瀝青混凝土溫拌改性劑的研制與應(yīng)用研究

中圖分類號：U414 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）13-0067-05

Abstract：Withthedevelopmentofubanconstructionand transpoitation facilities，theperformanceandqualityrequirements ofasphaltconcretehavebecomeincreasinglystringent.Aimingatthecommonproblemsofhighviscosityandeasyadhesionof asphaltconcreteduringconstruction，thispaperiscommittedtodevelopingnewspecialwarmmixmodfiers.Throughsystematic comparativetestsonvariouswarmmixmodfierfomulasandtheirdiferentdosageamounts，theaimistodeterminean optimizedself-madewarmmixmodifierformulaanditsoptimalmixingratiotoachievethebestperformanceefect.Theresearch resultsshowthattheoptimalratioofSES：aliphaticresin：phenolicresinvulcanizingagentinthewarmmixmodifieris5：3：3，and the optimal amount is 6 % ，considering the dual effects of economy and efficiency.This result will lay a foundation for the engineering application of the warm mix modifier.

Keywords： asphalt concrete; warm mix modifier;SEBS；aliphatic hydrocarbon resin; phenolic resin vulcanizing agent

城市高等級公路路面建設(shè)中常采用瀝青混凝土，其性能和質(zhì)量直接影響行車舒適度、結(jié)構(gòu)層耐久性和行車安全性。瀝青混凝土質(zhì)量一方面決定于材料性能，另一方面也與其攪拌澆筑工藝相關(guān)。目前，在實(shí)際工程中發(fā)展了熱拌、冷拌和溫拌等施工技術(shù)[2-3]，其中熱拌是通過高溫加熱瀝青與集料混合，施工質(zhì)量有保障，但需專用設(shè)備進(jìn)行攪拌，且對施工過程控制要求嚴(yán)格，對環(huán)境及作業(yè)人員健康影響較大；冷拌是在常溫下進(jìn)行混合料的拌合，無需額外加熱升溫，施工控制較易，節(jié)能環(huán)保更佳；溫拌技術(shù)巧妙結(jié)合了冷拌和熱拌的優(yōu)點(diǎn)，既降低了施工溫度又保持了接近熱拌的路用性能，因此，溫拌瀝青混凝土成型技術(shù)在道路建設(shè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。

近年來，關(guān)于瀝青混凝土溫拌改性劑材料組成及性能方面，已進(jìn)行過不少試驗(yàn)研究，如尹應(yīng)梅等采用動態(tài)剪切流變儀（DSR）技術(shù)，探究了不同劑量改性劑融入70#基質(zhì)瀝青后，對高模量溫拌改性瀝青的基礎(chǔ)物理性能及抗疲勞特性的影響;Sun等的動力黏度測試進(jìn)一步確認(rèn)了廢棄食用油提煉生物柴油在瀝青改性中的潛力，指出該改性劑能顯著降低瀝青混合料的施工溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目標(biāo)；鑒于改性劑種類及其摻量對瀝青混凝土溫拌質(zhì)量有顯著影響，通過試驗(yàn)篩選出一種高效穩(wěn)定的溫拌改性劑，對于提升工程質(zhì)量具有重要的實(shí)踐意義。因此，本文通過不同配比改性劑對比試驗(yàn)，驗(yàn)證該溫拌改性劑在提高施工性能、改善材料黏度特性和降低粘結(jié)性方面的有效性，試圖提供一種性能優(yōu)良的改性劑配方。

1工程概況及測試指標(biāo)

本項(xiàng)目以石家莊市北部片區(qū)城市基礎(chǔ)設(shè)施提升改造工程二期南水北調(diào)橋?yàn)橐劳?，旨在圍繞瀝青降黏改性的目標(biāo)展開研究，其核心理念是將溫拌改性劑添加到瀝青中，以改善其施工可操控性，從而達(dá)到低溫?cái)嚢韬湍雺旱哪康?，同時確保瀝青路面在正常情況下的使用性能不受影響。為此，研制在常溫下增黏、高溫下降黏的直投式特殊改性材料，以降低混合料出料時的黏度，使其在溫度不超過 時仍具有良好的流動性。

