邊 睿，薛勇杰

（1.山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350116）

0 引言

相比普通的熱拌熱鋪瀝青混合料，溫拌瀝青混合料能夠降低施工溫度從而在經(jīng)濟、社會等方面帶來巨大效益，因此，溫拌技術(shù)在道路新建及養(yǎng)護維修中有較好的應(yīng)用前景[1]。目前國內(nèi)外的溫拌技術(shù)與產(chǎn)品種類繁多，但根據(jù)其降溫原理可將溫拌技術(shù)分為有機降黏型、發(fā)泡瀝青降黏和乳化瀝青降黏溫拌技術(shù)3種。有機降黏溫拌技術(shù)是在瀝青或瀝青混合料中添加一定量的有機降黏劑，利用產(chǎn)品本身的物理特性來降低施工溫度[2]。有機溫拌劑通常為石油工業(yè)經(jīng)特殊工藝加工得到的產(chǎn)品，其主要成分是與道路瀝青結(jié)構(gòu)相近的大分子有機聚合物，以蠟或蠟狀物為主，如Sasobit FT硬蠟、Asphaltan-B酯化蠟等。

道路石油瀝青中本身存在一定的蠟成分，已有研究表明，石油中的蠟對瀝青性能造成負面影響，使瀝青路面質(zhì)量變差[3]。盡管有機溫拌劑中的合成蠟與普通石蠟在物理性質(zhì)等方面有較大的差異，但由于其碳鏈官能團結(jié)構(gòu)相近而同屬于一類有機物，因此兩種蠟在其他方面仍有相似之處。在瀝青中加入有機溫拌劑后性能發(fā)生了明顯改變，其相應(yīng)的混合料特性也與普通熱拌瀝青混合料表現(xiàn)出一定差異[4]，那么應(yīng)用溫拌劑時的指標(biāo)控制與適用范圍也應(yīng)有針對性變化。因此，研究與分析有機溫拌劑對瀝青性能的影響，對于提高有機溫拌瀝青混合料的質(zhì)量以及進一步推廣有著重要意義。

1 原材料

1.1 有機溫拌劑

文中采用Sasobit-LM降黏劑與Honeywell TitanTM聚合物改性劑兩種有機溫拌劑進行試驗。Sasobit降黏劑是煤在液化過程中提煉得到的物質(zhì)，Sasobit-LM是Sasobit降黏劑常用的一種類型，其物理指標(biāo)見表1。Honeywell TitanTM聚合物（簡稱Hon）為一種新型瀝青路面改性劑，性能見表2。

表1 Sasobit-LM溫拌劑的物理指標(biāo)

表2 Hon溫拌劑的物理指標(biāo)

1.2 瀝青

表3 基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青指標(biāo)測試

文中采用的瀝青為東海90號基質(zhì)瀝青和SBS I-C改性瀝青，瀝青基本指標(biāo)測試結(jié)果均滿足施工要求，具體見表3。

2 有機溫拌劑對瀝青指標(biāo)的影響

2.1 瀝青針入度試驗

針入度是表征瀝青黏稠程度的重要指標(biāo)，可以反映瀝青在使用狀態(tài)時的軟硬程度。針入度指數(shù)PI是反映瀝青感溫性能的指標(biāo)，當(dāng) PI＜-2時，瀝青為溶膠結(jié)構(gòu)，具有較大的感溫性；當(dāng)PI＞+2時，瀝青表現(xiàn)出凝膠特征，抗裂性能較差[5]。瀝青的針入度與針入度指數(shù)PI測試結(jié)果見表4～表7，相應(yīng)的變化見圖1～圖3。

