梁亞軍，黃婉利，麻旭榮，許志鴻

（1.同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海201804；2.中國(guó)石化 上海瀝青銷售分公司，上海200050）

成品的溫拌瀝青至少需滿足以下兩項(xiàng)基本性能要求：①降溫效果顯著，同時(shí)瀝青性能及其混合料性能良好；②具有良好的熱儲(chǔ)存耐久性，即溫拌瀝青所采用的溫拌劑在高溫下不會(huì)因產(chǎn)生化學(xué)變化而改變?yōu)r青的路用性能，對(duì)瀝青混合料操作溫度的降低作用比較持久，滿足生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中的高溫儲(chǔ)存要求.為此，本文針對(duì)中國(guó)石化的成品溫拌瀝青進(jìn)行了相關(guān)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)，并與基質(zhì)瀝青（鎮(zhèn)海煉化生產(chǎn)的70號(hào)A 級(jí)道路瀝青）進(jìn)行了對(duì)比.

1 溫拌瀝青及其混合料路用性能試驗(yàn)

1.1 溫拌瀝青性能分析

按照我國(guó)試驗(yàn)規(guī)范［1］和美國(guó)瀝青路用性能規(guī)范（AASHTO MP1）的要求對(duì)溫拌瀝青進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)試驗(yàn)，并與基質(zhì)瀝青進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

表1試驗(yàn)結(jié)果中，無(wú)論是三大指標(biāo)（針入度、軟化點(diǎn)和延度），還是瀝青使用性能等級(jí)，兩種瀝青的試驗(yàn)結(jié)果均相當(dāng)，說(shuō)明采用現(xiàn)行的瀝青評(píng)價(jià)方法無(wú)法區(qū)分該溫拌瀝青和基質(zhì)瀝青.單從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，需要開(kāi)發(fā)不同于傳統(tǒng)瀝青的溫拌瀝青指標(biāo).

1.2 溫拌瀝青混合料性能試驗(yàn)

與熱拌瀝青混合料相比，溫拌瀝青混合料的拌和成型溫度不同，而配合比設(shè)計(jì)和性能試驗(yàn)的技術(shù)要求相同.對(duì)70號(hào)溫拌瀝青和70號(hào)基質(zhì)瀝青分別按照溫拌混合料和熱拌混合料的溫度要求成型試件，并進(jìn)行瀝青混合料性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.混合料試驗(yàn)過(guò)程中，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》［2］和河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局《溫拌瀝青混合料施工技術(shù)指南》［3］的要求，確定試驗(yàn)溫度如下：

（1）熱拌瀝青混合料的拌和溫度為155℃，成型溫度為145 ℃.

（2）溫拌瀝青混合料的拌和溫度為125℃，成型溫度為115 ℃.

（3）統(tǒng)一最佳瀝青用量，均采用熱拌瀝青混合料（70號(hào)基質(zhì)瀝青）的配合比設(shè)計(jì)結(jié)果.

（4）混合料壓實(shí)不足會(huì)導(dǎo)致空隙率大，水穩(wěn)定性能差.采用70號(hào)基質(zhì)瀝青，在115 ℃溫度下成型馬歇爾試件，進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，與70號(hào)溫拌瀝青對(duì)比.

（5）所有試件成型前先在成型溫度下保溫2h，減小溫度差異的影響.

表1 基質(zhì)瀝青與溫拌瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Results of major technical indicators test of asphalt and warm asphalt

表2 熱拌瀝青混合料與溫拌瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of technical indicators test of hot mix asphalt and warm mix asphalt

表2的試驗(yàn)結(jié)果中：①對(duì)于傳統(tǒng)的基質(zhì)瀝青，混合料空隙率隨著成型溫度的下降而增大，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比降低，表明施工溫度對(duì)采用傳統(tǒng)瀝青的混合料壓實(shí)度和性能影響較大；②對(duì)于溫拌瀝青，與基質(zhì)瀝青相比，其混合料的成型溫度較低，但空隙率沒(méi)有明顯變化，混合料的性能沒(méi)有下降，并完全符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求.

表1和表2試驗(yàn)結(jié)果表明，該溫拌瀝青能夠在不犧牲性能的前提下實(shí)現(xiàn)混合料施工溫度的下降.

2 溫拌瀝青對(duì)瀝青混合料操作溫度的降溫效果

國(guó)外溫拌瀝青產(chǎn)品較多，比如通過(guò)在瀝青中添加低熔點(diǎn)的合成蠟或相對(duì)低分子質(zhì)量酯類化合物（比如Sasobit改性劑）來(lái)生產(chǎn)溫拌瀝青.研究資料［4］表明，瀝青中添加3.0%～3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的Sasobit可以降低瀝青的高溫粘度，實(shí)現(xiàn)瀝青混合料拌和、壓實(shí)溫度的降低.

