赵百磊 涂洪涛

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉 430056)

传统热拌沥青混合料施工温度高，生产过程中会排放各种有毒气体，造成环境污染[1-2]。温拌沥青技术相比传统热拌沥青技术，具有节能减排的优势，能够明显改善道路施工环境，且在一定程度上缓解沥青胶结料的老化，符合我国绿色道路建设的发展要求[3]。

目前，主要的温拌技术包括泡沫温拌类、有机降黏类、表面活性类。不同温拌技术、温拌剂对沥青及沥青混合料性能影响各有差异[4-5]。何永泰等[6]对比了自行研制的2种温拌剂w-1、w-2和有机降黏剂对沥青及沥青混合料性能的影响。李渠源等[7]分别添加有机降黏剂Sasobit、人工合成沸石Aspha-min、表面活性剂DWMA-1实现混合料温拌化。王朝辉等[8]对国内外温拌剂进行调查选取Sasobit、Aspha-min、Evotherm与EC120等4种温拌剂对比其路用性能差异。本文选择常用的表面活性类温拌剂Sasobit和有机降黏类温拌剂Evotherm-3，以SBS改性沥青为对象，研究其对SBS改性沥青的影响。

1 试验部分

1.1 原材料

1.1.1温拌剂

选用2种常用的市售温拌剂进行研究：①美国Mead-Westvaco公司生产的Evotherm-3温拌剂(表面活性类)，由于其含有表面活性类物质，因此在与沥青融合过程中，所含的极性较强的分子团对沥青中极性分子有较强的吸附作用，进而降低沥青中分子间的相互作用力，在宏观上则表现为沥青黏度减低，对集料裹覆能力增强，显著增加沥青混合料在较低温度时的拌和工作性；②德国Sasol VAX公司生产的Sasobit温拌剂(有机降黏类)为暗黄色液体，主要以含长链脂肪烃的碳氢化合物为主，对沥青的流动性能起到很大的改善作用，其熔点大约为100 ℃，当温度超过115 ℃后可完全溶解。因此，此种温拌剂主要通过在高温下溶解于沥青中降低沥青胶结料的黏度进而降低沥青混合料的生产温度，同时对原沥青混合料的相关路用性能不会产生影响。2种温拌剂主要技术指标见表1、表2。

表1 Evotherm温拌剂主要技术指标

表2 Sasobit温拌剂主要技术指标

1.1.2沥青

所用沥青为SBS(I-D)改性沥青，其主要技术指标见表3。

表3 SBS(I-D)改性沥青主要技术指标

续表3

1.2 温拌沥青制备

温拌沥青制备即沥青预热后加入温拌剂进行机械搅拌的过程，其工艺流见图1。

图1 温拌SBS改性沥青制备工艺流程图

即在160 ℃下对SBS改性沥青预热一定时间，待沥青完全达到熔融状态后将不同掺量的温拌剂掺加到SBS改性沥青中，然后采用搅拌器在合适的转速下搅拌一定时间后制得温拌沥青。

本研究对于制备过程中温拌剂掺量的选择主要参考厂家建议，初拟Sasobit温拌剂的掺量(质量分数，下同)为0，1%，2%，3%，4%，Evotherm温拌剂的掺量为0，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%进行温拌沥青的制备(外掺法)。

1.3 试验方法

根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0606-2011、T0605-2011、T0604-2011试验方法对温拌SBS改性沥青的软化点、延度、针入度等常规物理性能指标进行测试。

采用动态剪切流变仪(DSR)对温拌SBS改性沥青流变性能进行测试，评价其高温流变性能，试验采用温度扫描模式，参数设置见表4。SHRP计划中采用弯曲梁流变试验(BBR)评价沥青的低温抗裂性能，其中主要包括弯曲劲度模量、蠕变速率2个评价指标，试验温度为-12 ℃。