表4 不同Sasobit-LM摻量的90號基質(zhì)瀝青針入度變化

表5 不同Sasobit-LM摻量的SBS改性瀝青針入度變化

圖1 不同Sasobit-LM摻量的瀝青針入度變化

表6 不同Hon摻量的90號基質(zhì)瀝青針入度變化

表7 不同Hon摻量的SBS改性瀝青針入度變化

圖2 不同Hon摻量的瀝青針入度變化

圖3 不同溫拌劑摻量的瀝青針入度指數(shù)PI變化

由圖1和圖2可知，瀝青在不同溫度下的針入度值隨著溫拌劑摻量的增加而逐漸降低，表明在摻加Sasobit-LM和Hon溫拌劑后瀝青變硬，路面的抗變形能力得到提高。對比90號基質(zhì)和SBS改性瀝青針入度的變化，溫拌劑對90號基質(zhì)瀝青產(chǎn)生的影響更明顯。當(dāng)不考慮溫拌劑對瀝青其他性能指標(biāo)的影響時，其摻量越大對路面高溫穩(wěn)定性能的改善也越顯著。

分析圖3中瀝青針入度指數(shù)PI的變化，在瀝青中加入溫拌劑Sasobit-LM和Hon后，PI值隨溫拌劑摻量的增加而逐漸降低，說明溫拌劑使瀝青的感溫性能變差。對比兩種瀝青的針入度指數(shù)PI變化結(jié)果，90號基質(zhì)瀝青感溫性能受溫拌劑的影響程度要明顯更大。因此，在選擇有機溫拌劑的合適摻量時，瀝青針入度指數(shù)PI的變化也應(yīng)考慮作為控制因素。

2.2 瀝青延度試驗

延度是反映瀝青低溫性能的指標(biāo)，雖然延度與路面裂縫病害的相關(guān)性存在爭議，但由于我國基質(zhì)瀝青質(zhì)量不高，尤其是瀝青中蠟含量偏高，因此延度指標(biāo)對于控制與優(yōu)選瀝青仍具有重要的意義[6]。對于瀝青延度指標(biāo)的測試結(jié)果見表8、表9，變化趨勢見圖4。

表8 不同Sasobit-LM摻量的瀝青延度變化

表9 不同Hon摻量的瀝青延度變化

圖4 不同溫拌劑摻量的瀝青延度變化

由圖4可知，隨著Sasobit-LM與Hon溫拌劑摻量的增加，瀝青延度呈下降趨勢，說明溫拌劑對瀝青的低溫性能造成不利影響。對比90號基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青的延度結(jié)果，基質(zhì)瀝青的延度下降明顯，表明溫拌劑對基質(zhì)瀝青的影響更大。由于SBS改性劑的溶脹作用使瀝青形成了良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致改性瀝青本身具有良好的低溫性能，因而，通過制備SBS與溫拌劑的雙復(fù)合改性瀝青可以改善溫拌劑對低溫性能的負面作用。

其中，當(dāng)Sasobit-LM摻量低于3.0%時，基質(zhì)瀝青的延度下降平緩，大于3.0%時延度下降速率明顯變大，而Hon溫拌劑是在摻量為5.0%時的下降速率前后變化明顯。僅從瀝青的低溫性能分析，Sasobit-LM溫拌劑在瀝青中的合適摻量應(yīng)該控制在3.0%以內(nèi)，Hon溫拌劑應(yīng)控制在5.0%以內(nèi)。

2.3 瀝青軟化點試驗

軟化點是表征瀝青高溫性能的重要指標(biāo)，體現(xiàn)瀝青在溫度升高過程中發(fā)軟變形的程度，可用于控制路面出現(xiàn)高溫變形。具體的軟化點測試結(jié)果見表10、表11和圖5。

表10 不同Sasobit-LM摻量的瀝青軟化點變化

表11 不同Hon摻量的瀝青軟化點變化

圖5 不同溫拌劑摻量的瀝青軟化點變化

由圖5可知，摻Sasobit-LM與Hon溫拌劑后瀝青軟化點有明顯的提高，說明兩種溫拌劑均能改善瀝青的高溫性能。對比基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青在加入溫拌劑后的軟化點結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)基質(zhì)瀝青的軟化點提高幅度大于改性瀝青。整體來說，瀝青軟化點的增長趨勢隨溫拌劑摻量的增加而減緩，但從軟化點單個指標(biāo)變化上分析，兩種溫拌劑的摻量越大軟化點的提高幅度也越大，其相應(yīng)的改善效果越明顯。

