（1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；2.山東省公路建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，濟(jì)南 250000）

LDPE 作為改性劑可改善瀝青及瀝青混合料高溫性能。但是，LDPE 的加入會(huì)提高瀝青的黏度，為了保證施工要求，需要提高瀝青混合料的施工溫度，這一方面會(huì)增加能耗，另一方面也會(huì)增加有害氣體的產(chǎn)生。為了使瀝青混合料路用性能得到提升的同時(shí)降低施工溫度，有必要對(duì)溫拌LDPE 改性瀝青混合料技術(shù)進(jìn)行深入研究。

溫拌技術(shù)基本上可分為三種主要技術(shù)類型：降黏型溫拌技術(shù)、發(fā)泡型溫拌技術(shù)、表面活性溫拌技術(shù)[1]。其中降黏型溫拌技術(shù)和表面活性溫拌技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用較為成熟，針對(duì)這兩種技術(shù)，本試驗(yàn)選擇Sasobit 和Evotherm 3G 兩種溫拌劑進(jìn)行研究。

1 材料

1.1 LDPE

LDPE 選用茂名石化LDPE 868-000 顆粒，其性質(zhì)見表1。

1.2 溫拌劑

1.2.1 Sasobit

Sasobit 是一種高分子蠟，其外觀呈片狀或粉狀，也有顆粒狀。Sasobit 的熔點(diǎn)可達(dá)到100 ℃左右，因此，在路用使用溫度范圍內(nèi)（60 ～90 ℃），Sasobit 在瀝青中形成網(wǎng)狀的晶格結(jié)構(gòu)，增加瀝青的穩(wěn)定性，提高瀝青混合料的高溫性能。瀝青混合料拌和溫度時(shí)，Sasobit 黏度很低，從而可降低瀝青的黏度，達(dá)到溫拌的目的。

表1 LDPE 868-000 顆粒性質(zhì)

1.2.2 Evotherm 3G

Evotherm 3G 溫拌劑是一種無需用水稀釋的Evotherm 溫拌濃縮液，可直接添加至瀝青中，也可與瀝青共同加入拌和鍋中與集料共混。其溫拌機(jī)理是提高瀝青與集料之間的潤(rùn)滑作用，減小瀝青與集料之間的作用力，從而促進(jìn)瀝青混合料的拌和及壓實(shí)。

1.3 瀝青

在前期研究[2]的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)所用瀝青為埃索70#基質(zhì)瀝青、LDPE 改性瀝青（L6）、Sasobit-LDPE 改性瀝青（S3L6）和3G-LDPE 改性瀝青（3GL6），4 種瀝青的制備工藝見表2，性能參數(shù)見表3。

表2 瀝青制備工藝

表3 瀝青性能指標(biāo)

2 溫拌LDPE 改性瀝青混合料制備工藝研究

2.1 拌和溫度及成型溫度確定方法

溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料拌和及成型溫度不同，應(yīng)確定合適的拌和及成型溫度保證溫拌瀝青混合料路用性能接近或優(yōu)于熱拌瀝青混合料。依據(jù)溫拌機(jī)理的不同，目前確定溫拌瀝青混合料拌和及成型溫度的方法主要有三種：（1）等黏溫度法；（2）變溫等體積法（3）瀝青混合料和易性法。本試驗(yàn)主要對(duì)等黏溫度法和變溫等體積法進(jìn)行研究。

2.1.1 等黏溫度法

瀝青在流動(dòng)的情況下，其內(nèi)部分子之間存在相互作用的摩阻力，這種性質(zhì)稱為瀝青的黏性，通常用黏度表征此性質(zhì)。制備瀝青混合料時(shí)對(duì)瀝青進(jìn)行加熱使瀝青保持適當(dāng)?shù)酿ざ龋墒篂r青更易于裹覆集料。因此，只要保證溫拌溫度條件下，瀝青的黏度與熱拌時(shí)黏度相當(dāng)，即可達(dá)到同樣的目的。降黏型溫拌劑的工作原理便基于此。

因此，對(duì)于降黏型溫拌瀝青混合料來說，繪制溫拌瀝青的黏溫曲線，找出熱拌瀝青混合料所用瀝青對(duì)應(yīng)的等黏溫度，即可確定溫拌瀝青混合料的拌和及壓實(shí)溫度[4]。對(duì)于其他類型的溫拌技術(shù)，該方法并不適用。