表4 温度扫描参数设置

2 结果与讨论

2.1 基本物理性能研究

2.1.1针入度

对不同掺量的2种温拌SBS改性沥青针入度进行测试，测试温度为25 ℃，结果见图2。

图2 不同温拌剂掺量下的温拌SBS改性沥青针入度

由图2可知，随着温拌剂掺量的不断增加，2种温拌SBS改性沥青胶结料的针入度均呈持续下降趋势。当Sasobit温拌剂的掺量从0%逐渐增加到4%时，其对应的温拌SBS改性沥青胶结料针入度从56不断下降到42.1，表明掺加Sasobit温拌剂可使SBS改性沥青变硬，黏稠度变大，同时也在一定程度上增强了抗变形能力；当Evotherm温拌剂的掺量从0%逐渐增加到0.9%时，其对应的温拌SBS改性沥青胶结料针入度从56×0.1 mm不断降低到47.8×0.1 mm，表明掺加Evotherm温拌剂也可在一定程度上增大SBS改性沥青的黏稠度，提高其抗变形能力。

2.1.2软化点

不同掺量的2种温拌SBS改性沥青软化点测试结果见图3。由图3分析可知，随着2种温拌剂掺量的不断增加，所对应的温拌SBS改性沥青胶结料的软化点均逐渐升高。当Sasobit温拌剂的掺量从0%逐渐增加到4%时，对应的温拌SBS改性沥青软化点从67 ℃上升到了78 ℃，表明Sasobit温拌剂加入后明显提高了SBS改性沥青胶结料的高温性能，其原因为Sasobit温拌剂的熔点在100 ℃左右，当其低于熔点时以网状晶格形式结构存在于沥青胶结料中，从而增强了沥青分子间的黏结力，宏观上则表现为高温性能增强；当Evotherm温拌剂的掺量从0%逐渐增加到0.9%时，对应的温拌SBS改性沥青胶结料软化点从67 ℃上升至74 ℃，表明Evotherm温拌剂对SBS改性沥青胶结料的高温性能也有改善作用。

图3 不同温拌剂掺量下的温拌SBS改性沥青软化点

对比2种温拌剂对SBS改性沥青胶结料软化点的影响效果发现，在考虑本研究初拟的厂家建议的掺量范围内， Sasobit温拌剂对SBS改性沥青胶结料的高温性能改善效果在一定程度上优于Evotherm温拌剂，其原因是温拌剂自身结构及化学特性所决定的。

2.1.3延度

不同掺量的2种温拌SBS改性沥青延度测试结果见图4。

图4 不同温拌剂掺量下的温拌SBS改性沥青延度

由图4可见，随着温拌剂掺量的持续增加，2种温拌沥青胶结料的延度均出现下降趋势。Sasobit温拌剂掺量从0%增加到4%的过程中，对应的温拌SBS改性沥青胶结料延度值降幅十分明显，且当掺量超过3%时，其延度值已无法达到规范要求，表明Sasobit温拌剂对SBS改性沥青胶结料的低温性能有严重的负面影响，易造成沥青路面低温开裂现象的产生；Evotherm温拌剂掺量从0%增加到0.9%的过程中，其对应的温拌SBS改性沥青胶结料延度出现了较小幅度的下降，且在掺量较低时，下降幅度很低，在掺量达到最大值后延度降至最低值27 cm，但仍满足相关规范要求，说明Evotherm温拌剂对SBS改性沥青胶结料低温性能的影响相比Sasobit温拌剂相对较小，其原因可能是由于Sasobit温拌剂是由含长链烷烃的碳氢化合物组成，其支链会对沥青柔韧性造成一定影响，从而降低沥青的低温性能。

2.1.4黏度

对不同温拌剂掺量的温拌SBS改性沥青胶结料进行黏度测试，测试温度选择与沥青混合料拌和、施工温度接近的175，135 ℃，其测试结果见图5。由图5可见，无论是Sasobit温拌剂还是Evotherm温拌剂，其掺加到SBS改性沥青中后降黏效果均十分明显，整体降黏百分比均超过了30%左右。对比2种温拌SBS改性沥青胶结料的黏度变化趋势，发现随着2种温拌剂掺量的不断增加，温拌SBS改性沥青胶结料的黏度持续降低，但降低趋势逐渐由急变缓。当Sasobit温拌剂的掺量达到3%后，对应的温拌SBS改性沥青胶结料黏度已无明显下降趋势，而Evotherm温拌剂的掺量达到0.7%时，其沥青胶结料黏度也无明显下降趋势。因此，在2种测试温度下，2种温拌剂对于SBS改性沥青都具有较好的降黏效果，但是当掺量达到一定程度后其效果将趋于饱和。

