新型化學(xué)溫拌劑對(duì)瀝青粘度及混合料性能的影響

夏君華，李 尋，鄭林威

(1．湖北省路橋集團(tuán)有限公司，武漢 430057；2.江西省高速公路投資集團(tuán)景德鎮(zhèn)管理中心，景德鎮(zhèn) 333000；3.湖北省漢十高速公路管理處，武漢 430051)

新型化學(xué)溫拌劑對(duì)瀝青粘度及混合料性能的影響

夏君華1，李 尋2，鄭林威3

(1．湖北省路橋集團(tuán)有限公司，武漢 430057；2.江西省高速公路投資集團(tuán)景德鎮(zhèn)管理中心，景德鎮(zhèn) 333000；3.湖北省漢十高速公路管理處，武漢 430051)

通過摻入3種不同比例的Rediset溫拌劑到基質(zhì)瀝青和改性瀝青制備溫拌瀝青，利用布洛克菲爾德旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定溫拌瀝青在不同溫度下的粘度，結(jié)果表明不同摻量的溫拌劑對(duì)瀝青粘度影響較小，并且確定溫拌劑最佳摻量為2%。通過成型溫拌瀝青與熱拌瀝青馬歇爾試件進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)兩者馬歇爾孔隙率、穩(wěn)定度以及殘留穩(wěn)定度性能相當(dāng)且都滿足《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示粘溫曲線不宜作為該類溫拌劑溫拌效果主要評(píng)價(jià)方法，應(yīng)結(jié)合混合料的壓實(shí)特性、瀝青潤滑特性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

溫拌瀝青； 化學(xué)添加劑； 瀝青粘度； 空隙率

瀝青混合料溫拌技術(shù)是使瀝青混合料的拌合溫度介于熱拌混合料與常溫拌混合料之間。傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料的拌和溫度一般為150～180 ℃，而溫拌瀝青混合料的拌和溫度可降到100～140 ℃。瀝青混合料溫拌技術(shù)的核心是利用一定的方法使得瀝青在較低的溫度下具有良好的潤滑和粘結(jié)作用，能夠很好地粘附在石料上，同時(shí)增強(qiáng)了瀝青混合料施工操作性，拌合后的瀝青混合料性能不會(huì)受到影響，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足技術(shù)規(guī)范要求。瀝青混合料溫拌技術(shù)不僅減少了瀝青混合料拌合和攤鋪過程中煙霧和有害氣體排放量，同時(shí)也大大降低能源消耗，路用性能優(yōu)異，施工環(huán)保健康，延長施工季節(jié)，提高施工效率，更能夠協(xié)助提高壓實(shí)度，減輕路面病害，有助于實(shí)現(xiàn)全過程的綠色施工。

目前針對(duì)瀝青溫拌技術(shù)研究主要集中在通過泡沫法、有機(jī)添加劑法、化學(xué)添加劑法三種方法降低瀝青拌合溫度到達(dá)溫拌效果。瀝青泡沫法最初是通過向?yàn)r青中添加水或者含有水結(jié)晶的試劑，當(dāng)水遇到高溫瀝青通過攪拌形成泡沫瀝青再與集料拌合；有機(jī)添加劑就是含有較長化學(xué)鏈?zhǔn)灥幕瘜W(xué)劑，在拌合時(shí)長化學(xué)鏈可以保持石蠟的流動(dòng)性降低瀝青膠結(jié)料在拌合溫度下的粘度，使用有機(jī)添加劑一般可以使瀝青混合料的拌合溫度降低20～30 ℃；化學(xué)添加劑是指包含乳化劑、表面活性劑以及抗剝落劑等的化學(xué)試劑復(fù)合體，通過改變?yōu)r青膠漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)改善其流動(dòng)性，使其粘度降低，這種類型溫拌劑能使瀝青混合料的拌合溫度降低20 ℃左右。

Rediset新型瀝青溫拌劑屬于第三類，通過向?yàn)r青中添加化學(xué)添加劑和表面活性劑等降低瀝青的拌合溫度。為了研究化學(xué)溫拌劑的溫拌效果，通過布洛克菲爾德旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定不同摻量下溫拌劑對(duì)瀝青施工粘度的影響，對(duì)比分析溫拌瀝青與熱拌瀝青的馬歇爾孔隙率，穩(wěn)定度以及殘留穩(wěn)定度，最后采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)分析溫拌瀝青混合料的施工和易性。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)所用瀝青為遼寧盤錦90號(hào)重交通道路基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青?；|(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)為48.5 ℃，25 ℃針入度為72 mm，5 ℃延度為61 cm；SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)為83.5 ℃，25 ℃針入度51 mm，5 ℃延度為58 cm。溫拌劑是由瑞典阿克蘇諾貝爾公司生產(chǎn)的Rediset新型瀝青溫拌劑，分別按照0，1.5%，2%，2.5%質(zhì)量百分比將溫拌劑直接摻入基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青中，攪拌10 min后制備得到粘度實(shí)驗(yàn)所需溫拌瀝青。

