不同温拌剂掺量对沥青混合料性能的影响

段鹏鹏，徐肖龙，雷 涛，曹巍巍

(1.英达热再生有限公司，江苏 南京 210038； 2.东南大学 交通学院，江苏 南京 211189)

温拌沥青混合料因具有延长施工周期、节能环保和保护现场施工人健康的优势而被人们所欢迎。当前，全球的研究人员都全力研究温拌沥青和混合料性能，主要是表面活性机理和有机添加剂机理的温拌剂。实验人员主要分析了2种不同机理的温拌剂的路用性能和降温效果，而定量分析的影响比较少。本试验把2种温拌剂加入到沥青中，研究其降温效果、经济效果和路用性能，采用灰色关联来分析其混合料性能和温拌沥青性能的关系。

1 材料与方法

以某段高速隧道施工工程为例，分析不同温拌剂对沥青性能、沥青混合料路用性能的影响，以此实现在工程施工中对温拌剂的优化选择。本次工程项目选择的是壳牌SBS改性沥青，因此本次实验材料选择的是基于有机添加剂机理的温拌剂Sasobit和基于表面活性机理的温拌剂ZYF-B，这种温拌剂均可直接加入沥青中。本实验分析将2种温拌剂加入后对沥青性能、沥青混合料路用性能的影响。将ZYF-B的掺量设置为0%～7%，Sasobit的掺量设置为0%～5%。

1.1 温拌剂对沥青针入度影响分析

研究温拌剂对沥青针入度的实验材料选用90#基质沥青与SBS改性沥青，并分别加入对应的Sasobit与ZYF-B，实验数据如图1，从而来分析针入度的变化规律。

表1 沥青技术指标Tab.1 Technical indexes of asphalt

(a) Sasobit不同用量下的针入度

由图1(a)可知，加入90#基质沥青和SBS改性沥青的Sasobit的针入度都降低了，1%～3%的针入度下降的比较平和，这就表明Sasobit使得对于沥青的改变影响不大，当大于掺量界限就有明显的下降趋势。图1(b)可以清楚地看出，加入2种沥青对于针入度的波动影响不大。

1.2 温拌剂对沥青软化点影响分析

由图2可知，90#基质沥青与SBS改性沥青加入Sasobit的软化点都呈现着一个上升的趋势，在掺量大于3%的时候，上升得比较明显。而由图2(b)可知，加入90#基质沥青与SBS改性沥青的ZYF-B在3%～5%时伴随着掺量的增加而增加；当掺量大于5%时就会趋于一个稳定的状态。

(a)sasobit不同用量下的软化点

1.3 温拌剂对沥青延度影响分析

图3中，当sasobit的掺入量为2%的延度是有所提升，在3%就是最好的状态，相较于掺入量是0%的延度提升了16.5%。当掺量大于3%时，90#基质沥青的延度下降明显，大于5%时延度比原有的延度还小。对于SBS改性沥青的影响就较小，伴随着掺量的增大，改性沥青延度也随之降低。

(a)Sasobit不同用量下的延度

图3b中ZYF-B加入2种沥青后，掺量是5%的90#基质沥青延度就达到了最大值，相较于掺量是0的延度提升了7.9%，当大于5%的时候，延度会有一定的下降趋势，最后就会达到平稳的状态。温拌剂的掺量超过3%的SBS改性沥青的延度会伴随着掺量的增加而增大，而大于5%时的其延度就会达到一个平衡点，这时的延度是44.6 cm，相较于掺入量是0%的时候，增大了17.5%。

1.4 温拌剂对沥青与集料粘附性影响分析

图4a中得出，粘附等级是4级的基质沥青的掺量低于3%时，沥青与骨料粘附性是比较好的，大于这个数值就会出现剥离现象。和基质沥青相比，SBS的改性沥青会有剥离的现象，相对而言要小于本质沥青。图4(b)是2种沥青的等级为4级加入3%ZYF-B与4%ZYF-B的粘附性转变成5，随着用量的提升其粘附性也没有多大变化。

