溫拌劑對瀝青針入度指標(biāo)影響的試驗研究

■劉榮榮

（福建省福泉高速公路有限公司，福州 350011）

溫拌劑對瀝青針入度指標(biāo)影響的試驗研究

■劉榮榮

（福建省福泉高速公路有限公司，福州 350011）

對添加不同溫拌劑瀝青進行針入度試驗，研究不同溫拌劑對瀝青針入度指標(biāo)的影響。對比試驗結(jié)果，選擇更優(yōu)的溫拌劑，有效降低瀝青混合料的施工溫度，并改善瀝青的高溫性能。

溫拌添加劑 瀝青針入度 抗變形能力

1 概述

全球性能源緊張以及氣候變化已成為國際社會普遍關(guān)注的重大問題，溫拌瀝青作為一種保持熱拌瀝青性能的前提下具有節(jié)約能源，減少有害氣體排放的新技術(shù)，具有很好的應(yīng)用前景。

溫拌瀝青混合料以其獨特的優(yōu)勢，被國內(nèi)外研究學(xué)者關(guān)注，目前國內(nèi)外溫拌技術(shù)主要有：

（1）瀝青降黏技術(shù)

選用一種或者幾種有機降粘劑，通過一定比例摻配于瀝青中，與瀝青較好相容，并在較低溫度下降低瀝青黏度、提高瀝青對集料的裹附能力，實現(xiàn)低溫拌和的目的。

（2）乳化瀝青降溫技術(shù)

采用高濃度乳液將瀝青進行發(fā)泡處理，并與一定溫度的集料直接進行拌和；由于高濃度乳液對瀝青進行乳化，降低瀝青黏度、提高對集料的裹附效果，而且高濃度乳液中含有一定比例的水，在與集料拌和過程中，該部分水由水蒸氣形式排除，提高瀝青混合料拌和流動性，實現(xiàn)低溫拌和目的。

（3）表面活性技術(shù)

表面活性劑一般由親油基與親水基組成，在瀝青混合料拌和過程中，親油基與瀝青結(jié)合致使親水基背離瀝青，在膠結(jié)料內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)性水膜，該結(jié)構(gòu)性水膜起到一定潤滑作用，從而提高混合料壓實程度。

（4）礦物法

在瀝青混合料拌和過程中，通過添加沸石粉末，使瀝青連續(xù)發(fā)泡并起到潤滑作用，從而實現(xiàn)瀝青混合料低溫拌和。

不同溫拌劑其作用機理不同，但實質(zhì)均為降低瀝青黏度或者提高瀝青混合料和易性而實現(xiàn)低溫拌和、壓實的目的。

2 溫拌劑簡介

溫拌劑從改性機理上可分為上述降粘、乳化、表面活性劑及礦物類四種；溫拌劑種類從形態(tài)上有液態(tài)、固態(tài)兩種類型，液態(tài)溫拌劑一般是直接加入瀝青罐中使用，固態(tài)溫拌劑一般是在拌合樓拌料時噴入拌鍋中使用，溫拌劑加入瀝青后，石料的加熱溫度、瀝青混合料的出料、壓實溫度均可以降低20～50℃。

本文采用目前國內(nèi)較為成熟的重慶某品牌溫拌劑（溫拌劑1號）及上海某品牌溫拌劑（溫拌劑2號）兩種為試驗研究對象。

溫拌劑1號是一種新型聚烯烴類石油瀝青改性劑，外觀為白色或淡黃色固體小顆粒，采用的是瀝青降黏技術(shù)。溫拌劑1號能夠有效提高瀝青的軟化點，故能有效提高路面的抗變形能力，同時，溫拌劑1號提高瀝青在60℃的粘度，將有效保障瀝青與石料之間的裹覆，提高路面的抗變形能力。

溫拌劑1號的熔點約為115℃，在溫度低于熔點時，在瀝青中形成網(wǎng)狀的晶格結(jié)構(gòu)，增大了瀝青的粘度，這有利于增強瀝青的穩(wěn)定性；在溫度高于熔點時，溫拌劑1號以液體的形式存在于瀝青中，極大地降低了瀝青的粘度。溫拌劑1號能顯著降低瀝青在135℃時的粘度，顯著降低了瀝青混合料的施工溫度，且攪拌更均勻。溫拌劑1號加入到瀝青中，只需要機械簡單攪拌即可，不需要額外增加設(shè)備；溫拌劑1號添加到礦料中，即直接與礦料一起攪拌。另外，溫拌劑 1號在 120～150℃（140～170℃為佳）即可很好的溶解于瀝青之中，與瀝青的相容性好，儲存穩(wěn)定，不會產(chǎn)生離析。

溫拌劑2號是一種基于表面活性劑技術(shù)的液體溫拌瀝青添加劑，具有不改變?yōu)r青材料本身性質(zhì)、幫助碾壓、增強混合料抗水損性能的技術(shù)特點。其技術(shù)核心是采用表面活性劑技術(shù)降低瀝青的表面張力，并改變?yōu)r青在90℃～140℃時的流變性能，使瀝青在該溫度范圍內(nèi)具有更好的鋪展性，從而保證瀝青混合料低溫拌合時的裹覆效果；同時表面活性劑親水集團在拌合過程中會俘獲石料內(nèi)部毛細(xì)空隙含有的微量水分，在瀝青內(nèi)部形成水膜潤滑結(jié)構(gòu)，顯著增加瀝青混合料在低溫施工作業(yè)條件下的工作性。

