董 浩 董夫强 王俊彦 梁星敏

(河海大学土木与交通学院 南京 210098)

0 引 言

传统沥青路面为保证施工便易性需要高温环境，长期高温条件会使得沥青老化，降低路用性能，且生产沥青混合料增加能耗的同时又伴随大量毒害气体，增加成本的同时也造成了环境污染[1-3].

自20世纪90年代《京都协定书》签署以来，世界各国加大了对新型环保沥青路面的研究，排水路面(OGFC)和温拌技术随之产生.OGFC由于粗集料多、空隙大，具有抗滑、抗车辙及降噪的特点，可有效减少不良气候环境交通事故概率.但其对沥青质量和施工工艺的要求也相应提高，需要高黏改性沥青和更高的施工温度才能满足OGFC路面的强度要求.温拌技术可通过不同的方法有效降低沥青的低温黏度，进而可增加低温条件下施工便易性.若将温拌技术与OGFC有机结合起来可缓解上述问题.经过20多年的发展，温拌技术按工作原理可分为乳化分散降黏技术、发泡降黏技术和有机降黏技术[4-6].其中南非某公司生产的Sasobit是目前研究和应用最为广泛的一种有机类温拌剂，并且已经有了大量的试验路段，其施工效果和路用性能均不错.我国深圳某公司在引进外国温拌技术，自主研发出了一种有机类温拌剂EC-120.但当前国内外对Sasobit和EC-120温拌剂在OGFC的应用对比研究很少[7-8].

基于此，文中分别考察了2%，3%，4%，5%掺量Sasobit、EC-120的 SBS改性沥青降黏效果和60 ℃黏度、三大指标及其OGFC的孔隙率、马歇尔稳定度、小梁弯曲、冻融劈裂、车辙等试验，研究SBS沥青及其OGFC在不同掺量两种温拌剂下的性能对比，进而更好指导温拌技术在OGFC中应用.

1 材 料

沥青采用南通通沙沥青科技有限公司生产的成品SBS沥青，其性能指标见表1.Sasobit和EC-120两种温拌剂为市购产品，两种温拌剂掺量以沥青质量为标准，均定为2%，3%，4%，5%.混合料类型为OGFC-13，所用木质素纤维为市购，掺量是混合料质量的0.3%.考虑到不同沥青掺量会影响OGFC的试验指标而无法确定Sasobit和EC-120的性能差异，结合施工经验本文中混合料均采用5%的油石比.

表1 SBS沥青主要技术指标

参考两种温拌剂的指导书与相关技术要求，两种温拌剂产品经搅拌或剪切10～15 min均可完全溶解在120 ℃以上沥青中，并且不会产生离析现象.本文将相应的温拌剂加入165 ℃SBS沥青中搅拌10 min制备温拌沥青.温拌沥青混合料制备的前提需要先制备好温拌沥青，之后将木质纤维加入已经预热的集料中干拌，然后再将温拌沥青加入进行湿拌，最后将矿粉加入再次拌和制备温拌沥青混合料[9-10].

2 温拌剂降温效果研究

2.1 温拌剂SBS改性沥青降温效果

通过Brookfield黏度仪分别测试掺加2%，3%，4%，5%的Sasobit和EC-120两种温拌剂的SBS沥青在125，135，145，155，165 ℃温度下的黏度，并绘制黏温曲线图，见图1.以165 ℃下SBS沥青黏度1.10 Pa·s为标准，分别依据黏温曲线图推算出相应温拌沥青达到1.10 Pa·s时所需温度确定等黏温度，对比分析不同掺量下Sasobit和EC-120对SBS沥青的黏度影响，见表2.

图1 温拌SBS沥青黏温曲线图

类型温拌剂种类温拌剂掺量/%02345等黏温度/℃SasobitEC-120165165155160144155139147136143

由图1可知，在同等条件下，Sasobit和EC-120均可降低SBS沥青的黏度，且掺量越多、温度越高黏度越小，但降黏趋势却在逐渐减缓.根据图1的黏温曲线图，以1.10 Pa·s为标准，推算出添加不同掺量两种温拌剂的SBS沥青所对应的等黏温度.由表2可知，Sasobit和EC-120具有明显的降温能力，但降温趋势会随温拌剂掺量增加而逐渐减缓.同等掺量情况下Sasobit降温能力要明显高出EC-120，EC-120掺量在5%时与3%Sasobit掺量的降温效果达到相近.3%Sasobit可达到最佳降温效果，降低等黏温度21 ℃，EC-120最佳降温效果为4%左右添加量，降温约18 ℃.说明Sasobit降温效果相比EC-120更优，使用Sasobit可适当减少温拌剂掺量.

