溫拌劑作用機理及溫拌再生瀝青老化特征研究

張威

摘要：為研究溫拌劑對溫拌再生瀝青混合枓的作用效果，文章采用溫拌瀝青與基質(zhì)瀝青黏度和摩擦試驗分析溫拌劑對瀝青的作用機理，通過分析溫拌再生瀝青的針入度、軟化點、延度和黏度評價溫拌再生瀝青的老化特征。結(jié)果表明：（1）中等溫度條件下，溫拌劑主要通過摩擦作用提高溫拌瀝青的壓實性能;高溫條件下，溫拌劑主要通過控制黏度來改善溫拌瀝青的壓實特性。（2）與熱再生相比，溫拌再生瀝青針入度和軟化點明顯減少，延度增大，60℃和135℃黏度也較前者低;當舊料摻量達到50%時，瀝青針入度比降至45.5%，舊瀝青的脆性對再生后的瀝青混合物影響較大，在135℃時的運動黏度增長較大，會造成混合料的和易性下降，影響壓實度。

關(guān)鍵詞：道路工程;溫拌再生瀝青;溫拌劑;作用機理;老化特征

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.007

文章編號：1673-4874（2019）10-0021-04

0引言

目前國內(nèi)的路面再生技術(shù)以廠拌熱再生為主，再生過程中，需要將新集枓加熱到190℃以上以充分熔融舊料表面的瀝青，加熱溫度過高帶來的直接結(jié)果是造成再生料中的舊瀝青二次老化，降低再生瀝青混合枓的使用性能。溫拌再生技術(shù)通過降低新石料的加熱溫度，借助溫拌劑的表面活性作用，在大功率攪拌作用下實現(xiàn)新舊混合料的充分混合，形成均勻的再生混合料，并且能顯著降低再生瀝青混合料的老化程度。

但目前國內(nèi)外采用的溫拌劑品種較多，不同溫拌劑的作用機理各不相同。尤其是一些以蠟為主要成分的溫拌劑，還會給瀝青混合料的性能帶來一定的負面影響，需謹慎使用。本文采用的溫拌劑為表面活性劑，通過對溫拌瀝青與基質(zhì)瀝青黏度和摩擦系數(shù)進行檢測，分析溫拌劑對瀝青的作用機理，并通過溫拌再生瀝青的針入度、軟化點、延度和黏度評價溫拌再生瀝青的老化特征。

1原材料與溫拌劑作用機理

1.1 原材料

溫拌劑采用表面活性劑型溫拌劑Evotherm，使用時無需用水稀釋，可與瀝青進行預(yù)混，也可直接在拌合樓中進行添加。經(jīng)抽提試驗得到的回收瀝青針入度（25℃，100g，5S）為23.5（0.1mm），R&B軟化點為61.2℃，15℃延度為1.1cm，表現(xiàn)出明顯的脆性。新瀝青為中石化鎮(zhèn)海70*A級瀝青。依據(jù)規(guī)范要求對新瀝青、礦粉的各項指標進行測試，結(jié)果均滿足要求。

1.2 溫拌劑作用機理

通過在基質(zhì)瀝青中添加表面活性劑型溫拌劑，測定基質(zhì)瀝青與添加表面活性劑溫拌劑的改性瀝青黏度和摩擦系數(shù)，探索表面活性劑型溫拌劑對瀝青的黏度和摩擦系數(shù)是否發(fā)生作用，從而分析表面活性劑型溫拌劑的作用機理。

1.2.1 布氏旋轉(zhuǎn)黏度

傳統(tǒng)方法中，應(yīng)根據(jù)瀝青的黏度確定瀝青混合枓的拌合溫度和壓實溫度。根據(jù)實際工程可知，適宜拌合的瀝青結(jié)合料黏度為（0.17±0.02）Pa·s，適宜壓實的瀝青結(jié)合枓黏度為（0.28±0.03）Pa·s。溫拌瀝青和傳統(tǒng)熱拌瀝青溫度一般相差30℃，所以，本研究首先采用布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗方法，驗證兩種瀝青黏度的差異性。試驗溫度分別為100℃、115℃、130℃、145℃、160℃;試驗對象為Evotherm 3G溫拌瀝青和70*基質(zhì)瀝青。試驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，溫度的變化對溫拌瀝青和基質(zhì)瀝青的黏度差異性影響很小，無法對基質(zhì)瀝青和溫拌改性瀝青進行分辨表征。因此，需要從溫拌瀝青作用機理的角度，對溫拌瀝青和基質(zhì)瀝青的差異性進行分析。

