温拌剂对沥青性能的影响及其成本分析

马斌

摘要：为了对比分析新型普适高效沥青改性剂（Sasobit）、Evother@M1、ET-3100这3种温拌剂对沥青性能的影响，开展3种温拌沥青三大指标试验、高温和低温流变性能等室内试验，并进行温拌剂成本对比分析。室内试验结果表明：3种温拌剂均能降低拌和温度、压实温度，并且掺量越高，对SBS改性沥青施工温度的降低程度越大。三大指标（针入度、延度和软化点）试验结果显示：Sasobit能显著提高沥青的高温性能，但会降低沥青的低温性能；Evother@M1、ET-31002两种温拌剂对SBS改性沥青三大指标无显著影响。高温流变性能试验结果显示：Sasobit对SBS改性沥青高温性能具有有利影响，但Evother@M1、ET-3100劣化了SBS改性沥青的高温性能；低温流变性能试验结果显示：ET-3100温拌剂优于Evother@M1温拌剂和Sasobit温拌剂。成本分析结果显示：ET-3100国产温拌剂价格优势明显。

关键词：沥青性能；温拌剂；三大指标；流变性能；成本分析

中图分类号：U414 文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）06-0054-05

0 引言

沥青路面易于施工，可提升路面品质，因此成为我国高等级公路的主要路面结构形式。但是，沥青混合料的生产加工过程需要耗费大量的能源用于沥青和集料加热，并且施工中产生的沥青烟会危害施工人员的身体健康［1］。在“碳达峰”“碳中和”成为我国产业升级的战略目标的今天，寻求沥青混合料的低碳生产成为该领域科研工作者的研究热点［2］。为了实现上述目标，温拌技术应运而生。温拌技术即在热拌沥青混合料中添加温拌剂，以达到降低施工温度的效果。沥青温拌技术主要分为泡沫沥青法、沥青矿物法、有机添加剂法、乳化沥青［3-4］。各类温拌技术优势不一，对沥青混合料的性能影响也不同。马峰等［5］将Aspha-min、Sasobit两种温拌剂分别加入基质沥青和SBS改性沥青中，并开展沥青结合料和沥青混合料性能研究，说明这两种温拌剂有效提升了基质沥青和SBS改性沥青60 ℃的动力黏度，并改善了沥青及沥青混合料的高温性能。温彦凯等［6］认为泡沫沥青的高温性能对粉胶比的敏感性较高。ZHANG等［7］对加入Advera®、13X zeolite、LTA zeolite 3种不同温拌剂的SBS复合改性沥青开展研究，发现加入温拌剂的SBS复合改性沥青的高温性能提升、低温性能下降。与此同时，温拌沥青混合料能够极大地降低沥青混合料摊铺温度，达到节约能源的目的。但是，温拌剂对沥青混合料的性能有一定的影响，并且温拌剂成本不低，这2个因素在温拌剂的采用决策中不可忽视［8］。本文根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）［9］，开展25 ℃针入度、15 ℃延度、软化点试验、布式旋转黏度試验及高、低温PG分级试验，分析不同温拌剂对沥青性能的影响。与此同时，将不同温拌剂的成本计入沥青成本中，分析Sasobit、Evother@M1、ET-3100这3种温拌剂对沥青成本的影响。前人的研究多关注温拌剂对沥青性能的影响，而较少关注温拌剂的价格体系，对于沥青路面施工参考性不强。本研究的开展，将温拌剂的价格体系纳入研究，具有一定创新性，有利于为沥青路面施工选用合适温拌剂提供全面的参考。

1 原材料

本文选择市面上常见的两种进口种温拌剂Sasobit、Evother@M1和一种国产温拌剂ET-3100开展试验研究。Sasobit的降黏原理为受热熔化后起润滑作用；Evother@M1的降黏原理为与水结合形成大量胶团，使沥青易于同集料裹覆；ET-3100的降黏原理为产生结构性水膜，降低沥青混合料团聚效应。选用SBS改性沥青，分析温拌剂对沥青的性能影响，SBS改性沥青技术性能试验结果见表1。

参考厂家提供的基本信息，3种温拌剂的掺量（占沥青质量百分比）范围分别如下：Sasobit为1%～3%、Evother@M1为0.2%～0.8%、ET-3100为0.5%～1%。因此，本文设置Sasobit的掺量为1%、2%、3%，Evother@M1的掺量为0.2%、0.5%、0.8%，ET-3100的掺量为0.5%、0.8%、1%。