為評估改性劑效能，采用針人度、軟化點(diǎn)及延度作為核心評價指標(biāo)[7-8，這3項(xiàng)指標(biāo)分別衡量瀝青的黏彈性、高溫穩(wěn)定性及低溫韌性，共同構(gòu)成對改性瀝青綜合性能的全面反映。

2溫拌改性劑的作用機(jī)理

溫拌改性劑技術(shù)是一種創(chuàng)新的瀝青混合料優(yōu)化手段，其核心在于引入低熔點(diǎn)有機(jī)降黏劑來實(shí)現(xiàn)瀝青黏度的降低和低溫性能的提升；其原理是降黏劑一旦與瀝青混合，會迅速且均勻地溶解于瀝青之中，二者分子間會發(fā)生復(fù)雜的交互作用，調(diào)整瀝青分子的排列與相互作用模式[。溫拌改性劑技術(shù)以其操作簡便、效果顯著的優(yōu)點(diǎn)，得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可[]。目前，全球范圍內(nèi)已有幾十種溫拌方法及配套改性劑被成功研制，大部分已成功投入市場，且經(jīng)查閱資料，溫拌改性劑主要生產(chǎn)方式包括以下4種[12-13]。

2.1溫拌泡沫瀝青法（WMA-Foam）

該技術(shù)核心在于將軟質(zhì)瀝青、泡沫瀝青等摻合至混合料中，以降低黏度，促進(jìn)瀝青與礦料在低溫下的充分融合，實(shí)現(xiàn)溫拌。具體步驟包括：在高溫（ 環(huán)境下，先是將軟質(zhì)瀝青與骨料混合，確保瀝青均勻裹覆骨料表面，形成初始瀝青膜，增強(qiáng)黏附性；隨后，將硬化瀝青進(jìn)行泡沫化處理，并摻入預(yù)拌混合料中，利用泡沫瀝青的特性進(jìn)一步提升混合料的均勻性和穩(wěn)定性，從而優(yōu)化道路性能與壓實(shí)效果。

2.2 有機(jī)添加劑法

此技術(shù)通過在瀝青混合料中引入低熔點(diǎn)有機(jī)添加劑，旨在改善瀝青的物理化學(xué)特性，降低其高溫黏度，提升流動性與拌和性。目前，合成蠟與低分子量酯類化合物作為有效的化學(xué)添加劑已被廣泛應(yīng)用。2類添加劑在特定溫度（約 ）下熔化，釋放大量液體，有效降低混合料黏度，保持其工作性能，促進(jìn)瀝青與集料的順暢拌和。

2.3乳化瀝青溫拌法

此技術(shù)基于乳化原理，將常規(guī)瀝青轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的乳狀形態(tài)，并以高濃度（固含量近 70 % ）乳化瀝青作為高溫?zé)釣r青的替代品，實(shí)現(xiàn)瀝青使用方式的創(chuàng)新，并在 溫度范圍內(nèi)進(jìn)行拌和，施工所需設(shè)備、工序完全沿用熱拌瀝青混合料的模式，無需進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備更新或流程調(diào)整，同時，由于乳化瀝青具有較低黏度，使其在低溫環(huán)境下與礦料混合更加容易、充分，從而達(dá)到預(yù)期的溫拌效果。

2.4 瀝青-礦物法

該技術(shù)通過將特定礦物質(zhì)（如Aspha-Min合成沸石）融入瀝青混合料，利用二者間相互作用促進(jìn)瀝青在較低溫度下發(fā)泡，進(jìn)而優(yōu)化拌合性。這些泡沫不僅充當(dāng)潤滑劑，還能在 的低溫區(qū)間內(nèi)維持卓越的拌和效能；該方法顯著減少了能源的消耗，并且降低了溫室氣體的排放，不僅提高了施工效率而且符合綠色發(fā)展的需求。

本文通過深入剖析國內(nèi)外溫拌改性劑的成分和作用機(jī)制，研發(fā)了一種新型溫拌改性劑，其核心成分為SEBS、脂肪族烴樹脂和酚醛樹脂硫化劑?？紤]到SEBS的應(yīng)用特性，由于其與基質(zhì)瀝青難以相容且熔點(diǎn)較高，通常需要高溫溶解，不符合節(jié)能要求。根據(jù)前人的研究提出一種解決方案：將SEBS完全溶解于甲苯，再與瀝青混合，利用SEBS與瀝青在甲苯中的共溶解特性從而避免需要高溫才能溶解的問題

