劉 武，汪 婷，孫 嘯

(1 南京市路橋工程有限公司，江蘇南京 211131；2河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098)

傳統(tǒng)瀝青路面在雨天因積水會(huì)產(chǎn)生濺水和噴霧現(xiàn)象，導(dǎo)致路面抗滑能力大大降低，給行車安全造成較大隱患，造成大量交通事故[1-2]。而排水瀝青路面的出現(xiàn)可有效解決以上問(wèn)題，具有防滑、降噪等優(yōu)點(diǎn)，可提高行車安全、舒適性，提升瀝青路面的品質(zhì)[3-5]。

排水瀝青路面的空隙率在20%左右，且實(shí)質(zhì)為單一粒徑碎石按照嵌擠機(jī)理形成骨架-空隙結(jié)構(gòu)的開級(jí)配瀝青混合料，骨料之間為點(diǎn)點(diǎn)接觸[6-7]。因此對(duì)關(guān)鍵核心材料膠結(jié)料-高黏瀝青提出了更高的要求，要求高黏瀝青具有較好的高溫性能、粘附性、熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性等，即軟化點(diǎn)高、60℃動(dòng)力黏度大、離析溫度差小等特點(diǎn)[8]。但以上要求會(huì)導(dǎo)致高黏瀝青存在高溫黏度大、泵送困難的問(wèn)題，進(jìn)而要求其施工溫度高，碳排放較大，與當(dāng)前國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能減排、綠色施工的理念不符。本文擬引入溫拌技術(shù)，選取并考察了三種類型的溫拌劑，制備溫拌高黏瀝青以達(dá)到降低其高溫黏度的目的，在保證其關(guān)鍵性能指標(biāo)的同時(shí)改善施工和易性，從而起到節(jié)能環(huán)保的作用。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

選用韓國(guó)進(jìn)口的SK 70#瀝青作為基質(zhì)瀝青，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 SK 70#基質(zhì)瀝青性能檢測(cè)結(jié)果Table 1 Performance properties of SK 70# asphalt

1.1.2 聚合物改性劑

選用巴陵石化生產(chǎn)的YH-791 SBS高分子改性劑，其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 SBS改性劑的主要技術(shù)指標(biāo)Table 2 Technical properties of SBS modifier

1.1.3 相容劑

在改性瀝青體系中，對(duì)于SBS和基質(zhì)瀝青本身而言，其組成和結(jié)構(gòu)存在很大差異，進(jìn)而導(dǎo)致二者相容性較差，尤其是體現(xiàn)在熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性上，容易出現(xiàn)相分離和分層現(xiàn)象。故本文采用摻加相容劑的方法來(lái)改善SBS與瀝青的相容性。相容劑選用橡膠油，其成分為富芳類的餾分油，芳烴含量大于70%。

1.1.4 溫拌劑

本研究引入溫拌技術(shù)進(jìn)行溫拌高黏瀝青的制備，以改善傳統(tǒng)的高黏瀝青高溫黏度大、存儲(chǔ)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，進(jìn)而有效改善其施工和易性并降低其碳排放。擬選取Sasobit、Evotherm和LQW-0400三種類型溫拌劑進(jìn)行探究，各材料性能指標(biāo)詳見(jiàn)表3。

表3 溫拌劑的性能指標(biāo)Table 3 Properties of warm mixing agents

1.2 溫拌高黏瀝青的制備

改性瀝青的制備過(guò)程中攪拌速度、剪切溫度、剪切速度、剪切時(shí)間、發(fā)育溫度、發(fā)育時(shí)間以及加料順序等都將會(huì)對(duì)改性瀝青的性能產(chǎn)生很大的影響，本研究在傳統(tǒng)成品高黏瀝青制備工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，開展了大量溫拌改良高黏瀝青制備工藝的考察工作，獲得了優(yōu)化的溫拌改良高黏瀝青的制備工藝條件，具體制備工藝如圖1所示。

圖1 摻溫拌劑的高黏改性瀝青制備工藝Fig.1 Preparation of high viscosity modified asphalt with warm mixing agent