降低瀝青的高溫粘度，是溫拌瀝青的常規(guī)做法.但表1所示試驗(yàn)結(jié)果中，本文的成品溫拌瀝青135℃粘度并未下降.為此，進(jìn)一步測(cè)試各種瀝青的粘溫曲線，并采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法比較混合料的壓實(shí)效果，對(duì)本文的溫拌瀝青、基質(zhì)瀝青和添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%的Sasobit瀝青進(jìn)行了降溫效果的比較.

2.1 瀝青的粘溫曲線

3種瀝青在不同溫度條件下的粘度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示.從表3可以看出：Sasobit能夠降低基質(zhì)瀝青在高溫條件下的粘度（110 ℃以上），并增大基質(zhì)瀝青的低溫粘度（85 ℃以下）；而本文的溫拌瀝青與基質(zhì)瀝青在高溫條件和低溫條件下的粘度基本相當(dāng)；可見(jiàn)該溫拌瀝青不是通過(guò)降低瀝青的粘度來(lái)實(shí)現(xiàn)瀝青混合料操作溫度的降低.

表3 不同溫度下不同瀝青的粘度Tab.3 Viscosity of different asphalts at different temperatures

2.2 不同溫度條件下瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)

采用相同的級(jí)配（AC－13），相同的瀝青用量（4.8%），在不同成型溫度下采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件，測(cè)試其空隙率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1.從圖1可以看出：

圖1 試件空隙率與成型溫度關(guān)系曲線Fig.1 Curve of volume of air voids in samples and compaction temperatures

（1）3種瀝青混合料的空隙率均隨著成型溫度的降低而增加，但空隙率隨溫度變化的幅度不同；成型溫度低于80℃以后，3種瀝青混合料均難以壓實(shí)，空隙率大小也將趨于一致.

（2）對(duì)于70號(hào)基質(zhì)瀝青，隨著混合料成型溫度的降低，空隙率幾乎呈直線上升，瀝青的粘溫曲線性質(zhì)與其壓實(shí)效果有很好的相關(guān)性.

（3）Sasobit能夠降低基質(zhì)瀝青的高溫粘度，增大基質(zhì)瀝青的低溫粘度，因此Sasobit瀝青混合料的空隙率和溫度關(guān)系曲線與基質(zhì)瀝青混合料的空隙率溫度曲線有交叉；成型溫度高于95 ℃時(shí)，Sasobit能降低瀝青的粘度從而改善瀝青混合料的施工和易性；成型溫度低于95 ℃時(shí)，Sasobit因增加了瀝青的粘度而不利于混合料的施工和易性.

（4）對(duì)70號(hào)溫拌瀝青，成型溫度從155 ℃下降到110 ℃過(guò)程中，混合料空隙率變化不大，空隙率溫度曲線比較平滑；成型溫度進(jìn)一步從110 ℃下降到80 ℃過(guò)程中，空隙率增加較快，但始終低于基質(zhì)瀝青混合料的空隙率，表明本文的溫拌瀝青能夠顯著改善混合料的施工和易性，降溫效果好.

（5）成型溫度為95 ℃時(shí)，Sasobit溫拌瀝青混合料試件的平均空隙率為7.5%，本文的溫拌瀝青混合料試件的平均空隙率為6.0%，表明在較低溫度條件下施工時(shí)，該溫拌瀝青更容易壓實(shí)，比Sasobit瀝青略具優(yōu)勢(shì).