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，通過對比改性后瀝青與基質(zhì)瀝青在三大常規(guī)指標(biāo)上的差異來確定最佳摻量和配合比。試驗(yàn)中使用的基質(zhì)瀝青為高標(biāo)號90#道路瀝青。

3不同組分溫拌劑對基質(zhì)瀝青性能影響及分析

本節(jié)集中探討多種溫拌改性劑配方如何影響瀝青混合料的特性。依據(jù)針入度、軟化點(diǎn)及延度等標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，深入分析不同改性劑摻量對基質(zhì)瀝青在不同溫度條件下的性能變化。試驗(yàn)中，將靈活調(diào)整各溫拌改性劑的配比，以全面評估各配方對基質(zhì)瀝青性能的具體作用。通過對比分析，確定自制溫拌改性劑的最優(yōu)配比方案。首先，設(shè)定改性劑外摻率為基質(zhì)瀝青的4 % ，隨后采用單因素分析方法優(yōu)化各成分的最佳配比。嚴(yán)格遵循JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的要求，對溫拌瀝青的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)測試，從而精確判定當(dāng)前配比下各變量組分對基質(zhì)瀝青性能的最佳貢獻(xiàn)度[14]。

3.1SEBS組分對溫拌改性基質(zhì)瀝青性能影響

通過查閱相關(guān)資料表明[15]，SEBS能顯著提升基質(zhì)瀝青的寬溫性能。其機(jī)制在于SEBS在熱拌過程中軟化，與瀝青中的飽和分及芳香組分相互溶脹，引發(fā)物理結(jié)構(gòu)重組；隨后，通過酚醛硫化劑的化學(xué)交聯(lián)作用，構(gòu)建穩(wěn)固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)其彈性與粘結(jié)性能。

試驗(yàn)中，在 基質(zhì)瀝青中，分別固定脂肪族烴樹脂與酚醛樹脂硫化劑的摻量為 和 ，僅調(diào)整SEBS摻量作為變量 ，以探究其對改性效果的具體影響。

SEBS含量的優(yōu)化選擇是確保改性瀝青達(dá)到最佳性能與經(jīng)濟(jì)平衡的關(guān)鍵。在試驗(yàn)中，選擇了 的SEBS添加量，每 2 g 為一個循環(huán)。進(jìn)行5組平行實(shí)驗(yàn)，以探究不同SEBS含量的溫拌改性劑對瀝青3項(xiàng)基本性能的影響。具體結(jié)果趨勢如圖1所示。

由圖1可知，SEBS含量在 3 % ～ 5 % 時，針入度下降最明顯；超過 5 % 后，針入度有微小的上升趨勢。軟化點(diǎn)在SEBS從 1 % 增加到 5 % 的過程中提高約 提升率 2 1 % ，顯著改善高溫性能；超過 5 % 后，軟化點(diǎn)提升作用降低。延度在 3 % ～ 5 % 時改善最明顯，超過5 % 后提升速度減緩。綜合考慮性能和成本，SEBS的最佳用量為 4 % ～ 5 % 。

綜上，為在成本與性能間取得最佳平衡，建議溫拌改性劑中SEBS的最佳添加量為基質(zhì)瀝青的 5 % 。這一結(jié)論為后續(xù)脂肪族烴樹脂及酚醛樹脂硫化劑的變量分析奠定了基礎(chǔ)。

3.2脂肪族烴樹脂組分對溫拌改性基質(zhì)瀝青性能影響

在確定最佳SEBS摻量為 5 % 基質(zhì)瀝青、暫且不改變酚醛樹脂硫化劑含量的情況下，通過改變脂肪族烴樹脂含量，研究脂肪族烴樹脂對基體瀝青性質(zhì)的影響。