3 有機溫拌劑與瀝青相容性分析

相容性好的溫拌劑制備的瀝青貯存穩(wěn)定性好，能夠保證瀝青在施工中的質(zhì)量[7]，因而溫拌劑與瀝青能否相互溶解并形成均勻穩(wěn)定的溶液是其應(yīng)用的關(guān)鍵部分。文中利用48 h軟化點差來評價溫拌劑的相容性，試驗結(jié)果見表12、表13，對應(yīng)的變化見圖6。

表12 不同Sasobit-LM摻量的瀝青48 h軟化點差變化

表13 不同Hon摻量的瀝青48 h軟化點差變化

圖6 不同溫拌劑摻量的瀝青48 h軟化點差變化

由圖6可知，瀝青的48 h軟化點差隨溫拌劑摻量的增加而變大，且變化趨勢逐漸加快。對于相同溫拌劑摻量下的兩種瀝青，90號基質(zhì)瀝青的軟化點差要明顯更小，說明有機溫拌劑能夠相對均勻地分散于基質(zhì)瀝青中。對于SBS改性瀝青，當(dāng)Sasobit-LM摻量大于4.0%、Hon大于5.0%時軟化點差較大，形成的復(fù)合改性瀝青離析現(xiàn)象嚴(yán)重。考慮到SBS改性劑本身對瀝青的影響，可以認(rèn)為在合適的摻量內(nèi)，Sasobit-LM和Hon兩種溫拌劑與瀝青的相容性較好，能夠滿足規(guī)范對于改性瀝青穩(wěn)定性能的要求。

4 有機溫拌劑對瀝青黏附性的影響

瀝青與礦料的黏附性不良對瀝青混合料性能有重要影響，而有機溫拌劑在結(jié)構(gòu)成分上為蠟狀物質(zhì)，其對瀝青黏附性的作用應(yīng)引起關(guān)注。本文用水煮法測試瀝青與礦料的黏附性，結(jié)果見表14、表15。

表14 不同Sasobit-LM摻量的瀝青與石灰?guī)r黏附性等級測試結(jié)果（級）

表15 不同Hon摻量的瀝青與石灰?guī)r黏附性等級測試結(jié)果（級）

根據(jù)表14、表15以及試驗中的觀察，Sasobit-LM和Hon溫拌劑對瀝青的黏附性產(chǎn)生負面影響，且隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青黏附性能的下降程度越顯著。SBS改性瀝青黏附性受到溫拌劑的影響要弱于基質(zhì)瀝青，說明SBS改性劑可以改善黏附性能。對比不同巖性的瀝青黏附性結(jié)果，偏酸性的花崗巖黏附性能不如堿性的石灰?guī)r，且測試結(jié)果不能滿足工程要求。

由于溫拌劑對瀝青黏附性能的負面作用，溫拌瀝青與石料的組合選擇應(yīng)謹(jǐn)慎，優(yōu)選溫拌劑以及溫拌劑摻量的控制均應(yīng)考慮其形成溫拌瀝青的黏附效果。當(dāng)Sasobit-LM在摻量大于3.0%與Hon摻量大于5.0%時，溫拌瀝青與石灰?guī)r的黏附性能等級均不小于4級，當(dāng)溫拌劑摻量繼續(xù)增加時，黏附性等級下降明顯。

5 有機溫拌劑對瀝青力學(xué)性能的影響

瀝青在混合料整體結(jié)構(gòu)中起到膠結(jié)與固定集料的作用[8]，文中從瀝青膠結(jié)作用進行考慮，測試添加溫拌劑后瀝青拉應(yīng)力和黏結(jié)力的變化。