1.3 試驗(yàn)方法

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）對(duì)所制備的高黏瀝青的軟化點(diǎn)、25℃針入度、5℃延度、60℃動(dòng)力黏度、135℃布什黏度和離析度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，60℃動(dòng)力黏度、135℃布什黏度、熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性作為溫拌改良高黏瀝青的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫拌劑類型優(yōu)選

本論文基于前期工作的篩選，并結(jié)合廠家的推薦值和前期的研究基礎(chǔ)，確定了三種溫拌劑的摻量分別為2.5%、2.5%、0.6%。此外，SBS改性劑的摻量為7.0%，相容劑摻量為5.5%，穩(wěn)定劑摻量為0.2%。對(duì)所制備的溫拌改良高黏瀝青進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 溫拌劑種類對(duì)高黏瀝青性能的影響Table 4 Inf luence of warm mixing agent on the properties of high viscosity asphalt

軟化點(diǎn)是瀝青從黏塑狀態(tài)向黏流狀態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界溫度，它在實(shí)質(zhì)上反映了瀝青的等黏溫度，常用于評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能。由表4看出，對(duì)于有機(jī)蠟類溫拌劑（Sasobit、LQW-0400）而言，溫拌劑的加入可以提高高黏瀝青的軟化點(diǎn)，摻溫拌劑Sasobit和LQW-0400的高黏瀝青的軟化點(diǎn)參數(shù)比基準(zhǔn)組瀝青分別提高了2.57%和4.39%，且LQW-0400溫拌劑對(duì)軟化點(diǎn)的提升幅度比Sasobit溫拌劑高1.82%；而表面活性劑類的溫拌劑Evotherm對(duì)高黏瀝青的軟化點(diǎn)影響不大，甚至略有降低。故從軟化點(diǎn)的角度來(lái)看，溫拌劑LQW-0400的效果較好。

25℃針入度可以間接表征瀝青的高溫性能，針入度越高，瀝青的抗高溫性能越差，抗低溫性能越好。不同種類的溫拌劑對(duì)高黏瀝青25℃針入度均造成降低。摻溫拌劑Sasobit、Evotherm、LQW-0400的高黏瀝青的25℃針入度參數(shù)比基準(zhǔn)組瀝青分別降低了6.45%、1.61%、4.84%。從結(jié)果可見(jiàn)，表面活性劑類的溫拌劑對(duì)25℃針入度影響程度遠(yuǎn)小于有機(jī)蠟類溫拌劑。

5℃延度可以表征改性瀝青的低溫性能。Sasobit和LQW-0400兩種有機(jī)降黏類的溫拌劑對(duì)高黏瀝青的延度影響較大，分別比基準(zhǔn)組降低了24.31%和15.97%，且溫拌劑Sasobit對(duì)其延度的衰減幅度比溫拌劑LQW-0400大8.34%。而Evotherm表面活性劑類溫拌劑對(duì)其5℃延度基本沒(méi)有影響，僅比基準(zhǔn)組降低了1.39%。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因是兩類溫拌劑的作用機(jī)理不同，其中有機(jī)降黏類溫拌劑會(huì)在高溫環(huán)境(＞100℃)下液化，從而增加了高黏瀝青中的輕質(zhì)組分，使得高黏瀝青的高溫流動(dòng)性增加；表面活性類溫拌劑的作用機(jī)理類似乳化瀝青，使高黏瀝青形成油包水的狀態(tài)，從而降低其黏度。

135℃布什黏度作為高黏瀝青的關(guān)鍵性指標(biāo)，其大小可以反映高黏瀝青的施工和易性，黏度越小，其施工和易性越好，即溫拌劑對(duì)高黏瀝青的溫拌效果越好，反之越差。由表4可知，Sasobit和LQW-0400兩種有機(jī)降黏類的溫拌劑對(duì)高黏瀝青135℃運(yùn)動(dòng)黏度降低幅度較大，分別比基準(zhǔn)組瀝青降低了12.5%和21.63%，其中溫拌劑LQW-0400降低最為明顯，降低幅度比Sasobit溫拌劑大9.13%，說(shuō)明其溫拌效果最好。而由于降黏機(jī)理的不同，溫拌劑Evotherm對(duì)135℃運(yùn)動(dòng)黏度的降低不明顯，僅比基準(zhǔn)組降低了3.13%。

