溫拌瀝青混合料性能分析與應(yīng)用實(shí)踐

摘 要：本文針對(duì)溫拌瀝青混合料的性能進(jìn)行深入分析，重點(diǎn)對(duì)比Sasobit與DAT兩種典型溫拌劑對(duì)瀝青混合料性能的影響。研究通過成型時(shí)的降溫效果、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性等多維度測(cè)試分析，運(yùn)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)展示了溫拌技術(shù)的優(yōu)越性。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DAT在成型降溫方面效率更佳，而Sasobit對(duì)高溫穩(wěn)定性和低溫性能有顯著提升，但須注意其低溫下對(duì)混合料性能的潛在負(fù)面影響。此外，溫拌技術(shù)在節(jié)能減排、低碳環(huán)保、施工便捷性及延長(zhǎng)路面壽命等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

關(guān)鍵詞：溫拌瀝青混合料；溫拌劑；路面工程

中圖分類號(hào)：U 41 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

溫拌瀝青混合料作為現(xiàn)代道路建設(shè)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)創(chuàng)新，其在節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)及施工便利性方面的優(yōu)勢(shì)逐漸受到關(guān)注。本文研究旨在系統(tǒng)分析溫拌瀝青混合料的關(guān)鍵性能，對(duì)比不同溫拌劑對(duì)瀝青混合料成型溫度、高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性等因素的具體影響以及低溫環(huán)境下的抗裂性能，為溫拌技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。同時(shí)，關(guān)注溫拌劑對(duì)節(jié)能減排和環(huán)境的正面影響，推動(dòng)溫拌技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

1 溫拌瀝青混合料的優(yōu)勢(shì)

1.1 節(jié)能減排

傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料的拌和與施工通常需要較高的溫度，一般在150°C～180°C，而溫拌瀝青混合料可以在更低的溫度下（約為50°C～120°C）進(jìn)行拌和[1]，顯著減少了加熱瀝青和集料所需的燃料消耗。由于所需熱量減少，二氧化碳等溫室氣體的排放量也會(huì)隨之減少，同時(shí)也能減少瀝青煙氣等有害空氣污染物的釋放量[2]，因此，在較低的溫度下，瀝青中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）和其他有害物質(zhì)的排放量會(huì)有效減少，有助于改善施工區(qū)域及周邊的空氣質(zhì)量。

1.2 低碳環(huán)保

通過大幅度降低拌合與施工時(shí)的溫度，溫拌技術(shù)可以顯著減少整個(gè)施工過程的碳排放量以及有害顆粒物。而且溫拌技術(shù)兼容性好，易于與再生瀝青混合料結(jié)合使用，促進(jìn)了廢舊瀝青路面材料的回收再利用，減少了固體廢棄物[3]，也符合國(guó)家及地方對(duì)綠色建筑和可持續(xù)建設(shè)的政策導(dǎo)向，大幅度減少了瀝青混合料生產(chǎn)和建設(shè)時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響，尤其在城市區(qū)域尤為適用，可以減少對(duì)城市周邊生態(tài)環(huán)境和空氣質(zhì)量的影響，對(duì)可持續(xù)發(fā)展起到積極促進(jìn)的作用。

2 溫拌瀝青混合料性能分析

本文將結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)溫拌瀝青混合料的性能進(jìn)行探究。測(cè)試將添加兩種不同類型的有機(jī)溫拌劑對(duì)70#瀝青以及SBS改性瀝青混合料性能影響的差異。兩種有機(jī)溫拌劑為Sasobit（一種有機(jī)降黏溫拌劑）與DAT（一種表面活性溫拌劑）[4]。通過試驗(yàn)，將從瀝青混合料的成型降溫效果、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等方面進(jìn)行全面對(duì)比和評(píng)價(jià)，以此深入了解其性能。兩種溫拌劑的技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)值如下。Sasobit基本技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)：25°C時(shí)，其密度為0.9 g/cm3，熔點(diǎn)為98°C，閃點(diǎn)為285°C，平均分子量為1000 g/mol。DAT基本技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)：pH為8.1，胺值為210 mg/g，固含量為11%。

