白雪鵬，袁福根，石鵬程，沈菊男

（1.蘇州科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215011；2.蘇州科技大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

我國高速公路快速發(fā)展，瀝青已成為路面材料的首選。瀝青路面施工時(shí)，傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料技術(shù)不僅要消耗較多能源，同時(shí)還會(huì)放出較多污染性氣體。溫拌瀝青混合料技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在瀝青加熱拌和過程中添加溫拌劑，不但可以降低瀝青的拌合溫度，節(jié)約能源，而且減少了環(huán)境污染。溫拌劑的作用原理主要是降低了瀝青在高溫下的粘度，提高其流動(dòng)性，從而降低了瀝青的拌合和攤鋪壓實(shí)溫度。隨著時(shí)代發(fā)展，人們對道路材料要求越來越高。優(yōu)秀的溫拌劑，除了可以降低瀝青高溫粘度外，還需要對瀝青混合料的路用性能沒有破壞，甚至還有輔助提高作用。

溫 拌 劑 的 研 究 已 有 大 量 報(bào) 道，涉 及 溫 拌 劑 包 括EC130[1-2]、陸 路 邦[3]、Sasobit[3-11]、Evotherm[5，8，12]、Asphamin[4-5，8-9，13]、EWMA-1[3，13]、ZYF-B[6]、ET-3100[7，10-11]、EC120[13]、JY-W1[14]、DS-TL[15]等，種類較多，性能各異。筆者注意到，文獻(xiàn)研究基本以溫拌劑的應(yīng)用研究為主，即某些型號(hào)或品牌的溫拌劑對瀝青性能或者瀝青混合料路用性能的影響，這對溫拌劑的工程應(yīng)用是很有意義的，但對溫拌劑的研究開發(fā)過程報(bào)道較少[16-18]。尤其生產(chǎn)企業(yè)為了某些商業(yè)目的，對溫拌劑的組成配方進(jìn)行保密，導(dǎo)致施工工程師對其作用特點(diǎn)理解受限。目前，溫拌劑的選用基本靠經(jīng)驗(yàn)，比較盲目。筆者設(shè)想通過多組分復(fù)合，組分間取長補(bǔ)短，協(xié)同配合，研發(fā)一種綜合性能優(yōu)良的溫拌劑。這樣的研究還未見報(bào)道。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

基質(zhì)瀝青為韓國雙龍70號(hào)基質(zhì)瀝青。萜烯樹脂，江西三峰化工有限公司生產(chǎn)。松香甘油樹脂，江西新海化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)。硬脂酰胺，上海畢得醫(yī)藥科技股份有限公司產(chǎn)品。硬脂酸，上海麥克林生化科技有限公司產(chǎn)品。機(jī)油為增壓柴機(jī)油，API級(jí)別CD，嘉多士潤滑油有限公司生產(chǎn)。菜油為金龍魚菜籽油，非轉(zhuǎn)基因，上海嘉里食品工業(yè)有限公司產(chǎn)品。綠色環(huán)保增塑劑，1，2-環(huán)己二酸二（二乙二醇乙醚）酯，按照文獻(xiàn)[19]的方法制備。Sasobit為進(jìn)口產(chǎn)品，德國Sasol Wax公司生產(chǎn)。

1.2 測試和儀器

瀝青的布氏粘度、針入度、軟化點(diǎn)、延度測試都按照交通運(yùn)輸部《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）規(guī)程進(jìn)行。布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，型號(hào)為NDJ-1C，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)。針入度測試在HDLZ-IV型全自動(dòng)電腦瀝青針入度測試儀上（25℃）進(jìn)行。軟化點(diǎn)測試在LD-2000型電腦瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)器上進(jìn)行。延度在低溫液晶顯示延伸度測定儀上測定（10℃延度）。

1.3 溫拌瀝青的制備

在500 mL不銹鋼杯中依次稱入基質(zhì)瀝青、溫拌劑，然后置于100℃烘箱中加熱，待基質(zhì)瀝青熔融后用攪拌棒充分?jǐn)嚢?，溫拌劑完全溶解，得到溫拌瀝青。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫拌主劑的選擇