具體為在 1 0 0 g 基質(zhì)瀝青中，分別固定SEBS與酚醛樹脂硫化劑的摻量為 5 g 和 ，按照 1 % ～ 5 % 的比例 將脂肪族烴樹脂采樣，研究探討脂肪族烴樹脂溫拌改性劑對基質(zhì)瀝青3項(xiàng)關(guān)鍵性能的影響。圖2展示了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的脂肪族烴樹脂改性劑對基質(zhì)瀝青性能影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由圖2可知，隨著脂肪族烴樹脂添加量的增加，針入度下降趨勢逐漸緩慢，尤其在 2 % ～ 3 % 時最為顯著。超過 3 % 后，由于大分子含量提高，針入度下降減慢。在1 % ～ 5 % 范圍內(nèi)，改性瀝青的軟化點(diǎn)顯著提高，表明高溫?zé)岱€(wěn)定性增強(qiáng)。軟化點(diǎn)提升與樹脂摻量成正比， 1 % 23 % 范圍內(nèi)增幅最明顯，超過 3 % 后增幅減緩。溫拌瀝青中，延度先升后降， 2 % 摻量時最大達(dá) 1 4 0 m m ，超過 2 % 后逐漸降低，適量樹脂可改善低溫延伸性。

通過對不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的脂肪族烴樹脂在基質(zhì)瀝青中應(yīng)用的試驗(yàn)與分析，得出當(dāng)脂肪族烴樹脂摻量達(dá)到基質(zhì)瀝青 3 % 時，既能顯著提升其性能又能控制成本，因此，在溫拌改性劑中，以 3 % 脂肪族烴樹脂為最優(yōu)添加量。

3.3 酚醛樹脂硫化劑組分對溫拌改性基質(zhì)瀝青性能影響

基于前2節(jié)的研究基礎(chǔ)，SEBS和脂肪族烴樹脂的最佳摻量分別為 5 % 和 3 % 。為進(jìn)一步優(yōu)化降黏效果，針對酚醛樹脂硫化劑摻量進(jìn)行深入的變量試驗(yàn)。

具體為在 1 0 0 g 基質(zhì)瀝青中，分別固定SEBS與脂肪族烴樹脂的摻量為 和 3 g ，僅調(diào)整酚醛樹脂硫化劑摻量作為變量 ，研究脂肪族烴樹脂溫拌改性劑對基質(zhì)瀝青3項(xiàng)性能的影響，測試不同酚醛樹脂硫化劑摻量對基質(zhì)瀝青三大性能指標(biāo)的影響如圖3所示。

由圖3可知，隨著酚醛樹脂硫化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，溫拌改性瀝青的針入度先顯著下降后趨于平緩，1 % ～ 3 % 時針入深度降低最大。超過 3 % 后，針入度下降趨勢減緩。軟化點(diǎn)在 1 % ～ 3 % 時升高幅度最大，因?yàn)樾纬删W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增大流動阻力；超過 3 % 后提升幅度降低。延度方面，酚醛樹脂硫化劑對低溫性能改善有限，但在 2 % ～ 3 % 范圍內(nèi)有輕微提升作用。

考慮經(jīng)濟(jì)成本和其對性能的改善效果，得出在SEBS和脂肪族烴樹脂摻量固定時， 3 % 的酚醛樹脂硫化劑含量是基質(zhì)瀝青中的最佳劑量。

比較溫拌改性劑組分在不同配合比下對瀝青混合料性質(zhì)的影響，由此可以確定溫拌改性劑3組分SEBS：脂肪族烴樹脂：酚醛樹脂硫化劑的最佳質(zhì)量配合比為5：3：3，該配比在有效降低成本的同時，能夠最大程度地提升基質(zhì)瀝青的高溫性能、黏度及適當(dāng)?shù)牡蜏匦阅堋?/p>

4不同摻量溫拌改性劑對基質(zhì)瀝青性能影響及分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了溫拌改性劑的最優(yōu)組分配比，并在總用量不變的前提下，考察各組分摻量對瀝青混合料性質(zhì)的影響。本節(jié)將根據(jù)最佳組分比，制備溫拌改性劑，為評估其降黏改性效果及確定最佳摻量，綜合評估自制溫拌改性劑的各項(xiàng)性能，將其與Sasobit溫拌材料進(jìn)行了比較和分析。