2.1 成型降溫效果

在此次研究中，瀝青配置料選用符合交通運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的石灰?guī)r礦料，并設(shè)計(jì)為Sup-20型級(jí)配，旨在優(yōu)化混合料的力學(xué)性能，在混合料設(shè)計(jì)中，設(shè)定油石比為4.6%。在測(cè)試階段，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)（SGC）技術(shù)模擬實(shí)際施工條件，對(duì)溫拌瀝青混合料及溫拌SBS改性瀝青混合料在不同壓實(shí)溫度下的性能進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。具體而言，溫拌瀝青混合料的壓實(shí)成型溫度分別設(shè)定為100℃、115℃、130℃、145℃，而針對(duì)溫拌SBS改性瀝青混合料，則相應(yīng)提高了壓實(shí)溫度，設(shè)置為110℃、125℃、140℃、155℃，以此考察溫拌瀝青在各階段成型溫度下的孔隙率。建立回歸方程后測(cè)算最終的成型溫度（y為瀝青混合料孔隙率，x為成型溫度，普通瀝青與改性瀝青的常規(guī)成型溫度為145℃、155℃），回歸方程測(cè)試計(jì)算后的降溫效果見表1。

從表1可以看出，當(dāng)目標(biāo)空隙率設(shè)定為4%時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，與常規(guī)熱拌瀝青混合料相比（成型溫度在145℃），采用Sasobit技術(shù)的AH70#+Saso溫拌瀝青混合料的成型溫度降低約 21℃，這種降幅超出由瀝青黏-溫特性曲線理論預(yù)估約7℃的降幅。與此同時(shí)，AH70#+DAT溫拌瀝青混合料的降溫性能更為出色，成型溫度降幅達(dá)到28℃，進(jìn)一步凸顯了其在溫拌技術(shù)中的高效節(jié)能潛力。引入Sasobit使溫拌SBS改性瀝青混合料的成型溫度比普通SBS改性瀝青混合料下降大約15℃，而將DAT應(yīng)用于SBS改性瀝青混合料時(shí)，降幅則達(dá)到21℃，再次證明DAT在降溫效果上占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

上述對(duì)比分析說明，無論是基礎(chǔ)瀝青混合料還是SBS改性瀝青混合料，DAT溫拌劑在實(shí)現(xiàn)低成型溫度、滿足既定空隙率要求方面，具有更為卓越的性能。因此，根據(jù)成型溫度與空隙率之間的回歸方程式確定溫拌瀝青混合料的施工溫度，是一種更為科學(xué)、可靠的策略，它不僅可以保證施工過程的高效性與混合料性能的穩(wěn)定性，還可以有效指導(dǎo)實(shí)際工程中的溫拌技術(shù)應(yīng)用。

2.2 高溫穩(wěn)定性

對(duì)溫拌瀝青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定測(cè)試，并采用車轍試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果見表2，所有測(cè)試樣品的動(dòng)穩(wěn)定度均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，表明即使在降低拌和與壓實(shí)溫度的條件下，溫拌技術(shù)并未對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。Sasobit表現(xiàn)出了顯著的增強(qiáng)效果，可以提升基質(zhì)瀝青混合料的高溫性能。試驗(yàn)條件下的60℃溫度低于Sasobit的熔點(diǎn)，導(dǎo)致Sasobit以一種網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)均勻地存在于瀝青內(nèi)部。Sasobit的特性是熔點(diǎn)略低于沸點(diǎn)，當(dāng)溫度高于115 ℃時(shí)完全融入瀝青。由于Sasobit介入，因此瀝青的加工溫度可大幅降低約30℃，可以顯著節(jié)約能源并減少排放。在低于其熔點(diǎn)的狀態(tài)下，Sasobit在瀝青中形成獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有效地增強(qiáng)了混合料的剛度和抗變形能力，極大改善了混合料的穩(wěn)定性和抗車轍性能，使原本柔軟的瀝青得以升級(jí)，有效規(guī)避高溫下流動(dòng)與泛油問題。相比之下，DAT雖然也能夠作為溫拌劑使用，但它對(duì)瀝青混合料的高溫性能影響相對(duì)較小。DAT具備出色的兼容性，不僅適用于基礎(chǔ)瀝青，還能與SBS、SBR聚合物改性瀝青及橡膠瀝青等高性能改性瀝青完美結(jié)合，全面提升瀝青的綜合性能，體現(xiàn)了其在多種應(yīng)用場(chǎng)合的廣泛適用性，表明DAT可以通過其優(yōu)異的降溫能力為溫拌過程提供支持，而非直接大幅改善混合料的高溫力學(xué)特性。

綜合來看，兩種溫拌劑各有側(cè)重，Sasobit在提升混合料勁度和動(dòng)穩(wěn)定度方面展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，而DAT則以其高效的降溫效率為溫拌工藝帶來便利，兩者均可根據(jù)具體工程需求和材料特性進(jìn)行優(yōu)選。