(a) Sasobit不同用量下的粘附性等级

2 温拌剂对沥青混合料路用性能影响分析

2.1 温拌沥青混合料路用性能的对比

实验材料是将Sasobit与ZYF-B加入沥青混合料中，结合1中结论，对应的拌合和压实温度下进行车辙实验；具体结果如表2所示。

表2 车辙试验结果Tab.2 Rutting test results

由表2可知，得出加入Sasobit的比加入基质沥青的稳定性要提高30%，而且变形量也降低了，从表中得出加入ZYF-B的比加入基质沥青的稳定性持平。说明Sasobit在沥青混合料中可以有效地提高高温稳定性，ZYF-B就不能达到这个效果，但是可以达到降低混合料的稳定性不会导致混合料高温性能有所变化。

2.2 温拌剂对沥青混合料低温抗裂性能的影响

实验是在-10℃的温度下进行小梁弯曲，对2种不同的温拌机理的沥青混合料应变加压破坏，从而得出不同种类的低温抗裂性能的表现，结果如表3所示。弯拉应变中Sasobit最大，而90#最小，ZYF-B处于中间位置，劲度模量中就和弯拉应变的顺序相反。在混合料中添加温拌剂可以有效地提高低温的抗裂性能，其中Sasobit是效果最好的。

表3 -10 ℃小梁弯曲实验结果Tab.3 Results of trabecular bending test at -10 ℃

2.3 温拌剂对混合料水稳定性的影响

为研究温拌剂对于混合料稳定性影响，采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验来探讨抗水损害的能力。冻融劈裂相较于浸水马稳定歇尔要严格一些，来模拟混合料在受水损害时的抗剥落性能；冻融劈裂实验结果如表4所示。

表4 冻融劈裂实验结果Tab.4 Freeze thaw splitting test results

由表4可知，加入2种温拌剂的混合料要大于基质沥青混合料的冻融劈裂强度，混合料通过添加温拌剂来增加其水稳定性。其中ZYF-B比Sasobit的水稳定性要强，主要是ZYF-B的粘附性在混合料要强，通过冻融循环的混合料的水稳定性就变得更强一些。

浸水马歇尔实验结果，具体如表5所示。

表5 浸水马歇尔实验结果Tab.5 Immersion Marshall test results

由表5可知，加入2种温拌沥青混合料大于基质沥青混合料的残留稳定度，说明在受水损害时混合料适当的加入温拌剂可以提高自身的抗剥落能力。Sasobit和ZYF-B在残留稳定度方面相差不大。

2.4 灰色关联分析

为了更加深入地探究温拌剂对于沥青混合物的影响因素，本文采用灰色关联分析的方法来探究各个因素之间的相似性和差异性，并寻找出主要的影响因素。以温拌沥青的针入度、软化点、延度、粘附性为比较数列，而动稳定度、最大弯拉应变、冻融劈裂强度比、残留稳定度为参考数列；参考数列及比较数列如表6所示。

表6 参考数列与比较数列Tab.6 Reference series and comparison series

由表6可知，、、、是比较数列；、、、是参考数列。关联系数是求平均值在使用无量纲处理，温拌沥青指标与温拌混合料性能指标的关联系数。具体数据如表7所示；温拌沥青指标与温拌混合料性能指标的关联度，具体数据如表8所示。

表7 温拌沥青指标与温拌混合料性能指标的关联系数εTab. 7 Correlation index between warm mix asphalt index and warm mix performance ε

表7 温拌沥青指标与温拌混合料性能指标的关联度rTab.7 Correlation degree between warm mix asphalt index and warm mix performance r

由表8可知，影响沥青延度的是动稳定度、残留稳定度和最大弯拉应变，而影响冻融劈裂强度的指标是软化点。其中温拌剂对于混合料的延度性能影响最大，Sasobit的基质沥青延度大于ZYF-B的延度。

3 结语

本文通过将2种温拌剂Sasobit、ZYF-B分别加入到沥青中，探究沥青软化点、延度、针入度和粘附性，以此确定哪种温拌剂效果最好。设置2种温拌剂不同梯度的掺入量，最后得出ZYF-B掺入量最佳为5%，Sasobit掺入量最佳为3%。ZYF-B、Sasobit都有降低沥青混合料的温度效果，ZYF-B的温度为25～50 ℃，Sasobit的温度为19～23 ℃；由此可以得出，ZYF-B的降温效果最好。2种温拌剂对混合料的性能影响大，其Sasobit的混合料高温稳定性能和低温抗裂性能相对要高；ZYF-B加入混合料中，混合物的水稳定性相对于另外一种要好。本文通过灰色关联度可以知道，影响温拌剂沥青混合料性能最大的是延度。