2.1.2 變溫等體積法

當(dāng)前瀝青混合料設(shè)計(jì)方法一般分為兩種，基于體積參數(shù)的設(shè)計(jì)方法和基于性能的設(shè)計(jì)方法。其中，體積設(shè)計(jì)法應(yīng)用最為廣泛，大多數(shù)國(guó)家均以此作為規(guī)范設(shè)計(jì)方法。體積參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括空隙率（VV）、礦料間隙率（VMA）及瀝青飽和度（VFA），進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)主要對(duì)以上指標(biāo)進(jìn)行控制。其中，空隙率對(duì)混合料性能影響最大，因此是最核心的體積參數(shù)[5]。

同一種成型方式條件下，瀝青混合料拌和及成型的溫度不同會(huì)導(dǎo)致其體積參數(shù)不同，一般來說，溫度越高，空隙率越小。而溫拌劑的加入可以使瀝青混合料在較低溫度條件下也可獲得所需的體積指標(biāo)。變溫等體積法通過測(cè)量不同拌和及成型溫度條件下溫拌瀝青混合料的空隙率變化，繪制空隙率變化曲線。之后，在曲線上找到目標(biāo)空隙率所對(duì)應(yīng)的溫度，即可確定拌和及成型溫度。這種方法對(duì)于各類溫拌技術(shù)均適用。

2.2 熱拌LDPE 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 試驗(yàn)條件

瀝青采用L6，瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，試件成型方式采用馬歇爾擊實(shí)法。級(jí)配采用表4所列級(jí)配。參照J(rèn)TG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，熱拌LDPE 瀝青混合料拌和及成型溫度分別為170 ℃和160 ℃。瀝青加熱溫度為170 ℃，集料加熱溫度為180 ℃。

表4 瀝青混合料級(jí)配

2.2.2 確定最佳油石比

按經(jīng)驗(yàn)初取5.0%最佳瀝青含量，以0.5%為間隔，取5 組瀝青用量，即4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%。進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定最佳瀝青用量。分別成型馬歇爾試件，測(cè)定計(jì)算試件的體積參數(shù)，并進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定穩(wěn)定度和流值。最終確定最佳瀝青用量為5.0%。該瀝青用量下空隙率為4.0%。

2.3 變溫等體積法確定溫拌LDPE 瀝青混合料拌和及成型溫度

兩種溫拌瀝青分別為S3L6 和3GL6，級(jí)配和瀝青用量均與熱拌LDPE 瀝青混合料一致。以20 ℃為間隔，按表5所列制備溫度成型馬歇爾試件，測(cè)定體積參數(shù)。L6 瀝青混合料、S3L6 瀝青混合料、3GL6 瀝青混合料的各項(xiàng)體積參數(shù)及JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求值分別見表6、表7和表8。對(duì)比不同出料溫度情況下瀝青混合料空隙率，見圖1。

表5 瀝青混合料制備溫度 ℃

表6 L6 瀝青混合料體積參數(shù)

表7 S3L6 瀝青混合料體積參數(shù)

表8 3GL6 瀝青混合料體積參數(shù)

圖13 種瀝青混合料空隙率變化

從圖1可以看出，三種瀝青混合料空隙率隨溫度的變化趨勢(shì)保持一致，兩種溫拌瀝青混合料的降溫效果也基本是一樣的。同等溫度條件下，溫拌瀝青混合料空隙率相對(duì)熱拌瀝青混合料可以下降0.5%左右。當(dāng)空隙率均取4.0%時(shí)，L6、S3L6 和3GL6 三種瀝青混合料對(duì)應(yīng)的拌和溫度分別為170 ℃、147 ℃和157 ℃。這說明Sasobit 溫拌劑可使LDPE 瀝青混合料施工溫度降低20 ℃左右，3G 溫拌劑可使其降低15 ℃左右。并且通過表7和表8可以看出，兩種溫拌瀝青混合料拌和及成型溫度不宜過高，過高會(huì)導(dǎo)致VMA較小而不符合規(guī)范要求。因此，兩種溫拌瀝青混合料施工溫度見表9。

表9 溫拌瀝青混合料制備溫度 ℃

2.4 等黏溫度法確定溫拌LDPE 瀝青混合料拌和及成型溫度

對(duì)于Sasobit 溫拌技術(shù)，采用等黏溫度法確定溫拌LDPE 瀝青混合料的拌和溫度及成型溫度。不同溫度條件下L6 和S3L6 兩種瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)黏度見表10。兩種瀝青的溫度-黏度重對(duì)數(shù)曲線見圖2。