2.2 温拌剂对OGFC混合料降温效果

采用击实成型仪在125，135，145，155，165 ℃四个温度下双面击实50次制备2%，3%，4%，5%掺量Sasobit和EC-120的标准马歇尔试件，通过体积法测试试件的基本体积指标来计算孔隙率，并绘制击实温度与孔隙率之间的孔隙率-温度关系曲线图，见图2.以165 ℃击实温度条件下普通OGFC试件孔隙率22.1%作为目标体积指标，分别依据孔隙率-温度关系曲线图推算出达到目标体积指标时所需温度确定等孔隙率温度，对比分析不同掺量下Sasobit和EC-120对OGFC孔隙率影响，见表3.

图2 温拌OGFC孔隙率-温度关系曲线图

类型温拌剂种类温拌剂掺量/%02345等孔隙率温度/℃SasobitEC-120165165152158141152135141131138

由图2可知，在同等条件下，Sasobit和EC-120可降低OGFC孔隙率，掺量和击实温度的增加使得孔隙率逐渐降低，但降低趋势稍有所减缓.根据图2由孔隙率-温度关系曲线图，以22.1%的孔隙率作为标准，推算出不同添加量两种温拌剂所对应的等孔隙率温度.由表3得出，Sasobit和EC-120均有明显降低OGFC制备温度的能力，降低趋势随添加量的增加稍有减缓.与Sasobit和EC-120对SBS沥青降温能力相似，同等掺量Sasobit降温能力要优于EC-120，EC-120掺量在4%时与3%掺量Sasobit的降温幅度相近.并且3%Sasobit可达到最佳降温效果，而EC-120最佳降温效果为3%～4%添加量.

对比等黏温度法和等体积法中Sasobit和EC-120对SBS沥青和OGFC实验结果，可知两种方法具有相似的规律，温拌剂掺量和实验温度的提高均增加降温幅度，在同等条件下，采用等黏温度法所得出的温拌剂的降温效果要比采用等体积法得出的降温效果偏低2～5 ℃，相当于等黏温度法低估了两种温拌剂的实际降温能力.相关文献指出等黏温度法仅可用在普通沥青，可能与等黏温度法不适合SBS沥青有关[11].

3 温拌剂对SBS改性沥青性能的研究

3.1 60 ℃黏度

60 ℃黏度作为一项沥青性能的指标，目前已经广泛被国际上认可，是沥青在60 ℃温度、40 kPa真空下的黏度值，反应沥青在服役阶段高温性能和混合料的路用性能.OGFC路面由于其级配特点，混合料中集料与集料之间基本都是点与点的接触，需要黏结能力更强的SBS沥青才能保证路面不会过早出现破坏，所以沥青黏度是十分关键的一项指标.本文使用真空减压毛细管法确定SBS沥青60 ℃黏度，见表4.

表4 温拌剂对60 ℃黏度的影响

随着Sasobit和EC-120添加量的加大，SBS沥青的60 ℃黏度急剧增加，SBS沥青的高温性能得到改善.这与温拌剂的物理特性有关，两种温拌剂均属于合成蜡类物质，熔点均在120 ℃以下.当处于熔点以上时，温拌剂呈现流动性很好的液态.但当处于60 ℃环境时呈现结晶固态，分散在沥青当中增加黏稠程度，明显提高沥青黏度.且掺量越多蜡类物质含量越高，60 ℃黏度增加越明显.Sasobit和EC-120掺量从2%增加到5%，60 ℃黏度分别提高了约3～16倍和1.5～7倍，2%的Sasobit可提高60 ℃黏度至15×104Pa·s，而4%的EC-120才能达到相同效果.可见Sasobit对SBS沥青黏度的影响要远大于EC-120，两种温拌剂在改善沥青高温性能上差异明显.

3.2 常规性能指标

通过测试SBS沥青的三大指标，分析添加不同掺量EC-120和Sasobit的SBS沥青性能差异，见表5.其中，针入度是沥青黏稠程度的体现，当测试值越大时，说明沥青越软.软化点反映的是等黏温度，软化点值越大说明沥青高温性能越优异.延度反映沥青在低温条件的抗裂能力，延度越大表明沥青在低温条件下抗裂能力越强，本文采用5 ℃实验温度.

表5 温拌剂对三大指标的影响

添加Sasobit和EC-120越多，SBS沥青针入度值越小，但降低趋势逐渐减缓.添加4%Sasobit时SBS沥青针入度值已经在4 mm以下，但添加5%EC-120仍然可达4.4 mm以上，说明针入度值受Sasobit影响要远大于EC-120，使SBS沥青硬度增加更明显.

掺加Sasobit和EC-120可使SBS沥青软化点值显著变大，掺加3%Sasobit即可让软化点增至90 ℃以上，而EC-120对软化点影响不太显著.所以Sasobit和EC-120都改善了SBS沥青的高温性能，但Sasobit要大大优于EC-120.

