表面活性劑類溫拌劑對(duì)瀝青性能的影響分析

賈荷柱

（山西誠(chéng)達(dá)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006）

引言

近年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)不斷突破并取得舉世矚目的成就，同時(shí)對(duì)瀝青混合料施工技術(shù)也提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料（Hot Mixture Asphalt，簡(jiǎn)稱HMA）的拌和溫度范圍為140～180 ℃，且在140 ℃以上的溫度下進(jìn)行壓實(shí)才能保證路面的施工質(zhì)量，HMA易受區(qū)域和季節(jié)等因素的制約，不利于路面的快速施工和運(yùn)營(yíng)使用。而溫拌瀝青混合料（Warm Mix Asphalt，簡(jiǎn)稱WMA）則在相對(duì)較低的溫度范圍內(nèi)即可拌和，可以滿足廣泛的壓實(shí)溫度范圍，適合在不同季節(jié)施工同時(shí)兼?zhèn)渚G色節(jié)能等特點(diǎn)。相比于HMA的拌和溫度，WMA的拌和溫度下降約10～50 ℃，相應(yīng)的加熱燃料成本降低約40%。此外，溫拌劑改善了瀝青黏度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)性質(zhì)，使得混合料更易壓實(shí)，這也降低了壓實(shí)機(jī)械的耗能成本[1]。在某些市政道路的建設(shè)中，溫拌瀝青因其壓實(shí)溫度低而更適合在夜間施工，同時(shí)能夠減少煙霧等排放，符合市區(qū)對(duì)環(huán)境管控的要求。因此，溫拌瀝青混合料的應(yīng)用范圍是十分廣闊的[2]。趙桂娟和郭平[3]通過(guò)測(cè)試自制的HH-X型溫拌劑對(duì)瀝青性能的影響，發(fā)現(xiàn)溫拌劑對(duì)瀝青的三大指標(biāo)影響較小，但能夠顯著增加瀝青與集料的黏附性。孟良[4]對(duì)溫拌瀝青混合料的使用性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)溫拌瀝青混合料的抗車轍能力顯著增強(qiáng)，但抗水損能力降低。然而現(xiàn)有的研究對(duì)加入溫拌劑后瀝青材料的感溫性能和黏溫性能的變化規(guī)律尚不夠深入。選取不同的表面活性劑類溫拌劑，研究溫拌劑種類對(duì)瀝青感溫性能和黏溫性能的影響。

1 試驗(yàn)方案

為了分析溫拌劑對(duì)瀝青性能的影響，本次試驗(yàn)分別對(duì)瀝青添加溫拌劑前后的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，同時(shí)用薄膜烘箱老化試驗(yàn)（TFOT）對(duì)瀝青進(jìn)行老化處理，模擬瀝青在拌和與生產(chǎn)過(guò)程中的老化過(guò)程。試驗(yàn)選用SK70#基質(zhì)瀝青、殼牌70#瀝青、蘭煉90#基質(zhì)瀝青，溫拌劑選用Evotherm和DAT，瀝青的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 1。

表 1 瀝青的技術(shù)指標(biāo)

具體試驗(yàn)步驟：（1）首先對(duì)瀝青材料進(jìn)行性能指標(biāo)測(cè)定，然后進(jìn)行薄膜烘箱老化試驗(yàn)?zāi)M瀝青材料的老化過(guò)程，再對(duì)老化后的瀝青進(jìn)行性能測(cè)試。（2）溫拌劑的參配比例確定為溫拌劑：瀝青=2∶18，采用加熱蒸發(fā)掉混合物中的水分，對(duì)剩余的殘留物分別測(cè)定老化前、后性能指標(biāo)。

2 瀝青主要技術(shù)指標(biāo)變化規(guī)律

2.1 溫拌劑對(duì)瀝青針入度的影響

Evotherm溫拌劑和DAT溫拌劑對(duì)瀝青針入度的影響見(jiàn)圖1。可知：（1）在不同溫度下，兩種溫拌劑對(duì)于SK70#瀝青不同測(cè)試溫度下的針入度幾乎沒(méi)有影響。（2）對(duì)殼牌70#瀝青針入度指標(biāo)而言，在15 ℃條件下，針入度指標(biāo)在加入Evotherm溫拌劑和DAT溫拌劑后，分別增加3和4；在 25 ℃溫度下，針入度指標(biāo)則分別下降5.9和7.9；在 30 ℃條件下，針入度指標(biāo)則分別增加4和減少1，試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明兩種溫拌劑對(duì)殼牌70#瀝青針入度指標(biāo)的影響無(wú)較強(qiáng)的規(guī)律可循。（3）對(duì)于蘭煉90#瀝青，在15 ℃及25 ℃條件下，Evotherm溫拌劑和DAT溫拌劑的加入沒(méi)有改變?yōu)r青的針入度，而在30 ℃條件下，Evotherm溫拌劑和DAT溫拌劑的加入后，針入度指標(biāo)分別下降11和10.5。