2 试验结果及分析

2.1 三大指标（针入度、延度和软化点）

三大指标（针入度、延度和软化点）试验过程参考我国规范JTG E20—2011［9］中的要求进行，其中针入度测试温度为25 ℃，延度测试温度为5 ℃。对SBS改性沥青以及添加了不同种类温拌剂的改性沥青开展三大指标试验，试验结果见表2。

从表2中的数据可知：Sasobit对沥青的高温性能有显著的提升作用，但会损害沥青的低温性能，表现在软化点提升较大，而延度降低较多，并且掺量越高，该现象越明显。相较于SBS改性沥青，不同掺量的Sasobit对沥青的性能影响可明显看出有统计学的差异，而Evother@M1和ET-3100对沥青的三大指标影响较小，但是否有统计学上的差异，需要进一步验证。

为进一步验证Evother@M1和ET-3100对沥青的三大指标有无影响，设置Evother@M1的掺量为0.8%，ET-3100的掺量为1%，测试0.8%Evother @M1温拌沥青、1% ET-3100温拌沥青的三大指标（针入度、延度和软化点）。每种测试指标各测试10次，对结果开展显著性分析。基于SPSS数理统计软件，开展独立样本t检验方法验证Evother@M1和ET-3100对SBS改性沥青针入度、延度和软化点的影响。t检验设置P值时，一般认为P<0.05即有统计学差异，P<0.01认为有显著统计学差异，P<0.001认为有极其显著的统计学差异，以P≥0.05认为无统计学差异［10］。验证结果见表3。

由表3可知，P值均大于0.05，可认为这2种温拌剂对沥青的三大指标没有显著影响。

2.2 布氏旋转黏度

布式旋转黏度试验参考我国规范JTG E20—2011中的要求，测试温度设置为135 ℃和175 ℃，试验结果如图1所示。

从图1可知：不同类型的温拌剂均能降低SBS改性沥青的布式旋转黏度，与未掺温拌剂的SBS改性沥青相比，掺温拌剂沥青其温拌剂掺量越高，则布式旋转黏度越低。但是，不同的温拌剂类型，掺量不同时，掺温拌剂沥青的布式旋转黏度变化趋势略有区别，主要体现在Evother@M1的掺量为0.8%时的布式旋转黏度，在0.5%Evother@M1/SBS复合改性沥青的基础上降低较小。Sasobit和ET-3100均随着掺量的增加，布式旋转黏度呈线性降低。产生该现象的原因与3种温拌剂的降黏原理不同有关，Sasobit受热熔化后对SBS改性沥青内部的大分子胶团起到润滑作用，掺量越高则润滑作用越明显，因此黏度随Sasobit掺量的增加呈线性下降。ET-3100的降黏原理为产生结构性水膜，降低沥青混合料团聚效应，掺量越高则沥青黏度越低。Evother@M1的降黏原理是与水结合形成大量胶团，使沥青易于同集料裹覆，但在掺量较高时，沥青结合料难以体现降黏优势，这与沥青混合料的差异有关；随着Evother@M1掺量的增加，大量胶团反而不利于沥青结合料的黏度降低。

按照我国规范JTG E20—2011中的规定，可根据135 ℃、175 ℃温度条件下所得布式旋转黏度试验结果，在半对数坐标上绘制黏温曲线，确定沥青混合料拌和温度、压实温度。SBS改性沥青以及不同类型的温拌剂改性沥青的布式旋转黏度所确定的拌和温度、压实温度具体见表4。

从表4可知，Sasobit、Evother@M1、ET-31003三种温拌剂均能降低沥青混合料的拌和温度、压实温度。这3种温拌沥青的拌和、压实温度相较SBS改性沥青均降低5～20℃，并且随着温拌剂掺量的增加，降低幅度越大。3种温拌剂中，Evother@M1对SBS改性沥青的施工温度降低最明显，掺量为0.5%时，对SBS改性沥青的拌和温度和压实温度的降低值相当于2%掺量Sasobit温拌剂和1%掺量ET-3100温拌剂。但是，Evother@M1温拌剂的掺量从0.5%增加到0.8%时，对应的施工温度降低并不显著，随着Evother@M1温拌剂的掺量增加，Evother@M1/SBS复合改性沥青的施工温度并非呈线性下降，这一点与Sasobit、ET-3100有明显的区别。

2.3 高温流变性能

沥青状态为原样状态，测试温度范围为64～82℃，测试过程参考我国规范JTG E20—2011中的要求，试验结果为车辙因子G*/sinδ，该指标由复数模量G*与相位角δ计算而得，表征沥青结合料高温性能，其值越高，表明沥青抵抗高温变形的能力越强，沥青高温性能越好。试验结果如图2所示。