2.3 降溫機(jī)理分析

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青粘度的降低不是實(shí)現(xiàn)混合料施工溫度降低的唯一作用機(jī)理.國(guó)外對(duì)溫拌瀝青結(jié)合料及其混合料的施工和易性進(jìn)行了相關(guān)研究評(píng)價(jià).文獻(xiàn)［5］研究了一種能夠較好評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料施工和易性（或潤(rùn)滑性能）的試驗(yàn)方法，通過(guò)裝有專用測(cè)試夾具的動(dòng)態(tài)剪切流變儀（dynamic shear rheometer），測(cè)試了不同試驗(yàn)溫度、加載速率和正應(yīng)力下的瀝青結(jié)合料的摩擦系數(shù)，并初步評(píng)估了瀝青結(jié)合料摩擦系數(shù)與瀝青混合料施工和易性的相關(guān)性.研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于正常施工溫度時(shí)，溫拌劑通過(guò)降低瀝青結(jié)合料的摩擦系數(shù)來(lái)提高混合料的壓實(shí)效果.文獻(xiàn)［6］進(jìn)一步深入研究了溫拌瀝青結(jié)合料的摩擦系數(shù)對(duì)混合料施工和易性的影響，并評(píng)估了瀝青等級(jí)、試驗(yàn)溫度與瀝青結(jié)合料潤(rùn)滑性能之間的敏感性.從文獻(xiàn)［6］的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)試驗(yàn)溫度較高時(shí)，不同等級(jí)瀝青（溫拌瀝青和傳統(tǒng)瀝青）的粘度和摩擦系數(shù)均維持在一個(gè)較低的水平，混合料的施工和易性都比較良好.當(dāng)試驗(yàn)溫度下降到一定程度時(shí)（110～90 ℃），傳統(tǒng)瀝青的粘度與摩擦系數(shù)均開(kāi)始迅速增大，其混合料的施工和易性變差；與傳統(tǒng)瀝青這種變化趨勢(shì)相反的是，溫拌瀝青的摩擦系數(shù)并沒(méi)有隨著溫度降低、粘度增大而迅速增大，其摩擦系數(shù)仍維持在一個(gè)較低的水平，混合料的施工和易性仍然較好.研究結(jié)果表明，瀝青混合料施工和易性不僅取決于結(jié)合料的粘度，當(dāng)溫度較低時(shí)，結(jié)合料內(nèi)在的摩擦系數(shù)對(duì)混合料施工和易性的改善起到關(guān)鍵作用.

3 溫拌瀝青的熱儲(chǔ)存耐久性研究

由于室內(nèi)對(duì)瀝青樣品加熱保存不能很好地模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際熱儲(chǔ)存的瀝青狀態(tài)，因此，利用生產(chǎn)企業(yè)成熟的產(chǎn)學(xué)研條件，本文對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)溫拌瀝青的熱儲(chǔ)存耐久性進(jìn)行了跟蹤考察.具體試驗(yàn)方案如下：

（1）生產(chǎn)企業(yè)準(zhǔn)備50m3儲(chǔ)罐兩個(gè)，帶加熱、保溫和攪拌裝置；分別準(zhǔn)備溫拌瀝青和基質(zhì)瀝青20t；儲(chǔ)存溫度135℃，儲(chǔ)存周期30d.

（2）通過(guò)溫拌瀝青和基質(zhì)瀝青的主要性能指標(biāo)的對(duì)比，判斷溫拌劑隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)瀝青性能的影響.瀝青性能試驗(yàn)項(xiàng)目主要為針入度、軟化點(diǎn)、135℃粘度和薄膜烘箱加熱試驗(yàn)（thin film oven test，TFOT）老化前后的10℃延度.

（3）對(duì)兩種瀝青進(jìn)行混合料性能對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)空隙率和凍融劈裂實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度比來(lái)評(píng)價(jià)溫拌劑降溫作用的耐久性.瀝青混合料的級(jí)配、瀝青用量與表2相同，馬歇爾試件的成型溫度統(tǒng)一為115℃.為了保證混合料級(jí)配的一致性，各檔集料經(jīng)過(guò)篩分后分檔配料拌制瀝青混合料，試件成型前先在成型溫度下保溫2h.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3.

圖2 溫拌瀝青的性能與高溫儲(chǔ)存時(shí)間關(guān)系曲線（儲(chǔ)存溫度：135 ℃）Fig.2 Curves of warm asphalt performance and storage time（stored at 135 ℃）

圖3 瀝青混合料性能與瀝青高溫儲(chǔ)存時(shí)間關(guān)系曲線（瀝青儲(chǔ)存溫度：135 ℃；瀝青混合料成型溫度：115 ℃）Fig.3 Curves of asphalt mixtures performance and asphalt storage time（asphalt stored at 135 ℃；asphalt mixtures compacted at 115 ℃）

從圖2瀝青性能試驗(yàn)可以看出：

（1）溫拌瀝青和基質(zhì)瀝青經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期高溫儲(chǔ)存后均產(chǎn)生了老化.隨著高溫儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種瀝青的針入度和10 ℃延度降低、軟化點(diǎn)增加，但各主要指標(biāo)的變化幅度基本相當(dāng).另外兩種瀝青TFOT（thin film oven test）后10 ℃延度的變化幅度不大，表明正常的高溫儲(chǔ)存在一定周期內(nèi)不會(huì)影響瀝青老化后的低溫性能.但由于瀝青會(huì)產(chǎn)生老化趨勢(shì)，建議長(zhǎng)期不使用時(shí)應(yīng)常溫儲(chǔ)存.

（2）兩種瀝青的135℃粘度的變化不大，經(jīng)過(guò)高溫儲(chǔ)存后，溫拌瀝青的粘度略低于基質(zhì)瀝青的粘度.

