新型降黏剂在沥青路面冬季施工中的应用

2018-09-10邱轶

建筑施工 2018年4期

关键词：热压空隙压实

邱轶

上海浦兴路桥建设工程有限公司上海 201210

介绍一种新型的沥青降黏剂（OEM），通过将其加入到混合料中，降低沥青黏度，从而大幅延长施工的温度区间，提高施工和易性，解决冬季施工难题。

1 材料与机理

1.1 材料

OEM，由废塑料再生材料A与有机添加剂B共2种有机物复合加工而成。该产品不同于普通降黏剂，其不仅能大幅降低沥青结合料的黏度，延长施工温度区间，同时还能提高沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性等性能。

1.2 作用机理

沥青一般由沥青质、胶质、芳香组分和饱和组分组成。沥青四组分的含量会对沥青黏度有不同程度的影响，增加沥青质和胶质等重质成分会使沥青的高温黏度升高；而增加饱和酚或芳香酚等轻质成分会使沥青的高温黏度降低。通常，这些饱和物相互溶解，大多以强度极低的油膏状分散于沥青中，极大地影响沥青的高温性能。低温时，这些被溶解的饱和物分子形成粗大晶体而被析出，使沥青变脆、变硬[1]。

OEM改性剂会降低沥青高温拌和时的黏度。OEM由A和B两组分组成，A是一种有机蜡，经高温溶解后在沥青中分散于与其结构近似的饱和组分中，低温又结晶析出，而另一组分B类似一种表面活性剂，不仅在高温条件下能够和沥青中饱和及不饱和组分相容，还能充当轻质组分的角色，提高体系的流变性能，因而大幅降低沥青黏度。此外，由于组分B分子量小，且含有极性基团，具有一定的极性，故能够改善沥青的低温柔性[2]。

2 对沥青性能的影响

2.1 制样方法

OEM的掺量以结合料内掺计算，将其加入到140 ℃（基质沥青）或160 ℃（改性沥青）沥青中持续搅拌10 min后制样测试。

2.2 降黏效果

以SBS改性沥青为例，按内掺法分别以掺量比例0%、1%、2%、3%、4%、5%制备OEM改性沥青，采用布洛克菲尔德黏度测试法测定黏度值，以此来确定改性沥青的可施工范围（图1）。

图1 不同掺量OEM对改性沥青黏度的影响

从图1看出，对于改性沥青，在低掺量范围内，随着OEM掺量的增加，沥青黏度明显降低，当掺量达到4%后，黏度降幅趋于平缓，几乎不再降低，因此可以确定降黏剂的最佳掺量是4%。同时规范要求，当改性沥青135 ℃时的黏度小于3 MPa·s时不影响施工，而在图1中，4%的OEM掺量下，当温度降低至105 ℃时，沥青黏度在3 MPa·s附近，此时降温区间达到30 K。因此从黏温曲线看，在降低30 K的情况下，OEM沥青的黏度依然能够满足施工要求。

2.3 性能变化

根据上节结论，从性价方面，当OEM掺量达到4%时，降黏效果最优，此时OEM对沥青基本性能的影响见表1。

表1 改性沥青添加OEM后的性能变化

OEM除了起到大幅降黏的效果外，对沥青本身的性能也有相应的提升。从表1中看出，当掺加4%OEM后，改性沥青的软化点和低温延度均有增强，由于OEM组分中B的活性作用，针入度变大，这样有利于提高施工和易性。

3 对混合料性能的影响

选用常见的AC-13C级配（粗型密级配沥青混凝土）来评价压实温度降低后OEM沥青混合料的各项性能指标的变化。

通过前面的黏度试验，我们可以预测，掺有降黏效果的OEM制备的温拌沥青混合料，由于降黏减阻的作用，会导致以下几种结果：

1）与热拌沥青混合料相比，当保持压实成型温度不变时，试件的空隙率会大幅减小。

2）当保持试件空隙率不变时，混合料的压实温度会得到很大的降低。

3）当保持原来的压实温度，又不需要减小空隙率时，就可以减少混合料的压实次数，节约压实功。这样的效果正是沥青路面冬季施工时所期望的。

本节中，我们将具体探讨OEM沥青混合料压实温度的降低和降低后混合料的体积指标及路用性能（包括混合料的高低温性能、水稳定性等）的变化。根据之前沥青性能试验的结论，本节制备OEM沥青混合料时，OEM的掺量选择为占结合料比重的4%。

3.1 对空隙率的影响

分别制作常规热拌热压、无添加剂热拌温压和4%OEM热拌温压3种混合料类型，结合料分别选用基质沥青和改性沥青，在击实温度各降低30 K的情况下，测试其空隙率变化。需要注意的是，在本试验中，由于需要准确控制混合料的击实成型温度，因此，在混合料拌和之后均需要放入目标温度环境下一段时间，确保混合料温度稳定在目标温度±2 K范围内。具体结果如表2所示。

表2 OEM对AC-13C沥青混合料压实性能的影响

从表2看出，无论是基质沥青还是改性沥青，添加4%OEM后，混合料在击实温度降低30 K的情况下，空隙率非常接近于热拌热压，而未加OEM的混合料热拌温压后，空隙率明显高于另两者，这证明了OEM优越的降黏效果，同时也说明了在温度较低的条件下施工，如果不采用有效措施，不能达到压实度要求。

3.2 对性能的影响

分别对常规热拌热压、无添加剂热拌温压和4%OEM热拌温压3种AC-13C混合料进行高温稳定性试验、低温抗裂性试验和水稳定性试验。其中，高温稳定性评价指标为动稳定度，低温抗裂性评价指标为破坏应变，水稳定性评价指标为冻融劈裂强度比。试验结果如表3所示。

表3 OEM对AC-13C改性沥青混合料性能的影响

从表3看出，未加OEM的混合料热拌温压后，相比热拌热压，动稳定度下降69%，破坏应变下降23%，TSR下降29%，各项指标均远低于规范要求。而添加OEM热拌温压后，上述3项指标均有不同程度的提升，分别提高了27%、12%、5%。因此通过加入OEM后，在施工温度降低30 K的情况下，混合料的可压实性好于热拌热压，性能也优于热拌热压，为实现冬季低温施工提供理论依据。

4 工程应用

根据室内试验成熟的理论依据，进行工程应用验证。2015年1月9日8：00，在郑州陇海路高架快速路某段进行OEM热拌温压的试验段铺设，天气温度1 ℃，风力4级。根据室内试验的对比数据，试验段级配类型为改性AC-13C，铺设2段进行对比，分别是常规热拌热压和OEM热拌温压。持续测量摊铺后混合料的温度，每隔10 K测试现场空隙率（图2）。

图2 初碾温度与现场空隙率的对应曲线

结果表明，当碾压温度在150 ℃以上时，热拌热压与OEM热拌温压的现场空隙率接近，都能实现压实效果；随着碾压温度的降低，热拌热压的现场空隙率迅速增大，压实难度增加，当碾压温度降至135 ℃时，现场空隙率已超过5%，到达临界点，温度继续降低会影响压实度；而OEM热拌温压在碾压温度降至100 ℃时，现场空隙率仍然小于5%，与150 ℃碾压时的空隙率相比变化不大，但随着温度继续降低，OEM混合料空隙率迅速增大，也无法正常压实。因此，对于本例，添加4%OEM后，混合料的碾压温度可低至100 ℃，碾压区间延长了35 K，解决了冬季施工因温度降低过快而产生的混合料压实度不足的难题。