鄭南翔，駱 釩，雷俊安，吳傳海，許新權(quán)

（1．長安大學 特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064；2．長安大學 公路學院，陜西 西安 710064；3．廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420）

0 引 言

近年來，開級配抗滑磨耗層（OGFC）瀝青路面在國內(nèi)的應用越來越多，有效解決了隧道內(nèi)的降噪、抗滑等問題。實際應用時，一般采用高黏瀝青制備OGFC瀝青混合料，使其具備足夠的強度和耐久性［1－4］；但同時也提高了材料的黏度，且 OGFC瀝青路面較高的空隙率導致混合料施工過程中溫度下降過快，對施工溫度條件要求苛刻［5］。過高的施工溫度還導致瀝青混合料攤鋪過程中產(chǎn)生大量煙塵，加上隧道內(nèi)空間狹小封閉，通風差，嚴重影響施工人員的身體健康［6］。有研究表明，使用溫拌劑可有效降低瀝青混合料的施工拌合溫度［7－9］。

國內(nèi)外關于溫拌技術(shù)的研究主要關注溫拌劑對基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青及其混合料性能的影響［10－15］，而關于溫拌劑對高黏瀝青及其混合料性能的影響分析鮮有報道。

本文選擇Ev3G、Sasobit和EC120這3種常見的溫拌劑，研究溫拌劑類型和摻量對TPS高黏瀝青性能的影響并對其路用性能進行試驗驗證，為溫拌高黏瀝青的制備及OGFC瀝青混合料的施工提供可靠依據(jù)。

1 原材料性質(zhì)及制備工藝

1．1 瀝青

瀝青采用殼牌SBS I－D改性瀝青，其技術(shù)指標如表1所示。

表1 SBS I－D瀝青主要性能試驗結(jié)果

1．2 高黏劑

試驗所用的高黏劑TPS（全稱TAFPACK－Super）是以少量的增塑劑和黏結(jié)性樹脂添加到熱塑性橡膠中，制成淡黃色、顆粒狀、高黏度黏接劑，其比重為0．98。

1．3 溫拌劑

試驗所用的溫拌劑有3種，分別是Ev3G（全稱Evotherm3G）、Sasobit和 EC120（全稱 Energy Champion 120℃）。Ev3G溫拌劑是由 Mead Westvac公司生產(chǎn)的一種表面活性溫拌劑，呈深黃褐色黏稠狀液體，其工作原理是，通過改變分子之間的極性改變?yōu)r青分子和集料間的表面張力，從而實現(xiàn)溫拌目的；Sasobit溫拌劑是一種窄分布的長鏈脂肪族烴，主鏈分子中含有40～115個碳原子，外觀呈片狀或粉狀，融溫范圍為99℃～116℃，廠家推薦摻量為2%～4%；EC120溫拌劑由海川公司生產(chǎn)，是一種合成的直鏈脂肪族式的碳氫化合物，呈白色細小顆粒狀，熔點為100℃左右，溫度超過110℃時能完全溶于瀝青中。

1．4 集料

試驗所用集料均符合《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42—2005）的要求，其中細集料和礦粉為石灰?guī)r。粗集料為玄武巖，其技術(shù)指標如表2所示。

表2 玄武巖集料技術(shù)指標

1．5 溫拌高黏瀝青制備工藝

將SBS I－D改性瀝青加熱到175℃±5℃時，加入7%的TPS高黏劑，利用高速剪切乳化機以2 000r·min－1的轉(zhuǎn)速低速恒溫剪切10min，再以5 000r·min－1的轉(zhuǎn)速高速剪切45min，使TPS均勻分散于瀝青中。然后，向瀝青中加入不同種類、不同摻量（占瀝青質(zhì)量的百分比）的溫拌劑。根據(jù)溫拌劑廠家的推薦，選取Ev3G摻量分別為0．4%、0．5%、0．6%，Sasobit和EC120摻量分別為3%、4%、5%。Ev3G人工攪拌均勻即可，Sasobit和EC120采用高速剪切乳化機充分攪拌均勻。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）進行瀝青針入度、軟化點、延度和布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

2．1 溫拌劑對TPS高黏瀝青針入度及針入度指數(shù)的影響

2．1．1 溫拌劑對TPS高黏瀝青針入度的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對TPS高黏瀝青針入度的影響見圖1。