通過馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定試驗(yàn)所用礦料級(jí)配類型為AC-13級(jí)配，合成級(jí)配的最佳油石比為4.8%，礦料合成級(jí)配如表1所示。

表1 AC-13混合料礦料合成級(jí)配

1.2 試驗(yàn)方法

通過布洛克菲爾德旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測量不同溫拌劑含量的溫拌基質(zhì)瀝青和溫拌改性瀝青粘度，結(jié)合基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青在實(shí)際應(yīng)用中拌合溫度和壓實(shí)溫度，溫拌基質(zhì)瀝青的實(shí)驗(yàn)溫度定為115～175 ℃，溫拌改性瀝青的實(shí)驗(yàn)溫度定為135～185 ℃。

通過粘度試驗(yàn)確定溫拌劑的最佳摻量，分別用基質(zhì)瀝青和改性瀝青作為膠結(jié)料，用馬歇爾設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)AC-13型連續(xù)密級(jí)瀝青混合料，成型多組馬歇爾試件進(jìn)行測試，對(duì)比基質(zhì)瀝青和溫拌基質(zhì)瀝青成型馬歇爾試件體積性能，穩(wěn)定度以及殘留穩(wěn)定度。通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，以熱拌瀝青混合料作為參照，在降低壓實(shí)溫度20 ℃下分析溫拌瀝青混合料的壓實(shí)特性。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘度試驗(yàn)

瀝青的粘度是用來衡量瀝青在外力作用下抵抗剪切變形的能力，粘度值的大小與瀝青混合料施工和易性密切相關(guān)，如瀝青混合料拌合溫度和壓實(shí)溫度通常通過粘度-溫度曲線進(jìn)行確定，將瀝青粘度為(0.17±0.02) Pa·s所對(duì)應(yīng)的溫度為拌合溫度，將瀝青粘度為(0.28±0.03) Pa·s所對(duì)應(yīng)的溫度為壓實(shí)溫度。瀝青粘度越低，混合料的拌合和碾壓溫度也就越低。由于改性瀝青的粘度比基質(zhì)瀝青粘度高，規(guī)范要求改性瀝青混合料的施工溫度較普通瀝青混合料高10～20 ℃。圖1為不同摻量下溫拌基質(zhì)瀝青和改性瀝青的粘溫曲線。在測試溫度范圍內(nèi)基質(zhì)瀝青和改性瀝青的粘度隨著溫度的增加急劇下降，但改性瀝青的粘度整體高于基質(zhì)瀝青。按拌合溫度和壓實(shí)溫度的定義，結(jié)合粘度-溫度曲線可確定基質(zhì)瀝青的拌合溫度和壓實(shí)溫度分別為151～143 ℃，而改性瀝青粘度高，按粘溫曲線確定的拌合溫度要大于190 ℃，明顯偏高，易導(dǎo)致瀝青老化。改性瀝青粘溫曲線也說明改性瀝青混合料施工溫度要求高，在氣溫低、風(fēng)速大的天氣條件下混合料散熱快，易產(chǎn)生壓實(shí)問題，因此摻入溫拌劑來降低施工溫度，延長混合料有效壓實(shí)時(shí)間具有重要的實(shí)用價(jià)值。

摻入溫拌劑后，基質(zhì)瀝青和改性瀝青粘度未出現(xiàn)顯著變化，使得其拌合溫度和壓實(shí)溫度只出現(xiàn)3～5 ℃差別，與預(yù)期降低20～30 ℃有很大差距。隨著溫拌劑摻量的增加，溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青和改性瀝青的粘度影響很小。當(dāng)溫拌劑摻量為2%或2.5%時(shí)，兩種不同摻量測得粘度值幾乎相等，差值很小，由此確定溫拌劑的最佳摻量為2%。從兩種溫拌瀝青的粘溫曲線看，Rediset溫拌劑的降粘作用不明顯，宜從混合料的壓實(shí)特性驗(yàn)證其實(shí)用效果。