（3）經(jīng)過(guò)高溫儲(chǔ)存后，兩種瀝青的各主要性能指標(biāo)的變化趨勢(shì)、變化幅度均基本相當(dāng)，表明高溫老化是影響瀝青性能衰減的主要原因，所采用的表面活性型溫拌劑對(duì)瀝青的性能沒(méi)有負(fù)作用，具有較好的穩(wěn)定性.

從圖3混合料試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

（1）從空隙率與瀝青存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系來(lái)看，對(duì)于溫拌瀝青，混合料成型溫度為115 ℃時(shí)，空隙率在3.5%～4.4%的范圍內(nèi)波動(dòng)，符合我國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求；而對(duì)于基質(zhì)瀝青，相同條件下成型的混合料試件的空隙率超過(guò)了5.0%，不滿足我國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求.

（2）從凍融劈裂實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度比與瀝青存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系來(lái)看，對(duì)于溫拌瀝青，混合料成型溫度為115 ℃時(shí)，凍融劈裂實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度比始終在78%～90%間波動(dòng)，滿足我國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求；而對(duì)于基質(zhì)瀝青，相同條件下成型的混合料試件的凍融劈裂實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度比低于75%，不滿足我國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求.

（3）上述試驗(yàn)結(jié)果表明：長(zhǎng)期高溫儲(chǔ)存后，溫拌瀝青的降溫效果仍然比較明顯，其混合料性能也比較良好，具有很好的耐久性.

4 結(jié)論

對(duì)一種由溫拌劑改性生產(chǎn)的成品溫拌瀝青進(jìn)行了瀝青性能、混合料性能和現(xiàn)場(chǎng)熱儲(chǔ)存耐久性能評(píng)價(jià)，并與基質(zhì)瀝青進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)論如下：

（1）采用表面活性型溫拌劑生產(chǎn)的成品溫拌瀝青與基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)和路用性能基本相當(dāng).溫拌瀝青和采用溫拌瀝青作為結(jié)合料的溫拌瀝青混合料完全符合我國(guó)熱拌瀝青混合料的技術(shù)規(guī)范的要求，滿足降溫不犧牲性能的使用要求.

（2）瀝青粘溫曲線試驗(yàn)和不同成型溫度的瀝青混合料空隙率試驗(yàn)結(jié)果表明，本文所采用的溫拌瀝青能夠顯著降低混合料的操作溫度，但其降溫機(jī)理不是降低瀝青的粘度.

（3）該成品溫拌瀝青具有良好的熱儲(chǔ)存耐久性.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期高溫儲(chǔ)存后，溫拌瀝青的性能與相同條件的基質(zhì)瀝青相當(dāng)；使用該溫拌瀝青仍能夠起到降低混合料操作溫度的作用，且溫拌混合料的性能良好.因此，直接采用該溫拌瀝青成品作為結(jié)合料的溫拌技術(shù)是可行的.

［1］ 中華人民共和國(guó)交通部.JTJ 052—2000 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2000.Ministry of Transport of PRC.JTJ052—2000 Standard test methods of bituminous mixtures for highway engineering［S］.Beijing：China Communications Press，2000.

［2］ 中華人民共和國(guó)交通部.JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2005.Ministry of Transport of PRC.JTG F40—2004 Technical specification for construction of highway asphalt pavements［S］.Beijing：China Communications Press，2005.

［3］ 河北省交通廳.DB13／T1014—2009溫拌瀝青混合料施工技術(shù)指南［S］.石家莊：河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2009.Department of Transport of Hebei Province.DB13／T1014—2009Guideline of warm mix asphalt for pavement construction［S］.Shijiazhuang：Quality and Technical Supervision of Hebei Province Press，2009.

［4］ 王曉磊，張久鵬，肖維，等.Sasobit改性劑在瀝青混凝土路面低溫施工中的應(yīng)用分析［J］.公路，2007（3）：137.WANG Xiaolei，ZHANG Jiupeng，XIAO Wei，et al.Application of sasobit modified additive to low temperature construction of asphalt concrete pavement［J］.Highway，2007（3）：137.

［5］ Hanz A，F(xiàn)aheem A，Mahmoud E，et al.Measuring effects of warm－mix additives using a newly developed asphalt binder lubricity test for the Dynamic Shear Rheometer［C／CD］∥Proceedings of the 89thAnnual Meeting of the Transportation Research Board.Washington D.C.：Transportation Research Board of the National Academies，2010.

［6］ Andrew J Hanz，Enad Mahmoud，Hussain Bahia.Asphalt lubricity test evaluation and relationship to mixture workability［C／CD］∥Proceedings of the 90thannual meeting of the Transportation Research Board. Washington D. C.：Transportation Research Board of the National Academies，2011.