由圖1可知以下幾點。

（1）在 15 ℃、20 ℃ 和30 ℃下，Sasobit和EC120兩種溫拌劑對TPS高黏瀝青的針入度都有一定影響，摻量越高、針入度越小、溫度越高，影響效果越明顯。

圖1 溫拌劑對瀝青針入度的影響

（2）Ev3G溫拌劑摻量的變化對TPS高黏瀝青不同溫度下的針入度的影響不大。

2．1．2 溫拌劑對高黏瀝青針入度指數(shù)的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對TPS高黏瀝青針入度指數(shù)的影響結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出以下幾點。

（1）Sasobit和EC120的摻入都能使TPS改性瀝青針入度指數(shù)出現(xiàn)明顯增加，且摻量越高，增長幅度越大。

（2）Ev3G摻量的變化對TPS高黏改性瀝青針入度指數(shù)的影響不明顯。

由以上分析可知，Sasobit和EC120摻量的變化對TPS高黏瀝青感溫性能的影響較大，而Ev3G對其影響較小。

2．2 溫拌劑對高黏瀝青軟化點的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對TPS高黏瀝青軟化點的影響結(jié)果如表4所示。

表3 溫拌劑對瀝青針入度指數(shù)的影響

表4 溫拌劑對瀝青軟化點的影響

加入Ev3G型溫拌劑后TPS高黏改性瀝青的軟化點沒有顯著變化。Sasobit和EC120型溫拌劑的加入使得該瀝青的軟化點出現(xiàn)小幅度增長，說明乳化型溫拌劑對TPS高黏改性瀝青高溫性能的影響不大，而有機降黏類溫拌劑能在一定程度上改善TPS高黏瀝青的高溫性能。

2．3 溫拌劑對高黏瀝青延度的影響

以5℃延度評價Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對TPS高黏瀝青低溫延度的影響。試驗結(jié)果如表5所示。

表5 溫拌劑對瀝青延度的影響

由表5可以看出以下幾點。

（1）不同溫拌劑對TPS高黏改性瀝青的低溫延度都有一定的負面影響，影響程度從大到小依次為Sasobit、EC120、Ev3G。

（2）使用同種溫拌劑，摻量越高，延度越低。由此可見，3種溫拌劑的摻入均不利于TPS高黏改性瀝青的低溫性能，乳化型溫拌劑比有機降黏類溫拌劑的負面影響更小。

由以上分析可知，乳化型溫拌劑與有機降黏類溫拌劑對高黏瀝青的性能影響差異非常大。究其原因主要是降黏機理不同。有機降黏類溫拌劑加入到TPS高黏瀝青中后會發(fā)生一系列物理化學變化，形成穩(wěn)定性良好的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使瀝青變硬、變稠，引起針入度下降，針入度指數(shù)增加，軟化點上升，延度降低。Ev3G屬于乳化型溫拌劑，摻入后對瀝青起微乳化作用，當瀝青隨著水分蒸發(fā)而逐漸破乳后就會恢復原有性質(zhì)，因此對瀝青指標的影響不明顯［16－19］。

2．4 溫拌劑對高黏瀝青黏度的影響

Ev3G、Sasobit及EC120三種溫拌劑對TPS高黏瀝青布氏旋轉(zhuǎn)黏度的影響結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知以下幾點。

（1）3種溫拌劑對TPS高黏瀝青的降黏效果都很明顯。

（2）從圖2（a）可知，Sasobit溫拌瀝青的黏度隨溫度的升高而降低，在150℃左右趨于平緩。在120℃下，Sasobit摻量為2%時瀝青黏度降低了18%左右，摻量為3%和4%時的降黏效果相差不大，都在25%左右。在135℃下，Sasobit摻量為2%時瀝青的黏度降低了1／3左右，但是摻量繼續(xù)增加，黏度降低的效果不明顯。當溫度達到150℃以后，降黏效果趨于平緩。

（3）從圖2（b）可知，EC120溫拌高黏瀝青的黏度隨溫度的升高而降低，在135℃左右趨于平緩。在120℃下，隨EC120摻量的增加，降黏效果出現(xiàn)明顯提升。在135℃以上，隨溫度的升高，摻量的變化對瀝青黏度的影響逐漸減弱。

（4）從圖2（c）可知，Ev3G型溫拌劑在不同溫度下對高黏瀝青黏度的影響都很明顯。當溫度低于165℃時，EC120摻量由0．5%增加到0．6%時，降黏效果出現(xiàn)了一定的改善，摻量為0．6%和0．7%的降黏效果相當。當溫度大于165℃后，EC120摻量由0．5%增加到0．7%，降黏效果無明顯變化。