从图2可知：随着温度增加，SBS改性沥青与Sasobit、Evother@M1、ET-31003這3种温拌沥青的车辙因子均快速下降，表明高温不利于SBS改性沥青及温拌剂/SBS改性沥青抵抗车辙变形，但不同温拌剂的车辙因子变化曲线略有区别。其中，Sasobit/SBS复合改性沥青的车辙因子曲线均在SBS改性沥青上方，并且Sasobit的掺量越高，Sasobit/SBS复合改性沥青的车辙因子越大，表明Sasobit能有效提升SBS改性沥青的高温性能，这一结论与前文软化点试验结果一致。Evother@M1/SBS复合改性沥青与ET-3100/SBS复合改性沥青的车辙因子曲线均在SBS改性沥青下方，表明Evother@M1和ET-3100对SBS改性沥青的高温性能有劣化作用。不同于Sasobit，这2种不同掺量的温拌剂/SBS复合改性沥青的车辙因子曲线差距较小。虽然Evother@M1和ET-3100对SBS改性沥青的车辙因子有不利影响，但是随着掺量增加，对SBS改性沥青高温性能劣化作用并未加大。从车辙因子试验结果来看，Sasobit优于Evother@M1和ET-3100。

2.4 低温流变性能

我国规范JTG E20—2011中的低温弯曲梁流变性能试验可作为沥青结合料低温性能试验方法，采用低温下沥青劲度模量S值和蠕变曲线斜率m值表征沥青结合料低温性能。其中，S值越大，表明沥青在低温下的模量越高，在低温荷载作用下发生破坏的可能性越高。因此，对于沥青结合料，S值越低，代表沥青低温性能越高。为减少工作量，低温流变性能仅分析最高掺量。参考我国规范JTG E20—2011的要求，设置试验温度为-12 ℃，SBS改性沥青与不同温拌剂/SBS复合改性沥青的S值随加载时间的变化曲线如图3所示。从图3可知，不同温拌剂/SBS复合改性沥青的劲度模量曲线均在SBS改性沥青上方，表明Sasobit、Evother@M1和ET-3100均不利于SBS改性沥青的低温性能。具体分析3种温拌剂的劲度模量曲线，劲度模量指标按大小排序为Sasobit＞Evother@M1＞ET-3100。因此，低温流变性能方面，ET-3100优于Evother@M1，Evother@M1优于Sasobit。

3 成本分析

根据市场调研，Sasobit、Evother@M1、ET-3100这3种温拌剂的价格（包括运费）见表5。温拌剂是作为添加剂与沥青混合，因此本文对温拌剂的成本分析主要考虑将温拌剂的成本计算入沥青的成本。Sasobit、Evother@M1、ET-3100这3种温拌剂的成本均在最高掺量水平开展对比分析。由表5可知，进口温拌剂Sasobit增加的沥青成本最高，而国产温拌剂ET-3100的价格优势明显。考虑到SBS改性沥青的每吨价格为4 000～6 000元，取5 000元/吨的中间值，3种温拌剂增加沥青成本的幅度分别为Sasobit提高25.2%，Evother@M1提高19.2%，ET-3100提高17.2%。结合上文各项性能试验结果，Evother@M1温拌沥青与ET-3100温拌沥青性能相差较小，而ET-3100对沥青价格的增加幅度略低于Evother@M1。因此，综合性能与成本，ET-3100温拌剂为最优。

4 结语

将Sasobit、Evother@M1、ET-3100这3种温拌剂掺入SBS改性沥青中，测试不同温拌改性沥青的三大指标、布式旋转黏度、高温流变性能及低温流变性能，3种温拌剂均能降低沥青混合料的拌和温度、压实温度，降低幅度为5～20 ℃，并且温拌剂的掺量越高，SBS改性沥青的施工温度降低幅度越大。Evother@M1和ET-3100对SBS改性沥青的三大指标无显著影响，可考虑采用流变性指标评价这2种温拌沥青的高、低温性能。Sasobit能显著提高SBS改性沥青的高温性能，但对其低温性能损害较大，其余2种温拌沥青不利于SBS改性沥青高温性能的发挥，但对SBS改性沥青的低温性能影响较小。成本分析表明，ET-3100温拌剂优于Sasobit和Evother@M1。综合而言，Sasobit温拌剂对SBS改性沥青的高温性能有利，但会劣化其低温性能，Evother@M1和ET-3100对SBS改性沥青高温性能有利，但对其低温性能劣化程度相較Sasobit轻微；ET-3100温拌剂的价格优势明显，经济性较好。本文的研究结果可为沥青路面施工选用经济适用、性能合适的温拌剂提供一定参考。

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