溫拌劑的主要作用是降低瀝青高溫條件下的粘度，促進(jìn)瀝青和集料的粘合。關(guān)于溫拌劑的應(yīng)用報(bào)道較多，然而，對于其具體成分公開的很少。另外，溫拌瀝青低溫條件下的粘度也常常被忽視，關(guān)注的也不多。根據(jù)溫拌劑的應(yīng)用特點(diǎn)，筆者希望溫拌劑不但能降低瀝青的高溫（105℃以上）粘度，同時(shí)又不降低瀝青低溫（60～80℃）粘度，從而既可降低瀝青混合料的拌和溫度，又不影響其常規(guī)使用溫度下的路用性能。

初選萜烯樹脂、松香甘油樹脂、硬脂酰胺三種物質(zhì)作為溫拌主劑。這三種物質(zhì)的成分類型不同，熔點(diǎn)分別為90～100℃、85～90℃和98～102℃。在同樣4%添加量條件下，三種物質(zhì)對瀝青粘度的影響結(jié)果見表1。

表1 溫拌添加劑對瀝青粘度的影響 Pa·s

由表1可見，萜烯樹脂的添加可使瀝青在各溫度下的粘度都有所降低，且降幅很?。凰上愀视蜆渲奶砑訉r青低溫（60～80℃）段和高溫（105～165℃）段粘度的降低幅度都不大，所以它們不是合適的溫拌主劑。硬脂酰胺的添加不但使瀝青高溫粘度有較大幅度的降低，而且使瀝青低溫粘度有所提升，是合適的溫拌主劑。

改變硬脂酰胺的添加量，瀝青布氏粘度隨溫度變化結(jié)果如圖1所示。由圖1可見，當(dāng)硬脂酰胺添加量為瀝青質(zhì)量的3%時(shí)，相對于基質(zhì)瀝青，溫拌瀝青的低溫粘度有所提高，而高溫粘度明顯降低，效果理想。當(dāng)硬脂酰胺添加量增加為4%時(shí)，低溫段粘度基本不變，但90～135℃段粘度卻比添加量3%時(shí)有一定提高。這種現(xiàn)象反映出硬脂酰胺與瀝青存在復(fù)雜的分子間相互作用。進(jìn)一步提高硬脂酰胺添加量為5%時(shí)，溫拌瀝青低溫粘度進(jìn)一步提高，而高溫瀝青粘度又有了進(jìn)一步降低。繼續(xù)提高硬脂酰胺添加量為6%，溫拌瀝青高溫下的粘度會(huì)繼續(xù)降低，但70～80℃的粘度將會(huì)低于基質(zhì)瀝青。因此，硬脂酰胺添加量在4%～5%為宜。

圖1 硬脂酰胺添加量對瀝青粘度的影響

2.2 溫拌助劑的選擇

為了進(jìn)一步提高瀝青溫拌劑的高溫降粘效果，考慮添加一些輔助試劑。嘗試了添加表面活性劑斯潘60（熔點(diǎn)56～58℃），發(fā)現(xiàn)它會(huì)造成瀝青高溫粘度和低溫粘度都降低，所以并不合適?？紤]到羧酸和酰胺會(huì)發(fā)生氫鍵作用，且硬脂酸易溶于瀝青，安全無毒，故選擇硬脂酸。硬脂酰胺和硬脂酸二元復(fù)合溫拌劑對瀝青粘度的影響情況見表2。