圖2 溫拌劑對瀝青黏度的影響

（5）135℃時，3種摻量下Sasobit和EC120溫拌高黏瀝青的黏度都在3Pa·s左右，且摻量大于4%以后，降黏效果已趨于平緩。對于Ev3G型溫拌劑，摻量達到0．6%后，瀝青黏度就降低到2Pa·s左右?！豆窞r青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中規(guī)定，改性瀝青黏度應不大于3Pa·s，因此使用Ev3G型溫拌劑對TPS高黏瀝青進行降黏處理更為合理。

（6）采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）中的方法計算施工溫度范圍和拌合溫度范圍，結(jié)果如表6所示。由表6可知，Ev3G型溫拌劑最多能使TPS高黏瀝青施工、拌合溫度降低20℃左右。Sasobit和EC120型溫拌劑類似，最大能使TPS高黏瀝青施工、拌合溫度降低10℃左右。乳化型溫拌劑比有機降黏類溫拌劑對TPS高黏瀝青的降黏效果更好。

表6 溫拌高黏瀝青施工拌合溫度范圍

3 溫拌高黏瀝青混合料路用性能驗證

對OGFC瀝青混合料分別采用TPS高黏瀝青、摻0．6%Ev3G的TPS高黏瀝青、摻3%Sasobit的TPS高黏瀝青、摻3%EC120的TPS高黏瀝青進行高溫、低溫、水穩(wěn)性能試驗以及肯塔堡飛散試驗，分析不同溫拌劑對高黏瀝青混合料路用性能的影響。結(jié)合實際經(jīng)驗同時為驗證前文試驗結(jié)果，控制上述4種瀝青混合料的成型溫度分別為195℃、175℃、185℃、185℃。試驗所用級配如表7所示。路用性能試驗結(jié)果見表8。

表7 OGFC礦料級配組成

表8 OGFC高黏瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果

由表8可以看出以下幾點。

（1）Ev3G溫拌高黏瀝青混合料在成型溫度降低20℃后，Sasobit和EC120溫拌高黏瀝青混合料在成型溫度降低10℃后，仍能滿足規(guī)范要求；驗證了乳化型溫拌劑Ev3G與有機降黏類溫拌劑Sasobit和EC120降黏效果的差異。

（2）以動穩(wěn)定度評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，從試驗結(jié)果看，4種高黏瀝青混合料的動穩(wěn)定度相差不大，可以認為試驗所用的3種溫拌劑對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性無明顯影響。

（3）采用低溫彎曲應變值評價瀝青混合料的低溫性能。試驗結(jié)果證明，3種溫拌劑均對瀝青混合料的低溫性能產(chǎn)生不利影響，乳化型溫拌劑Ev3G的影響效果更小。該結(jié)果與瀝青的試驗結(jié)果一致。

（4）以肯塔堡飛散試驗、凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗評價溫拌劑對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。從試驗結(jié)果可見，這3種溫拌劑的摻入均能影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但是影響程度不大。

4 結(jié) 語

（1）根據(jù)試驗結(jié)果，確定TPS高黏劑的摻量為7%，SBS改性瀝青各項性能指標均能得到有效改善。

（2）有機降黏類溫拌劑Sasobit和EC120對TPS高黏改性瀝青的軟化點、不同溫度下的針入度及針入度指數(shù)都有一定的提升作用，對延度有一定負面影響。乳化型溫拌劑Ev3G對TPS高黏改性瀝青的軟化點、不同溫度下的針入度及針入度指數(shù)沒有明顯的影響，對延度的負面影響更小。

（3）根據(jù)瀝青路用性能的試驗結(jié)果可知，3種溫拌劑對TPS高黏瀝青的降黏效果都很明顯，但乳化型溫拌劑Ev3G比有機降黏類溫拌劑Sasobit和EC120對TPS高黏瀝青的降黏效果更好。

（4）綜合分析溫拌高黏瀝青的各項試驗指標可知，乳化型溫拌劑Ev3G比有機降黏類溫拌劑Saso－bit和EC120更適合對TPS高黏瀝青進行改性。綜合考慮改性效果和經(jīng)濟效益，Ev3G型溫拌劑在TPS高黏改性瀝青中的最佳摻量為0．6%左右。