在制備溫拌改性瀝青時，溫拌劑2號在 100℃左右會完全溶解于瀝青中，在高于100℃時都是以液體的形式存在于瀝青中，并與瀝青有較好的相似相容性質(zhì)。因此只需要直接將溫拌劑添加到溫度高于120℃的瀝青中，再進行人工機械攪拌30min即可制得相應(yīng)的溫拌瀝青。現(xiàn)場拌合樓制備溫拌瀝青也十分簡單，不需要改變現(xiàn)有的瀝青生產(chǎn)工藝。

3 添加溫拌劑瀝青針入度試驗

SBS改性瀝青具有良好的彈性、裂縫自愈性，與集料粘附性較基質(zhì)瀝青有很大的改善，因此其抗水損害能力較基質(zhì)瀝青強。本文選取廈門新立基SBS改性瀝青,按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）進行試驗[1]，SBS改性瀝青主要的試驗結(jié)果如表1。

表1 SBS改性瀝青主要的試驗結(jié)果

瀝青的針入度試驗是在規(guī)定的溫度和時間內(nèi)，在規(guī)定的荷載下，標(biāo)準(zhǔn)針垂直穿入試樣的深度，實質(zhì)上是一種剪切蠕變試驗，其物理意義為表觀粘度，它反映了瀝青在荷載作用下的變形能力。采用上述兩種不同形態(tài)溫拌劑，分別按照廠家推薦的摻量范圍，在溫拌劑不同摻量下進行瀝青試驗，試驗結(jié)果見表2及圖1～圖3。

表2 瀝青針入度試驗結(jié)果

圖1 龍孚溫拌瀝青針入度曲線圖

圖2 Sasobit溫拌瀝青針入度曲線圖

SBS 類（I-D）瀝青針入度的范圍為：30～60，故試驗所使用的 SBS改性瀝青和兩種溫拌劑在各自摻量氛圍內(nèi)的瀝青針入度均滿足規(guī)范要求。溫拌劑2號對瀝青老化前后的針入度影響很??；溫拌劑1號的加入顯著降低了瀝青老化前后的針入度，但針入度比提高顯著。

4 針入度指標(biāo)試驗分析

由表1及圖1、2可見，溫拌劑2號瀝青老化前和老化后的針入度隨摻量的增加變化均勻，沒有發(fā)生突變的現(xiàn)象，說明溫拌劑2號的摻量變化對瀝青感溫性能影響不是很大，并且對瀝青老化后的針入度影響不大。溫拌劑1號的瀝青針入度降低明顯，并隨著溫拌劑摻量的增加而降低，這說明添加了溫拌劑1號能使瀝青變硬，抵抗變形能力有所增加，因此添加溫拌劑1號溫拌劑的瀝青比添加溫拌劑2號具有更好的抗變形能力。

不同種類不同摻量溫拌劑下，瀝青老化后的針入度比如圖3。

圖3 不同摻量溫拌瀝青針入度比對比圖

由圖3可見，溫拌劑2號瀝青的針入度比略微提高，而溫拌劑1號瀝青的針入度比提高明顯，并且隨著摻量的增加而增大。通過不同類型的溫拌劑摻入瀝青后的針入度試驗，得出以下結(jié)論：

（1）溫拌劑2號對于瀝青針入度指標(biāo)的影響很小，而溫拌劑1號對瀝青針入度指標(biāo)的影響較大。這與兩種溫拌劑的作用機理有關(guān)。

（2）溫拌劑2號是水溶液，其作用機理是通過少量的表面活性劑、水與瀝青在拌合中的共同作用，借助強大的分散能力實現(xiàn)彼此融合，在膠結(jié)料內(nèi)部形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)水膜，水膜潤滑作用不受溫度影響，溫度下降時，水膜潤滑作用能夠很大程度抵消瀝青粘度增大的影響[2]，顯著增加瀝青混合料在較低溫度時的拌和工作性，從而實現(xiàn)溫拌，但其本身不具降粘的效果，而在制備溫拌瀝青時，其中的水溶液己經(jīng)基本揮發(fā)，只殘留少量的表面活性成分，所以對瀝青指標(biāo)影響不大。

（3）溫拌劑1號是固體小顆粒，其作用機理是通過降低瀝青膠結(jié)料的高溫粘度，但不降低其低溫粘度，從而降低瀝青混合料的拌合與壓實溫度，針入度明顯降低，表明溫拌劑1號使瀝青變硬、變稠，抗變形能力有所增加。

（4）添加溫拌劑1號的改性瀝青針入度比明顯高于添加溫拌劑2號的瀝青，表明老化對瀝青針入度的影響，添加溫拌劑1號的比添加溫拌劑2號的小。

5 結(jié)語

通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，本次選用的兩種溫拌劑均可顯著降低瀝青的施工溫度。

基于表面活性的液體溫拌劑基本不影響瀝青針入度指標(biāo)，相比于原樣瀝青，老化對瀝青的針入度影響較小，針入度比略有提高。聚烯烴類固體溫拌劑的加入顯著降低瀝青的針入度，且能提高瀝青的高溫抗變形能力，相比于原樣瀝青，老化對針入度影響更小，針入度比提高明顯。

[1]JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2011.

[2]邢向陽.溫拌瀝青混合料若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長安大學(xué),2010.