從圖2可以看到，L6 瀝青170 ℃對(duì)應(yīng)的黏度與S3L6 瀝青161 ℃所對(duì)應(yīng)的黏度是一致的；160 ℃對(duì)應(yīng)的黏度與151 ℃對(duì)應(yīng)的黏度是一致的。說明依據(jù)等黏溫度方法，Sasobit 溫拌技術(shù)可以降低混合料拌和及成型溫度10 ℃左右。

表10 L6 和S3L6 不同溫度下的布氏黏度

圖2 溫度-黏度重對(duì)數(shù)曲線

從圖1可以看出，當(dāng)拌和溫度為160 ℃時(shí)，S3L6 瀝青混合料馬歇爾試件的空隙率是低于4.0%的。說明等黏溫度法確定的溫度偏高。并且，當(dāng)拌和溫度為160 ℃時(shí)，VMA會(huì)不滿足規(guī)范要求。因此采用等黏溫度法時(shí)不合適的。

3 溫拌LDPE 改性瀝青混合料路用性能

3.1 評(píng)價(jià)方法

3.1.1 高溫性能

采用JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》瀝青混合料車轍試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)為動(dòng)穩(wěn)定度和車轍深度。

3.1.2 低溫性能

低溫彎曲試驗(yàn)方法參照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》。試驗(yàn)過程中設(shè)備可以采集荷載-撓度曲線，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖3。

當(dāng)前我國(guó)采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)為極限彎拉應(yīng)變?chǔ)臖，但是研究認(rèn)為該指標(biāo)較難準(zhǔn)確的反應(yīng)混合料的低溫抗裂性能。因此提出基于能量的指標(biāo)彎曲應(yīng)變能密度臨界值（圖3所示曲線下方陰影部分的面積，其值越大，混合料抗裂性能越好）。本研究采用抗彎拉強(qiáng)度RB、極限彎拉應(yīng)變?chǔ)臖和彎曲應(yīng)變能密度臨界值作為低溫彎曲試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖3 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

3.1.3 疲勞性能

評(píng)價(jià)疲勞性能采用中點(diǎn)加載彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)方案如下：

試件成型：采用輪碾成型車轍板，切割成小梁；

試件尺寸：300 mm×50 mm×50 mm，跨徑為200 mm；

試驗(yàn)荷載：應(yīng)力控制模式，荷載水平采用0.2、0.3、0.4 三個(gè)應(yīng)力比；

加載頻率：10 Hz 連續(xù)式正弦波形；

試驗(yàn)溫度：15 ℃；

試驗(yàn)設(shè)備：MTS810 材料試驗(yàn)系統(tǒng)。

試驗(yàn)首先測(cè)定不同瀝青混合料的破壞荷載，在此基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行0.2、0.3、0.4 三個(gè)應(yīng)力比條件下的疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)將記錄瀝青混合料不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命。對(duì)應(yīng)力對(duì)數(shù)值和疲勞壽命對(duì)數(shù)值兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，求出疲勞方程和回歸系數(shù)。

3.1.4 水穩(wěn)定性

采用JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用凍融劈裂抗拉強(qiáng)度（TSR）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1 高溫性能

70#、L6、S3L6、3GL6 四種瀝青混合料分別成型試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 車轍試驗(yàn)結(jié)果

從表11可以看出，無論根據(jù)動(dòng)穩(wěn)定度還是依據(jù)車轍深度，四種瀝青混合料高溫性能排序均為S3L6 ＞L6 ＞3GL6 ＞70#。四種混合料動(dòng)穩(wěn)定度大小順序與表3對(duì)應(yīng)瀝青高溫性能排序基本一致。因此，四種混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、車轍深度與瀝青針入度，軟化點(diǎn)以及車轍因子具有較好的相關(guān)性。

70#基質(zhì)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度最小，車轍深度最大；其他三種混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)于70#瀝青混合料大幅增加，車轍深度大幅減小。這說明LDPE 的加入可顯著改善瀝青混合料的高溫性能。S3L6 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最高，車轍深度最小，這是因?yàn)镾asobit 和LDPE 的復(fù)合改性作用導(dǎo)致的。3GL6 瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度、車轍深度和L6 瀝青混合料相差不大，說明3G 溫拌劑的加入對(duì)混合料高溫性能影響較小。因此，就高溫性能來說，兩種溫拌技術(shù)是滿足使用需求的。