2.3 水穩(wěn)定性

為了更全面地評(píng)估溫拌劑對(duì)瀝青混合料耐久性的影響，研究采納了循環(huán)凍融劈裂試驗(yàn)這種衡量長(zhǎng)期水穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)方法。根據(jù)行業(yè)規(guī)范，將試樣置于98.3kPa～98.7kPa的真空環(huán)境中飽水15min，隨后轉(zhuǎn)移至-18℃下冷凍16h，再移入60℃水浴中回溫保濕24h，這是一個(gè)完整的凍融循環(huán)。表3的初步觀測(cè)結(jié)果顯示，在第一次循環(huán)測(cè)試后，測(cè)試的兩種溫拌劑對(duì)瀝青混合料的抗水損害性能影響不甚明顯。然而，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增至2次和3次，區(qū)別開始顯現(xiàn)。Sasobit處理的溫拌瀝青混合料呈現(xiàn)出凍融強(qiáng)度比的最低值，暗示使用Sasobit可能會(huì)削弱混合料在長(zhǎng)期暴露于水分循環(huán)條件下的水穩(wěn)定性。相反，DAT溫拌瀝青混合料在經(jīng)歷多次凍融后，其凍融強(qiáng)度比非但沒有下降，反而有所提升，直接證明了DAT在增強(qiáng)瀝青混合料長(zhǎng)期水穩(wěn)定性方面的積極作用。本文深入探究DAT溫拌劑的作用機(jī)制，研究表明，它能夠有效調(diào)節(jié)瀝青的極性成分及Lewis酸堿相互作用參數(shù)，這種調(diào)整有利于改善瀝青的表面自由能特性，進(jìn)而使瀝青與集料間黏附性增強(qiáng)，從根本上提高瀝青混合料抵抗水分侵蝕的能力。這些結(jié)果不僅驗(yàn)證了DAT在提升瀝青混合料水穩(wěn)定性能上的優(yōu)越性，也為溫拌混合料設(shè)計(jì)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

2.4 低溫抗裂性

為了測(cè)試瀝青集料在低溫下的抗裂性能，本文設(shè)計(jì)了低溫測(cè)試方案。在－10℃低溫彎曲小梁破壞試驗(yàn)中，對(duì)溫拌瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)估。試驗(yàn)結(jié)果見表4，除了Sasobit摻配的溫拌瀝青混合料的彎拉應(yīng)變未能達(dá)到規(guī)范設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)之外，其他類型的溫拌瀝青混合料彎拉應(yīng)變均符合規(guī)范要求，顯示了良好的低溫韌性。這表明添加DAT溫拌劑對(duì)瀝青混合料的低溫性能影響相對(duì)有限，不會(huì)顯著降低其在低溫條件下的彎曲性能。相比之下，通過分析極限彎拉應(yīng)變與彎曲勁度模量等關(guān)鍵指標(biāo)，可以更深入地理解Sasobit對(duì)瀝青混合料低溫性能的不利影響。由于Sasobit核心成分為蠟質(zhì)物質(zhì)，因此在低溫環(huán)境下，蠟分子與部分吸附的瀝青輕質(zhì)組分共同析出，這個(gè)過程導(dǎo)致瀝青變得脆弱且硬度增加，進(jìn)而削弱了混合料的整體低溫性能，這種效應(yīng)在不含改性劑的普通瀝青混合料中體現(xiàn)得更為突出。因此，使用Sasobit須謹(jǐn)慎考慮其對(duì)低溫環(huán)境下的瀝青混合料性能潛在的負(fù)面作用。

3 溫拌瀝青混合料應(yīng)用實(shí)踐

國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》指出，為加快基礎(chǔ)設(shè)施綠色升級(jí)，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施綠色發(fā)展水平，要求積極推廣應(yīng)用溫拌瀝青等節(jié)能環(huán)保先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品。在瀝青路面施工中，由于溫拌改性材料具有卓越的性能改善效果，在節(jié)能減排、低碳環(huán)保方面也可以起到積極作用，因此逐步得到推廣和應(yīng)用。然而，國(guó)外溫拌改性材料（例如Sasobit）受生產(chǎn)規(guī)模的限制，年產(chǎn)量相當(dāng)有限，國(guó)內(nèi)銷售價(jià)格相對(duì)較高，從而限制了溫拌材料在我國(guó)的應(yīng)用前景。因此，開發(fā)和升級(jí)國(guó)內(nèi)溫拌改性材料技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)代替非常尤為重要。