表2 硬脂酰胺-硬脂酸復(fù)合溫拌體系對瀝青粘度的影響 Pa·s

由表2數(shù)據(jù)可知，基質(zhì)瀝青在添加4%硬脂酰胺基礎(chǔ)上，再添加0.3%或0.4%硬脂酸，溫拌瀝青的低溫（60～80℃）粘度跟基質(zhì)瀝青相差不大，但高溫粘度（90～165℃）有明顯降低。例如，同樣在120℃，三種溫拌方案：4%硬脂酰胺、4%硬脂酰胺+0.3%硬脂酸、4%硬脂酰胺+0.4%硬脂酸，溫拌瀝青布氏粘度分別為0.764、0.723和0.531 Pa·s，說明硬脂酸作為輔助試劑對瀝青高溫降粘是有效的。進(jìn)一步提高硬脂酸比例，溫拌瀝青的高溫降粘效應(yīng)變差，且低溫粘度會(huì)低于基質(zhì)瀝青，說明硬脂酸存在一個(gè)最佳添加量。硬脂酸添加太少，則對硬脂酰胺的輔助降粘效果不夠；硬脂酸添加太多，則會(huì)增加瀝青分子之間的結(jié)合力，粘度反而提升。4%硬脂酰胺+0.4%硬脂酸的搭配是比較合適的。同樣，在5%硬脂酰胺基礎(chǔ)上改變硬脂酸添加量，發(fā)現(xiàn)5%硬脂酰胺+0.5%硬脂酸比較合適。

以瀝青布氏粘度-溫度作圖，可得粘溫曲線。對105～165℃高溫段粘溫曲線進(jìn)行回歸擬合，結(jié)果見表3。將粘度值（0.280±0.030）Pa·s代入擬合方程，可得到瀝青壓實(shí)溫度范圍[20-22]。溫拌瀝青的壓實(shí)溫度和基質(zhì)瀝青的壓實(shí)溫度之差，即為溫拌降溫幅度。4%硬脂酰胺+0.4%硬脂酸，溫拌降溫為13.8～17.3℃，而4%硬脂酰胺單獨(dú)使用，降溫為5.1～7.7℃，硬脂酸的輔助效果較為顯著。

表3 粘溫曲線回歸擬合結(jié)果

2.3 溫拌劑對瀝青三大指標(biāo)的影響

二元復(fù)合溫拌劑可降低瀝青高溫粘度，并提高瀝青低溫粘度。但是瀝青性質(zhì)很多，粘度只是其中一項(xiàng)。瀝青的基本性質(zhì)主要有針入度、軟化點(diǎn)、延度三大指標(biāo)。

溫拌劑對瀝青三大指標(biāo)有很大影響，結(jié)果見表4。由表4中實(shí)驗(yàn)2-3和實(shí)驗(yàn)1對比可見，在基質(zhì)瀝青中添加硬脂酰胺后，瀝青的針入度降低，軟化點(diǎn)升高，延度降低。針入度降低，表明材料硬度提高，抗變形能力增強(qiáng)。軟化點(diǎn)提高，表明材料的耐高溫性能提升。延度降低，表明材料韌性降低，塑性變形能力變差。因此，延度降低是溫拌劑帶來的最大不利影響。文獻(xiàn)中大部分溫拌劑都有類似情況[3-6，13]。

為提高溫拌瀝青的延度，嘗試添加機(jī)油、菜油和增塑劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果一并列入表4。由表4實(shí)驗(yàn)6-7和實(shí)驗(yàn)4-5比較可見，在硬脂酰胺和硬脂酸二元復(fù)合基礎(chǔ)上添加1.5%機(jī)油時(shí)，溫拌瀝青延度和針入度都接近基質(zhì)瀝青。由實(shí)驗(yàn)8-9和實(shí)驗(yàn)4-5比較可見，菜油添加量在0.9%時(shí)，溫拌瀝青的延度略大于基質(zhì)瀝青，針入度略小于基質(zhì)瀝青。增塑劑添加量為0.5%～0.6%時(shí)，溫拌瀝青延度和針入度提高到了接近于基質(zhì)瀝青水平。

表4 溫拌劑對瀝青三大指標(biāo)的影響

機(jī)油、菜油、增塑劑都可以使二元復(fù)合溫拌瀝青的延度恢復(fù)，那么對瀝青布氏粘度的影響如何？實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5和表2數(shù)據(jù)對比可以看出，機(jī)油的添加，可使硬脂酰胺-硬脂酸溫拌瀝青60～70℃布氏粘度有所增加，但80℃粘度是降低的。菜油也有相同問題，所以機(jī)油和菜油不是理想的延度調(diào)節(jié)劑。