2.2 馬歇爾試驗(yàn)分析

通過馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定的AC-13連續(xù)密級(jí)配混合料，成型多組馬歇爾試件。熱拌基質(zhì)瀝青混合料的成型溫度為145 ℃，熱拌改性瀝青的混合料成型溫度為170 ℃。溫拌劑的摻量為瀝青質(zhì)量2%，溫拌基質(zhì)瀝青混合料的成型溫度確定為125 ℃，溫拌改性瀝青的混合料成型溫度確定為150 ℃。測試成型的馬歇爾試件的空隙率、穩(wěn)定度以及殘留穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示。對(duì)比溫拌基質(zhì)瀝青與熱拌基質(zhì)瀝青馬歇爾性能，熱拌瀝青馬歇爾試件的空隙率比溫拌基質(zhì)瀝青小，穩(wěn)定度較大，殘留穩(wěn)定度也較大，相比之下熱拌瀝青混合料的密實(shí)性和水穩(wěn)定性能較好。但溫拌瀝青成型溫度降低20 ℃，對(duì)應(yīng)的馬歇爾空隙率，穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度等性能均滿足《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求，而之前從溫拌瀝青粘度實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，溫拌劑對(duì)瀝青的粘度降低效果不明顯。由此可以得出對(duì)這種通過添加化學(xué)試劑來改變?yōu)r青在集料之間潤滑性能的溫拌劑，粘度實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法有其局限性，應(yīng)該研究新的技術(shù)措施來評(píng)價(jià)其溫拌性能，例如混合料的壓實(shí)特性，瀝青潤滑作用等。

表2 溫拌基質(zhì)瀝青與熱拌基質(zhì)瀝青馬歇爾性能對(duì)比

表3 溫拌改性瀝青與熱拌改性瀝青馬歇爾性能對(duì)比

2.3 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)

為了分析溫拌瀝青混合料的壓實(shí)特性，開展了旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，利用不同旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)下對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度進(jìn)行壓實(shí)過程全分析。圖2為溫拌與熱拌瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)特性曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明熱拌基質(zhì)瀝青混合料比熱拌改性瀝青混合料較容易壓實(shí)，這一結(jié)果與馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果相吻合，也說明了用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)曲線可很好地評(píng)估瀝青混合料施工和易性，為溫拌劑對(duì)瀝青混合料壓實(shí)的影響分析提供了新的評(píng)價(jià)方法。對(duì)于基質(zhì)瀝青，摻入溫拌劑后，溫拌與熱拌瀝青混合料的壓實(shí)曲線并未出現(xiàn)明顯的區(qū)別，表明了溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青混合料改善效果有限。在改性瀝青中摻入溫拌劑后，雖然其粘度下降較小，但其旋轉(zhuǎn)壓實(shí)度出現(xiàn)了較大幅度的提高，且明顯高于基質(zhì)瀝青混合料，表明了溫拌劑可很好地改善改性瀝青混合料的施工和易性，上述試驗(yàn)也充分說明了溫拌劑對(duì)瀝青具有一定的選擇性，其更適用于高粘度的改性瀝青混合料。

3 結(jié) 語

通過溫拌瀝青的粘度-溫度曲線證實(shí)Rediset溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青和改性瀝青降粘作用小，不足以說明其可降低瀝青混合料施工溫度，達(dá)到溫拌的效果。利用馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn)了降溫20 ℃后溫拌瀝青混合料的性能與熱拌瀝青相當(dāng)，可滿足《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)可很好地評(píng)估不同熱拌和溫拌瀝青混合料施工和易性，并證實(shí)了Rediset溫拌劑對(duì)瀝青具有選擇性，其更適用于改性瀝青。

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Effects of Innovative Chemical Additives on Binder Viscosity and Mixture Properties

XIA Jun-hua1, LI Xun2，ZHENG Lin-wei3

(1.Hubei Provincial Road and Bridge Co, Ltd, Wuhan 430057, China; 2.Jiangxi Provincial Expressway Investment Group Jingdezhen Management Center,Jingdezhen 333000,China;3.Hubei Hanshi Expressway Administration Office, Wuhan 430070, China)

Warm mix asphalts containing various contents of chemical additive were investigated.The viscosities of warm mix asphalt were measured by Brookfield viscometer at different temperatures.Test results indicated that the influence of chemical additive on the binder viscosity was limited and the optimum content was determined as 2% by weight.Marshall testing indicated that the air void and Marshall stability of warm asphalt mixture Marshall were compared to the ones of hot asphalt mixture and can meet the requirements of technical specifications. Viscosity-temperature curve was found to be unable to evaluate the workability of warm mix asphalt containing chemical additives.New methods that take into account mixture compaction characteristic and lubricating effect should be considered.

warm-mix asphalt; chemical additive; asphalt viscosity; air void

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.01.003

2014-12-08.

夏君華(1972-),高級(jí)工程師.E-mail:xiajunhua@sina.com