在廈門，交通行業(yè)主管部門按照“先行先試、逐步推廣”的原則，鼓勵(lì)和推動(dòng)溫拌瀝青在交通基礎(chǔ)設(shè)施工程的應(yīng)用，由于對(duì)混合料的穩(wěn)定性和抗車轍性能要求較高，因此將廈門海滄區(qū)疏港通道與蘆澳路路面工程作為應(yīng)用國(guó)產(chǎn) GSCbit 環(huán)保型多功能瀝青改性劑的溫拌瀝青試驗(yàn)路段，驗(yàn)證應(yīng)用國(guó)產(chǎn)GSCbit溫拌劑的瀝青混合料的路用性能和相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。根據(jù)試驗(yàn)路段攤鋪過程中的檢測(cè)數(shù)據(jù)（以AC-25C下面層為例），進(jìn)行試驗(yàn)。

馬歇爾對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果見表5，添加溫拌劑的混合料降溫達(dá)到25℃，140℃馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果與未添加該溫拌劑混合料165℃擊實(shí)后性能相當(dāng)。具體來看，AC-25C溫拌混凝土在加入了國(guó)產(chǎn)GSCbit溫拌劑后，最終的成型溫度大幅降低了約25℃，但這并未影響其成型后的性能。例如油石比、毛體積相對(duì)密度、孔隙率、穩(wěn)定度等指標(biāo)，與未添加國(guó)產(chǎn)GSCbit溫拌劑的AC-25C混凝土相比，性能幾乎相當(dāng)。這說明在能量消耗降低的情況下，AC-25C溫拌混凝土仍能達(dá)到原先的性能標(biāo)準(zhǔn)，展示出了國(guó)產(chǎn)GSCbit溫拌劑的優(yōu)越性能。

路用性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表6，添加溫拌劑的混合料降溫25℃擊實(shí)后，抗車轍性能、低溫彎曲性能、浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于未添加溫拌劑混合料165℃擊實(shí)后的路用性能。說明溫拌劑不僅具有溫拌性能，同時(shí)還改善了瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

在相同施工工藝條件下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表7，添加溫拌劑的混合料壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求，也優(yōu)于未添加溫拌劑混合料的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度。

根據(jù)試驗(yàn)路段的工程實(shí)踐表明，與同類型熱拌瀝青相比，采用溫拌瀝青技術(shù)在瀝青混合料生產(chǎn)、攤鋪等環(huán)節(jié)，可以降低生產(chǎn)和施工溫度25℃～35℃，節(jié)約能源消耗20%～30%，相當(dāng)于二氧化碳減排量為5kg/t～7kg/t瀝青混合料，即一個(gè)50萬t的瀝青混合料攪拌站全部采用溫拌瀝青，每年可減排二氧化碳2500t～3500t，二氧化碳減排效果非常明顯。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工溫度降低，有毒有害氣體和瀝青煙霧排放也明顯下降，特別是致癌物質(zhì)苯并芘大幅下降，具有非常顯著的環(huán)保效益。綜合來看，使用溫拌劑的優(yōu)越性體現(xiàn)在低碳經(jīng)濟(jì)性，使用后能夠顯著減少因加熱所需燃料而產(chǎn)生的溫室氣體排放，減少在瀝青生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的有害氣體排放，例如二氧化硫、氮氧化物等。有效抑制了瀝青膠結(jié)料在高溫下的過快老化，實(shí)現(xiàn)了瀝青的良好路用性能，延長(zhǎng)了路面的使用壽命，證明其在建筑領(lǐng)域的具有良好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)溫拌瀝青混合料進(jìn)行性能分析，不僅可以顯著減少施工能耗和環(huán)境污染，還能有效提升混合料的力學(xué)性能，滿足不同工況需求。各類溫拌劑各有優(yōu)缺點(diǎn)，Sasobit在低溫下可能影響混合料性能，而DAT在提升低溫抗裂性方面表現(xiàn)較佳，但高溫穩(wěn)定性不如Sasobit。Sasobit的生產(chǎn)量有限，大面積推廣應(yīng)用有一定困難，因此本文提到的國(guó)產(chǎn)GSCbit環(huán)保型溫拌劑有良好的發(fā)展空間。針對(duì)特定工程條件和環(huán)境要求，精準(zhǔn)選用溫拌劑，優(yōu)化溫拌瀝青混合料設(shè)計(jì)，將是后續(xù)提升交通基礎(chǔ)設(shè)施綠色發(fā)展水平的重要途徑。

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