3)添加溫拌劑Evotherm M1后，降溫效果更為明顯，較熱拌瀝青混合料相比，成型試件溫度可以下降28℃。