Sasobit和EC-120都属于合成蜡类物质，在低温下呈现结晶固态，使得沥青变脆且韧性降低，低温性能下降.两种温拌剂从2%添加到5%，SBS沥青延度值急剧减小.当Sasobit掺量增加到4%时，延度已到20 cm以下，而4%掺量的EC-120仍然可达24.2 cm.所以低温抗裂性受Sasobit影响比EC-120更加显著，在使用过程中应该严格控制Sasobit掺量，而EC-120掺量可适当放宽.

根据分析以上Sasobit和EC-120添加到SBS沥青的实验结果，建议Sasobit添加不宜超过3%，EC-120添加控制在4%左右.

4 温拌剂对OGFC混合料性能的研究

OGFC混合料在室内试验中的实验结果最能直接反应其路用性能，其中孔隙率是OGFC重点关注的指标，对OGFC的性能影响很大，所以需要以相同的孔隙率为前提研究两种温拌剂对OGFC混合料性能影响.根据前期确定的两种温拌剂不同掺量下等孔隙率温度，双面击实50次制备相应OGFC试件，达到控制孔隙率的目的，并通过室内实验考察OGFC高、低温性能和水稳定性能受Sasobit和EC-120影响规律.

4.1 高温性能

用稳定度试验、车辙试验分析OGFC高温性能受Sasobit和EC-120作用规律，见表6.

表6 温拌剂对OGFC高温性能的影响

逐渐加大Sasobit和EC-120用量，稳定度总体呈上升趋势，4%掺量时均可将OGFC的稳定度提高近40%，但超过4%掺量时稳定度开始呈现下降趋势.当温拌剂处于低掺量时，稳定度受Sasobit影响比EC-120更加显著，但当达到4%、5%的高掺量时两种温拌剂对稳定度影响差别不大.Sasobit和EC-120添加量增加的同时，动稳定度值也在逐渐提高，Sasobit和EC-120对OGFC高温抗车辙能力有大幅提升.Sasobit掺量为2%～3%改善效果最为明显，而EC-120最佳掺量则在4%左右，并且在所有相同掺量下Sasobit均表现出比EC-120更好的改善效果，也进一步说明Sasobit相比EC-120对OGFC高温性能有更大的提升.

4.2 低温性能

用小梁弯曲试验分析OGFC低温性能受Sasobit和EC-120作用规律，见表7.

随Sasobit和EC-120添加量增大，OGFC最大弯拉应变和抗弯拉强度整体呈现先增加后降低趋势，劲度模量逐渐增加，并且在同等条件下，Sasobit相比EC-120对三种指标的影响更突出.当Sasobit和EC-120由3%变化至4%时，OFGC的最大弯拉应变、弯拉强度的降低幅度和劲度模量的增高幅度最大.说明两种温拌剂均可降低OGFC的低温抗裂强度和抗变形能力，并且Sasobit对OGFC的低温性能影响更大，鉴于两种温拌剂对OGFC路面低温性能的降低，建议掺量不要超过4%.

表7 温拌剂对OGFC低温性能的影响

4.3 水稳定性能

用冻融劈裂试验分析OGFC水稳定性能受Sasobit和EC-120作用规律，见表8.

表8 温拌剂对OGFC水稳定性能的影响

Sasobit和EC-120掺量从2%到5%使得OGFC冻融劈裂强度比先增加后降低，但整体得到提升.当Sasobit掺量超过3%、EC-120超过4%时，冻融劈裂强度比出现转折开始下降.并且低掺量下Sasobit相比EC-120对冻融劈裂强度比的提高更明显，高掺量下则相反.说明Sasobit和EC-120都提高OGFC的水稳定性能，但掺量偏高会降低使用效果.当Sasobit掺量为3%、EC-120掺量为4%时对OGFC路面的水稳定性改善效果达到最佳.

5 结 论

1) 采用等黏温度法和等体积法考察了Sasobit和EC-120温拌性能，发现两种温拌剂均对SBS沥青有很明显的降温能力，且Sasobit比EC-120更为优异.且采用等黏温度法所得出的温拌剂的降温效果要比采用等体积法得出的降温效果偏低2～5 ℃.

2) Sasobit相比EC-120对SBS改性沥青60℃黏度、软化点的增加，针入度、延度值的降低影响更明显.

3) 两种温拌剂掺量增加使得OGFC混合料稳定度值、最大弯拉应变、抗弯拉强度和冻融劈裂强度比先增后减，动稳定度、劲度模量值逐渐增加，整体上两种温拌剂改善OGFC混合料高温性能和水稳定性能，而降低其低温性能.

4) 通过研究，推荐使用Sasobit掺量不宜超过3%，EC-120的掺量则控制在4%左右.