图5 温拌SBS改性沥青胶结料黏度测试结果

2.2 流变性能研究

通过前文可以看出，2种温拌剂均具有较好的降黏效果，随着掺量的不断增加，SBS改性沥青的黏度持续降低，但降低趋势逐渐由急变缓，当Sasobit温拌剂掺量达到3%、Evotherm温拌剂达到0.7%之后，SBS改性沥青的黏度趋势稳定，且在该掺量下，2种温拌SBS改性沥青的降温效果达到了温拌沥青施工规范要求。通过黏度变化规律，建议Sasobit温拌剂掺量取3%，Evotherm温拌剂掺量取0.7%。因此，本研究针对最佳掺量下的温拌SBS改性沥青胶结料进行高、低温流变性能的研究。

2.2.1高温性能

研究通过DSR(动态剪切流变)试验对最佳掺量下的2种温拌SBS改性沥青胶结料46～64 ℃区间内复数模量及相位角的测定绘制出车辙因子的变化曲线，见图6。

图6 温拌沥青相位角模量随温度变化情况

由图6可见，随着温度不断升高，SBS改性沥青、Sasobit温拌沥青、Evotherm温拌沥青的车辙因子均不断降低，表明温度越高，流动变形越大，抗车辙能力越差。对比3种沥青材料，当温度相同时，Evotherm温拌沥青的车辙因子明显高于SBS改性沥青和Sasobit温拌沥青，而Sasobit温拌沥青略低于SBS改性沥青，表明掺加Evotherm温拌剂可改善SBS改性沥青的高温性能而Sasobit温拌剂的加入在一定程度上轻微降低了SBS改性沥青的高温性能，但影响效果基本不明显。

2.2.2低温性能

研究采用弯曲梁流变试验(BBR)评价SBS改性沥青及最佳掺量下的温拌SBS改性沥青的低温抗裂性能，其中主要包括弯曲劲度模量、蠕变速率2个评价指标。3种沥青材料在-12 ℃下的BBR测试结果见图7。

图7 温拌沥青蠕变劲度与蠕变速率测试结果

由图7可见，SBS改性沥青掺加温拌剂后弯曲劲度模量增大，蠕变速率降低，表明温拌剂使得SBS改性沥青强度变大，松弛能力变差，同时蠕变速率降低后使得其温度应力的消散能力降低，使其在低温下更容易发生脆断，从而降低了低温性能。通过对比2种温拌沥青胶结料的s值和m值，可以发现Sasobit温拌剂相比Evotherm温拌剂对SBS改性沥青的低温性能影响更大。

3 结论

1) 随着温拌剂掺量不断增加，2种温拌SBS改性沥青的针入度不断下降，且初始阶段下降趋势较为明显；软化点则呈不断增加的趋势，Sasobit型温拌SBS改性沥青的软化点增加幅度高于Evotherm型温拌SBS改性沥青；2种温拌SBS改性沥青的延度均呈现降低趋势，但Sasobit型温拌SBS改性沥青延度降低十分明显，而Evotherm型温拌SBS改性沥青的延度则受温拌剂掺量影响较小。

2) 2种温拌剂均可显著降低SBS改性沥青黏度，但当掺量增加到一定程度后降黏效果趋于饱和。综合温拌沥青的施工要求进行考虑，确定Sasobit温拌剂最佳掺量为3%，Evotherm温拌剂最佳掺量为0.7%。

3) 通过对最佳掺量下的2种温拌SBS改性沥青胶结料的流变性能测试发现， Evotherm温拌剂对SBS改性沥青的高温抗车辙性能、低温抗裂性能的影响效果要明显优于Sasobit温拌剂。

4) 通过对比2种温拌剂对SBS改性沥青的各项性能的影响，建议实际使用时优先选择Evotherm温拌剂，并结合降黏效果确定实际掺量。