由表2中5%硬脂酰胺+0.5%硬脂酸溫拌瀝青粘度數(shù)據(jù)與表5中5%硬脂酰胺+0.5%硬脂酸+0.6%增塑劑溫拌瀝青粘度數(shù)據(jù)對比可以看出，在硬脂酰胺-硬脂酸溫拌瀝青中添加增塑劑后，溫拌瀝青60～70℃粘度是提高的，80℃粘度雖然有一點(diǎn)下降，但降低不多，仍高于基質(zhì)瀝青在80℃時(shí)的粘度，而90～165℃粘度則進(jìn)一步降低，說明增塑劑是硬脂酰胺-硬脂酸體系合適的延度調(diào)節(jié)劑。5%硬脂酰胺+0.5%硬脂酸+0.6%增塑劑三元復(fù)合型溫拌體系是一種兼顧了高低溫粘度、瀝青三大指標(biāo)的優(yōu)化溫拌劑。

2.4 三元復(fù)合溫拌劑和Sasobit比較

目前在工程上被廣泛使用和普遍認(rèn)可的瀝青溫拌劑是德國Sasol Wax公司開發(fā)生產(chǎn)的Sasobit。Sasobit對瀝青三大指標(biāo)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一并列于表4中。由表4實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)10-13對比可以看出，Sasobit溫拌瀝青的針入度比基質(zhì)瀝青有明顯提高，表明Sasobit溫拌瀝青比基質(zhì)瀝青更軟，受壓更容易發(fā)生變形，而5%硬脂酰胺+0.5%硬脂酸+0.6%增塑劑三元復(fù)合溫拌瀝青的針入度和基質(zhì)瀝青相當(dāng)，說明溫拌瀝青的受壓抗變形能力基本不變。從軟化點(diǎn)看，Sasobit溫拌瀝青的軟化點(diǎn)與基質(zhì)瀝青相當(dāng)，而三元復(fù)合溫拌瀝青的軟化點(diǎn)明顯高于基質(zhì)瀝青，這表明三元復(fù)合溫拌瀝青的耐高溫性能比基質(zhì)瀝青有了較大的提高。從延度來看，Sasobit溫拌瀝青延度略高于三元復(fù)合溫拌瀝青，但兩者的延度都大于基質(zhì)瀝青，這表明兩種溫拌方案都可在一定程度上改善了瀝青韌性，其中Sasobit表現(xiàn)更佳。

Sasobit和5%硬脂酰胺+0.5%硬脂酸+0.6%增塑劑三元復(fù)合溫拌瀝青的粘溫曲線如圖2所示。由圖2可見，Sasobit溫拌瀝青70～80℃粘度都要低于基質(zhì)瀝青。顯然，從瀝青低溫粘度的滿足度來看，Sasobit不如三元復(fù)合溫拌劑。從高溫粘度變化來看，在同等溫度下，三元復(fù)合溫拌瀝青的粘度要比Sasobit溫拌瀝青低很多，即三元復(fù)合溫拌劑的高溫降粘效果要明顯優(yōu)于Sasobit。

對兩種溫拌瀝青105～165℃高溫段粘溫曲線進(jìn)行回歸擬合，結(jié)果見表6。Sasobit溫拌降溫為3.8～5.9℃，而三元復(fù)合溫拌降溫為13.7～16.8℃，三元復(fù)合溫拌降溫幅度更大。

圖2 三元復(fù)合溫拌劑和Sasobit粘溫曲線比較

表6 兩種溫拌劑粘溫曲線回歸擬合結(jié)果

3 結(jié)語

硬脂酰胺添加劑不但能夠降低瀝青高溫粘度，而且可以提高瀝青低溫粘度。硬脂酰胺和硬脂酸二元復(fù)合，溫拌瀝青高溫粘度降幅可進(jìn)一步提高，但會(huì)導(dǎo)致瀝青針入度降低，軟化點(diǎn)提高，延度降低。硬脂酰胺-硬脂酸-增塑劑三元復(fù)合體系，不但可以保持溫拌瀝青低溫高粘和高溫低粘的特性，而且針入度、軟化點(diǎn)、延度三大指標(biāo)均比基質(zhì)瀝青有所改善。