3.2.2 低溫性能

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表12。

表12 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表12可以看出，三種瀝青混合料低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)排序并不一致，說明三種評(píng)價(jià)指標(biāo)并無較好的相關(guān)性，不能全部用來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫性能。

低溫條件下，瀝青混合料是彈性體，其斷裂破壞的過程可以看作一個(gè)功能轉(zhuǎn)換的過程。外界對(duì)瀝青混合料做的功首先轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥詰?yīng)變能，隨著混合料的斷裂則轉(zhuǎn)換成表面能。因此，采用能量指標(biāo)彎曲應(yīng)變能密度臨界值來評(píng)價(jià)混合料的低溫性能更合適，它綜合考慮了抗彎拉強(qiáng)度和極限彎拉應(yīng)變，也更符合混合料的斷裂機(jī)理。因此，本研究選用彎曲應(yīng)變能密度臨界值來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫性能。

依據(jù)表12，三種LDPE 瀝青混合料低溫性能均優(yōu)于70#基質(zhì)瀝青混合料。其中L6 瀝青混合料的彎曲應(yīng)變能密度臨界值最大，說明其低溫性能最優(yōu)。3GL6 瀝青混合料的彎曲應(yīng)變能密度臨界值與L6 的相差不多，說明3G 并不會(huì)對(duì)混合料低溫性能產(chǎn)生影響。而S3L6 瀝青混合料低溫性能是其中最差的，說明添加Sasobit 會(huì)有損于瀝青混合料的低溫性能。

將4 種瀝青混合料與表3對(duì)應(yīng)瀝青的低溫性能對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，除了70#基質(zhì)瀝青，其他三種瀝青的低溫性能與相應(yīng)瀝青混合料的低溫性能相關(guān)性較好。說明采用低溫應(yīng)變能密度臨界值評(píng)價(jià)LDPE 改性瀝青混合料的低溫性能是合理的。

3.2.3 疲勞性能

四種瀝青混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表13、圖4，對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理并做線性擬合，可以得到四種瀝青混合料的疲勞方程及回歸系數(shù)，見表14。

表13 不同應(yīng)力比條件下4 種瀝青混合料疲勞壽命

圖4 疲勞壽命曲線

表14 瀝青混合料的疲勞方程和回歸系數(shù)

從圖4可以看出，添加LDPE 的瀝青混合料疲勞性能均優(yōu)于70#基質(zhì)瀝青混合料，說明采用LDPE 改性瀝青可以改善瀝青混合料的疲勞性能。采用Sasobit 溫拌技術(shù)的混合料疲勞性能優(yōu)于采用3G 溫拌技術(shù)的瀝青混合料。L6 瀝青混合料與S3L6 瀝青混合料疲勞性能的優(yōu)劣要依據(jù)所受荷載大小決定?？偟膩碚f，S3L6 瀝青混合料與L6 瀝青混合料疲勞性能相差不大，3GL6 瀝青混合料要次于上述兩種混合料，70#瀝青混合料最差。

3.2.4 水穩(wěn)定性

凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表15。

表15 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從表15可以看出，兩種溫拌瀝青混合料水穩(wěn)定性較熱拌LDPE 瀝青混合料有較小的改善。3種LDPE 改性瀝青混合料水穩(wěn)定性與70#基質(zhì)瀝青相比差別不大，說明無論是LDPE 的加入還是兩種溫拌技術(shù)均對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性影響較小。

4 結(jié)論

（1）Sasobit 溫拌劑可使LDPE 瀝青混合料施工溫度降低20 ℃，3G 溫拌劑可使其降低15 ℃。

（2）與基質(zhì)瀝青混合料相比基質(zhì)瀝青混合料，熱拌LDPE 改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、疲勞性能均得到改善，水穩(wěn)定性略有降低。

（3）Sasobit 溫拌LDPE 改性瀝青混合料與熱拌LDPE 改性瀝青混合料相比，高溫性能顯著改善，低溫性能略有降低，低應(yīng)力水平下抗疲勞性能下降，高應(yīng)力水平下抗疲勞性能更好。水穩(wěn)定性相差不大。

（4）3G 溫拌LDPE 改性瀝青混合料與熱拌LDPE 改性瀝青混合料相比，高溫性能，低溫性能以及水穩(wěn)定性相差不大?？蛊谛阅軇t較差，但是優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料。

（5）從降低施工溫度以及對(duì)路用性能的影響兩個(gè)角度來看，兩種溫拌技術(shù)均是可行的。