5.1 溫拌劑對瀝青拉應(yīng)力的影響

記錄摻入溫拌劑后瀝青在設(shè)定溫度下測試延度時出現(xiàn)的拉應(yīng)力最大值，具體結(jié)果見表16、表17。

表16 不同Sasobit-LM摻量的瀝青拉應(yīng)力結(jié)果 N/m2

表17 不同Hon摻量的瀝青拉應(yīng)力結(jié)果 N/m2

分析表16和表17中的結(jié)果，隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青在測試延度過程中的最大拉應(yīng)力值逐漸增加，說明有機溫拌劑在一定程度上增強了瀝青在混合料中的膠結(jié)能力。結(jié)合有機溫拌劑可以有效提高瀝青在低溫下的黏稠程度[9]，因此可以認(rèn)為添加溫拌劑后瀝青自身的黏聚性能得到增強。

5.2 溫拌劑對瀝青黏結(jié)力的影響

采用拉拔試驗來測試瀝青與集料的黏結(jié)力，將試驗中切好邊長為50 mm的石灰?guī)r立方體放入170℃的烘箱中養(yǎng)生4 h，將兩個石塊的黏結(jié)面與瀝青充分接觸后對正黏結(jié)，并在壓力機上穩(wěn)壓。待石塊試件冷卻后，將其固定在拉拔儀上，在室溫下進行拉拔力測試，試驗測試速率為50 mm/min，記錄拉拔力出現(xiàn)的峰值F。瀝青黏結(jié)力P通過式（1）計算得到：

式中：P為瀝青黏結(jié)力，MPa；F為拉拔力峰值，N。

同種瀝青黏結(jié)力選用多組巖石進行測試，且在測試過程中觀察黏結(jié)面的變化，以減小測試結(jié)果的偏差[10]。摻加不同摻量Sasobit-LM和Hon溫拌劑的瀝青黏結(jié)力測試結(jié)果見表18、表19和圖7。

表18 摻Sasobit-LM的瀝青黏結(jié)力測試結(jié)果 MPa

表19 摻Hon的瀝青黏結(jié)力測試結(jié)果 MPa

由圖7可知，瀝青的黏結(jié)力隨溫拌劑摻量的增加而降低，并且變化速率隨摻量逐漸加大，表明有機溫拌劑對瀝青黏結(jié)力形成了明顯的負面作用。在相同的溫拌劑摻量下，SBS改性瀝青的黏結(jié)力大于90號基質(zhì)瀝青，說明SBS改性劑能夠提高溫拌瀝青的黏結(jié)力。比較瀝青的黏結(jié)力變化，SBS改性瀝青黏結(jié)力的下降速率大于基質(zhì)瀝青，即溫拌劑對改性瀝青黏結(jié)力的影響更顯著。

6 結(jié)論

a）綜合分析兩種溫拌劑對瀝青性能指標(biāo)的影響，本文認(rèn)為Sasobit-LM溫拌劑的合適摻量是3.0%，Hon溫拌劑的合適摻量是5.0%。

b）有機溫拌劑可以提高瀝青的針入度和軟化點，從而提高瀝青的高溫性能。同時溫拌劑降低了瀝青的針入度指數(shù)PI、延度、黏附性以及黏結(jié)力，使瀝青的感溫性能、低溫性能和黏結(jié)能力變差。

圖7 摻加溫拌劑后瀝青的黏結(jié)力變化

c）SBS改性劑可以在一定程度上改善有機溫拌劑對瀝青性能造成的負面作用，對于特殊地區(qū)應(yīng)用有機溫拌劑時，可與SBS改性劑制備雙復(fù)合改性瀝青以提高混合料的質(zhì)量。

d）應(yīng)用有機溫拌劑時，應(yīng)提高瀝青延度、針入度指數(shù)、瀝青與石料的黏附性、瀝青黏結(jié)力的控制標(biāo)準(zhǔn)，以合理控制溫拌劑摻量?？蓪r青黏附性與黏結(jié)力作為有機溫拌劑種類的優(yōu)選指標(biāo)，以保證瀝青在混合料中的力學(xué)作用。