4.1 自制溫拌改性劑與Sasobit不同摻量的對比試驗(yàn)方案

按照SEBS：脂肪族烴樹脂：酚醛樹脂硫化劑 = 5 ： 3 ： 3 的比例制作溫拌改性劑。制作原理是通過物理共混將甲苯和SEBS以7：3溶解后攪拌，再加入脂肪族烴樹脂和酚醛樹脂硫化劑攪拌，最后加入基質(zhì)瀝青繼續(xù)攪拌至黑色黏稠液體后進(jìn)行風(fēng)干成固體狀態(tài)。

在相同摻量與條件下，對比自制溫拌改性劑與Sasobit型溫拌劑對瀝青混合料綜合性能的影響；具體摻量變化參見表1。

4.2自制溫拌改性劑與Sasobit不同摻量試驗(yàn)結(jié)果對比分析

為比較自制溫拌改性劑與Sasobit對基質(zhì)瀝青性能的作用，設(shè)計(jì)了對比試驗(yàn)，其中將 2 % 4 % . 6 % . 8 % 和 10 % 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加劑分別融入基質(zhì)瀝青中。

試驗(yàn)中，首先將自制溫拌改性劑與Sasobit分別加入基質(zhì)瀝青，隨后遵循標(biāo)準(zhǔn)的自制溫拌工藝流程制備試樣，并系統(tǒng)測試這些試樣的3項(xiàng)關(guān)鍵性能。所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果三大性能指標(biāo)變化趨勢圖如圖4所示。

由圖3可知，自制溫拌改性瀝青針入度變化與溫拌劑摻量呈負(fù)相關(guān)，顯示出兩者對瀝青高溫性能的正面效應(yīng)。當(dāng)摻量低于 4 % 時，自制溫拌改性劑針入度顯著降低，之后雖增速放緩，但仍保持高效。軟化點(diǎn)方面，兩者摻量增加均提升了瀝青高溫性能，自制溫拌改性劑在此方面表現(xiàn)優(yōu)異，滿足常規(guī)工程對Sasobit摻量 ? 5 % ）的需求。在延度方面，自制溫拌改性劑在適量（如 6 % 摻量）下能有效提升瀝青延度，但是過量就會導(dǎo)致延度下降；而Sasobit型溫拌劑對瀝青延度有抑制作用，且抑制作用隨用量增加而增強(qiáng)，故在實(shí)際工程中，建議Sasobit摻量控制在 5 % 以內(nèi)以平衡性能與成本；相比之下，自制溫拌改性劑在提升延度方面表現(xiàn)出色，增幅高達(dá) 3 6 % ，顯示出良好的市場潛力。

通過以上對比分析，自制溫拌改性劑與Sasobit均能有效降低針入度、提升軟化點(diǎn)。但自制溫拌改性劑在4 % ～ 6 % 摻量下溫敏性與性價比更佳，且顯著優(yōu)于Sasobit在提高瀝青延度方面的表現(xiàn)，最佳摻量為 6 % 。綜上分析，確定自制溫拌改性劑 6 % 的最佳摻量可有效控制施工成本，又能最大化地改善瀝青的高低溫性能。

5結(jié)論

本文研制了一種專用的溫拌改性劑，旨在解決瀝青混凝土施工中常見的黏度大、易粘結(jié)等問題。通過系統(tǒng)性能評估，深入研究了改性劑成分及其摻量對基質(zhì)瀝青性能的具體影響，得出以下研究成果。

1）通過研究各組分不同比例溫拌改性劑對基質(zhì)瀝青性質(zhì)的影響，確定3組份SEBS、脂肪族烴樹脂、酚醛樹脂硫化劑的最佳配合比例為5：3：3；該配比在有效降低成本的同時，可顯著提升基質(zhì)瀝青的高溫性能、黏度及適當(dāng)?shù)牡蜏匦阅堋?）通過自制溫拌改性劑和Sasobit型溫拌劑的對比實(shí)驗(yàn)，自制溫拌改性劑相較于Sasobit型溫拌劑，展現(xiàn)出更高的性價比優(yōu)勢。經(jīng)測定，自制溫拌改性劑在基質(zhì)瀝青中的最佳摻量為 6 % 。3）本研究成果對于推動溫拌改性路面材料的應(yīng)用具有重要意義，有助于提升施工效率與質(zhì)量，并推動環(huán)保、節(jié)能路面材料的研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)程。

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