圖 1 溫拌劑對(duì)瀝青針入度的影響

2.2 針入度指數(shù)變化規(guī)律

Evotherm溫拌劑和DAT溫拌劑對(duì)瀝青針入度指數(shù)PI的影響見(jiàn)表2?？梢园l(fā)現(xiàn)：SK70#瀝青、殼牌70#瀝青、蘭煉90#瀝青在加入溫拌劑后的針入度指數(shù)PI都有增大的趨勢(shì)，但是增大的效果有所差異。（1）對(duì)于SK70#瀝青，加入Evotherm溫拌劑后，PI值增加了0.24，加入DAT溫拌劑后，PI值增加了0.25，說(shuō)明Evotherm溫拌劑和DAT溫拌劑對(duì)殼牌70#瀝青感溫性能的改變效果一致。（2）對(duì)于殼牌70#瀝青，加入Evotherm溫拌劑和DAT溫拌劑后，PI值分別增加0.35和0.66，說(shuō)明DAT溫拌劑對(duì)殼牌70#瀝青感溫性能的改善效果強(qiáng)于Evotherm溫拌劑。（3）對(duì)于蘭煉90#瀝青，兩種溫拌劑對(duì)其感溫性能的改善效果和殼牌70#瀝青類似。這說(shuō)明瀝青的感溫性在一定程度上受到了溫拌劑的影響，為改善瀝青的感溫性提供了方法。

表 2 溫拌劑類型對(duì)瀝青針入度指數(shù)PI的影響

2.3 瀝青黏溫曲線變化規(guī)律

采用布氏黏度計(jì)測(cè)定基質(zhì)瀝青及溫拌瀝青在95 ℃、115 ℃、135 ℃、155 ℃下的黏度，在試驗(yàn)過(guò)程中，首先預(yù)熱瀝青及轉(zhuǎn)子達(dá)到設(shè)定的溫度，然后將瀝青貫入試模，裝備好轉(zhuǎn)子后進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖 2結(jié)果可知，三種瀝青的黏度值均隨溫度的升高而急速下降，但三種瀝青的黏溫曲線的衰減速率均在135 ℃處有所減緩后又繼續(xù)增大。（1）對(duì)于SK70#瀝青，在添加兩種溫拌劑后，僅95 ℃下的黏度出現(xiàn)細(xì)微差別，115 ℃、135 ℃、155 ℃ 試驗(yàn)溫度條件下溫拌劑的加入對(duì)于SK70#瀝青的黏度幾乎沒(méi)有影響。（2）對(duì)于殼牌70#瀝青，在95 ℃試驗(yàn)溫度下，加入Evotherm溫拌劑后，黏度值減少了0.092 Pa·s，加入DAT溫拌劑后，黏度值減少了0.198 Pa·s，說(shuō)明在95 ℃試驗(yàn)溫度下DAT溫拌劑的降黏效果強(qiáng)于Evotherm溫拌劑。在115 ℃試驗(yàn)溫度下，則溫拌劑的降黏效果更加明顯，加入Evotherm溫拌劑后，黏度值減少了0.135 Pa·s，加入DAT溫拌劑后，黏度值減少了0.235 Pa·s。隨著試驗(yàn)溫度的繼續(xù)升高，溫拌劑對(duì)殼牌70#瀝青的黏度幾乎沒(méi)有影響。（3）對(duì)于蘭煉90#瀝青，DAT溫拌劑的降黏效果強(qiáng)于Evotherm溫拌劑，在95 ℃下和115 ℃下，加入DAT后黏度分別下降0.438 Pa·s和0.132 Pa·s，溫度繼續(xù)上升后，溫拌劑的降黏效果則不再明顯。

圖 2 黏溫曲線變化規(guī)律

3 結(jié)語(yǔ)

（1）表面活性劑類溫拌劑對(duì)瀝青膠結(jié)料的針入度、黏溫曲線等物理指標(biāo)幾乎沒(méi)有影響，這與水分在混合料中的游離狀態(tài)有關(guān)，在拌和過(guò)程中水分游離在混合料中提升了混合料的施工和易性，而在經(jīng)過(guò)攤鋪壓實(shí)后，游離的水分揮發(fā)，只留有溫拌劑和混合料，混合料的物理結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變。

（2）Evotherm和DAT兩種溫拌劑對(duì)針入度指數(shù)的影響作用相似，說(shuō)明溫拌劑對(duì)瀝青的感溫性能影響較大，這在一定程度上能提升瀝青的抗老化性能，因此，表面活性類溫拌劑能夠起到延緩瀝青老化的作用。

（3）Evotherm和DAT兩種溫拌劑在95 ℃和115 ℃條件下對(duì)殼牌70#和蘭煉90#瀝青的降黏作用明顯，溫拌劑DAT的降黏作用強(qiáng)于溫拌劑Evotherm。