60℃動(dòng)力黏度是評(píng)價(jià)高黏瀝青高溫性能和粘附性的重要指標(biāo)，溫拌劑的加入在提高瀝青混合料施工和易性的同時(shí)不能損傷其60℃動(dòng)力黏度。由表4可知，Sasobit和LQW-0400有機(jī)降黏類溫拌劑可以大大提升高黏瀝青的60℃動(dòng)力黏度，分別比基準(zhǔn)組提高了28.89%和43.77%，且LQW-0400較Sasobit的提升幅度高14.88%。而Evotherm溫拌劑會(huì)降低其60℃動(dòng)力黏度，對(duì)高黏瀝青高溫性能和粘附性產(chǎn)生不利的影響。為此，從60℃動(dòng)力黏度的角度考慮，應(yīng)選擇LQW-0400作為溫拌高黏瀝青的溫拌劑材料，其在改善高黏瀝青施工和易性的同時(shí)還提高了高黏瀝青的高溫性能和粘附性。

離析度可反映體系相容性和配伍性的好壞。三種溫拌劑都降低了高黏瀝青離析度，具體表現(xiàn)為：Sasobit、LQW-0400有機(jī)蠟類溫拌劑對(duì)高黏瀝青離析度的影響較大，分別比基準(zhǔn)組瀝青降低19.61%和25.49%；表面活性類溫拌劑對(duì)離析度的影響僅比基準(zhǔn)組降低了11.76%。從離析度角度來(lái)看，LQW-0400溫拌劑的效果較好，其有效降低了高黏瀝青離析度參數(shù)，避免了高黏瀝青發(fā)生凝聚、離析現(xiàn)象。

綜上，得出較佳的溫拌劑為L(zhǎng)QW-0400，為后續(xù)溫拌高黏瀝青的研發(fā)提供了合適的溫拌劑材料。

2.2 溫拌劑摻量的確定

根據(jù)以上研究，確定了溫拌劑類型為L(zhǎng)QW-0400，在此基礎(chǔ)上考察該溫拌劑的摻量對(duì)高黏瀝青性能的影響規(guī)律，以此確定其合適摻量，其中溫拌劑的摻量分別選取2.0%、2.5%、3.0%、3.5%。

2.2.1 軟化點(diǎn)

由圖2可知，隨著溫拌劑摻量的增加其軟化點(diǎn)逐漸升高。這是因?yàn)闇匕鑴┎粌H可以作為改善高黏瀝青施工和易性的材料，還可以明顯提升其高溫性能。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫拌劑摻量為2.5%時(shí)，軟化點(diǎn)的提升幅度最高，達(dá)到97.5℃，已經(jīng)滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，繼續(xù)提升摻量會(huì)造成材料成本的大幅增加。

圖2 溫拌劑摻量對(duì)高黏瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的影響規(guī)律Fig.2 Relationship between the amount of warm mixing agent and thermal storage stability

2.2.2 25℃針入度

由圖3可以看出，隨著溫拌劑摻量的增加，其高黏瀝青的針入度逐漸減小。這是由于溫拌劑加入至瀝青中后會(huì)吸收瀝青中的輕組分而溶脹，進(jìn)而提高瀝青材料抗剪切破壞的能力，溫拌劑摻量越多其吸附的輕組分越多，最終呈現(xiàn)出高黏瀝青抗高溫性能逐漸變優(yōu)，抗低溫性能逐漸變差。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著溫拌劑摻量的增加，其25℃針入度降低幅度逐漸變大。考慮后期材料的低溫性能和高溫性能的協(xié)同性，溫拌劑的最優(yōu)摻量選取2.5%。

圖3 溫拌劑摻量對(duì)高黏瀝青25℃針入度的影響規(guī)律Fig.3 Relationship between the amount of warm mixing agent and the penetration depth at 25℃

2.2.3 5℃延度

由圖4可知，隨著溫拌劑摻量的增加，其5℃延度逐漸降低，材料的低溫性能逐漸變差且降低幅度逐漸變大?？紤]到5℃延度的技術(shù)指標(biāo)要求和材料成本，確定溫拌劑的摻量為2.5%。

圖4 溫拌劑摻量對(duì)高黏瀝青5℃延度的影響規(guī)律Fig.4 Relationship between the amount of warm mixing agent and elongation at 5℃

2.2.4 135℃布什黏度

由圖5可以看出，隨著溫拌劑摻量的增加，其135℃布什黏度逐漸降低。當(dāng)溫拌劑摻量大于2.5%時(shí)其降低幅度逐漸減小，故選取溫拌劑的合適摻量為2.5%?？梢?jiàn)溫拌劑的加入可以降低高黏瀝青的135℃布什黏度，改善高黏瀝青的施工和易性，降低其施工溫度。

圖5 溫拌劑摻量對(duì)高黏瀝青135℃布什黏度的影響規(guī)律Fig.5 Relationship between the amount of warm mixing agent and 135℃ kinematic viscosity

2.2.5 60℃動(dòng)力黏度

由圖6可知，隨著溫拌劑摻量的增加其60℃動(dòng)力黏度逐漸升高，當(dāng)溫拌劑摻量大于2.5%時(shí)，其60℃動(dòng)力黏度增加幅度逐漸降低。故從60℃動(dòng)力黏度的角度來(lái)看，溫拌劑的最優(yōu)摻量選為2.5%。

圖6 溫拌劑摻量對(duì)高黏瀝青60℃動(dòng)力黏度的影響規(guī)律Fig.6 Relationship between the amount of warm mixing agent and 60℃ dynamic viscosity

2.2.6 熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性

由圖7可知，溫拌劑的加入可有效降低高黏瀝青離析度，增強(qiáng)高黏瀝青熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性，減少高黏瀝青發(fā)生凝聚、離析現(xiàn)象。當(dāng)溫拌劑摻量小于2.5%時(shí)，隨著其摻量的的增加，對(duì)高黏瀝青離析度的影響逐漸增大；但當(dāng)溫拌劑摻量大于2.5%時(shí)，摻量的增加對(duì)高黏瀝青離析度的影響逐漸減少。故考慮溫拌劑對(duì)高黏瀝青離析度的影響程度及經(jīng)濟(jì)成本，溫拌劑的最優(yōu)摻量定為2.5%。

圖7 溫拌劑摻量對(duì)高黏瀝青離析度的影響規(guī)律Fig.7 Relationship between the amount of warm mixing agent and segregation

綜合以上溫拌劑摻量對(duì)其高黏瀝青軟化點(diǎn)、25℃針入度、5℃延度、135℃布什黏度、60℃動(dòng)力黏度和離析度的影響研究結(jié)果，確定溫拌劑的最佳摻量為2.5%。

3 結(jié)論

（1）溫拌劑的加入可降低高黏瀝青施工溫度、提高其施工和易性，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。

（2）有機(jī)蠟類溫拌劑可以顯著改善高黏瀝青的軟化點(diǎn)、25℃針入度、60℃動(dòng)力黏度、135℃布什黏度和離析度等參數(shù)，但降低了其5℃延度，即該類型溫拌劑在改善高黏瀝青施工和易性的同時(shí)，還提高了其高溫性能、粘附性和熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性，但對(duì)其低溫性能產(chǎn)生不利影響。而表面活性劑類的溫拌劑在改善高黏瀝青25℃針入度、135℃布什黏度和離析度的同時(shí)降低了其軟化點(diǎn)、5℃延度和60℃動(dòng)力黏度參數(shù)，對(duì)高黏瀝青的高溫性能、粘附性、低溫性能和熱存儲(chǔ)性能產(chǎn)生不利影響。

（3）隨著溫拌劑摻量的增加，高黏瀝青的軟化點(diǎn)、60℃動(dòng)力黏度逐漸升高，25℃針入度、5℃延度、135℃運(yùn)動(dòng)黏度和離析度逐漸降低。說(shuō)明隨著溫拌劑摻量的增加，高黏瀝青的高溫性能、粘附性、施工和易性和熱存儲(chǔ)性能越來(lái)越優(yōu)，但對(duì)其低溫性能的損害不斷增大。

（4）溫拌劑的類型和摻量對(duì)高黏瀝青的性能影響較大，綜合性能分析，確定溫拌劑的種類為L(zhǎng)QW-0400、最佳摻量為2.5%。