1.2.2 球板摩擦試驗

瀝青混合料中瀝青是以一種薄膜狀態(tài)裹附在集料表面上的，實際的黏度以一種薄膜黏度的形式存在，瀝青直接的作用是潤滑集料間摩擦，因此，應(yīng)對瀝青的摩擦作用展開研究。本文采用瀝青球板摩擦試驗，驗證基質(zhì)瀝青和溫拌瀝青摩擦系數(shù)特性差異。試驗溫度分別為90℃、95℃、100℃、105℃、115℃、130℃;試驗對象為70*基質(zhì)瀝青、溫拌瀝青、溫拌劑。由于90℃和95℃時，摩擦系數(shù)較大，溫拌瀝青和基質(zhì)瀝青均不能得到摩擦系數(shù)，因此本文比較100℃-130℃下的基質(zhì)瀝青、溫拌瀝青和溫拌劑的摩擦系數(shù)。通過瀝青摩擦試驗得到的試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在中等溫度范圍內(nèi)（100℃-115℃），溫拌瀝青因加入了溫拌劑使得其摩擦系數(shù)低于同等溫度下的基質(zhì)瀝青，使其瀝青薄膜在石料之間能夠更好地起到潤滑作用，宏觀表現(xiàn)為可壓實性較基質(zhì)瀝青更好。

1.2.3 表面活性劑溫拌瀝青作用機理

由上述結(jié)果可以看出，在溫度較高條件下（110℃-130℃及以上），基質(zhì)瀝青與添加了溫拌劑的溫拌瀝青在黏度上的表現(xiàn)并沒有太大差別，可以推測在較高溫度下，溫拌劑基本沒有發(fā)揮降低拌合溫度的效果;在中等溫度時（100℃-115℃），添加了溫拌劑的溫拌瀝青的摩擦系數(shù)明顯小于基質(zhì)瀝青的摩擦系數(shù)，可以推測在中等溫度范圍下，溫拌劑對基質(zhì)瀝青的影響是通過改變?yōu)r青分子間的摩擦作用從而起到降低拌合溫度的效果。因此，基于上述分析提出表面活性劑類溫拌瀝青作用機理，即表面活性劑類溫拌瀝青在黏性和摩擦力共同作用，實現(xiàn)降低溫度的條件下，達到預(yù)期壓實效果。具體而言，高溫條件下，黏度占據(jù)主要作用，摩擦作用不顯著;中間溫度下，摩擦作用顯著;低溫條件下，黏度變大，摩擦作用降低。

2 溫拌再生瀝青老化試驗

瀝青在拌合過程中的老化程度與新舊枓的加熱溫度有關(guān)，評價老化特征的參數(shù)有瀝青三大指標以及黏度的變化量。首先對不同舊料摻量的混合料進行瀝青抽提回收，對瀝青指標進行試驗。混合料的類型、舊料摻量與拌合溫度如表1所示，瀝青的技術(shù)指標如表2所示。

2.1針入度變化

根據(jù)試驗結(jié)果，在不添加舊枓的情況下，熱拌后瀝青針入度下降明顯，而溫拌變化較小，說明在混合料拌合過程中，加熱溫度對瀝青性能影響很大。隨著舊料摻量的增加，相應(yīng)地要增加舊料和新集枓的加熱溫度，使瀝青老化加劇。不同混合枓類型再生后瀝青針入度的變化情況如圖3所示。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9

由圖3可知，舊料摻量同為30%的溫拌再生和熱再生，再生后瀝青的針入度相差較大;50%舊枓的溫再生在生產(chǎn)中瀝青的針入度變化與30%舊枓的熱再生接近。這說明舊料比例增加，舊瀝青含量高，但通過降低拌合溫度，可以減少舊瀝青的二次老化程度。

2.2軟化點變化

根據(jù)相關(guān)研究可知，瀝青軟化點與瀝青中瀝青質(zhì)的含量相關(guān)性最大。瀝青老化的趨勢就是各組分發(fā)生遷移變化，小分子變大分子，最后形成分子量最大的瀝青質(zhì)。因此，軟化點的變化與老化程度相關(guān)性也很大。圖4為再生后不同瀝青混合物的軟化點變化情況。

從圖4中可以看出，熱再生的軟化點最高，說明舊料在熱拌過程中造成的二次老化比較顯著。

2.3 延度變化

瀝青的延度主要與膠質(zhì)的含量有關(guān)，當瀝青老化后，膠質(zhì)會向瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)變，造成瀝青變硬，延展性降低。圖5為再生后不同瀝青混合物的延度（15℃）變化情況。

由圖5可知，除溫拌外，熱拌、熱再生和溫再生經(jīng)拌合后瀝青延度顯著下降，說明除了拌合溫度對延度影響較大外，舊料中瀝青性能也對該指標影響很大。因為舊瀝青的延度僅為1.1cm，脆性很大，即使加入了新瀝青，也可能由于膠質(zhì)比例不足造成延度較小。

2.4 黏度變化

對于瀝青來說，因針入度、軟化點和延度三大指標測試簡單方便，往往作為瀝青分級和評價的主要參考指標。而實際上這三個指標都是經(jīng)驗指標，并非真正意義上的力學(xué)參數(shù)指標，只有黏度才能反映瀝青的流變特征。因此，根據(jù)黏度變化可以更加準確地分析評價瀝青的力學(xué)特征變化情況。圖6為再生后不同瀝青混合物在60℃的動力黏度變化情況，圖7為在135℃的再生后不同瀝青混合物的動力黏度變化情況。

通常條件下，60℃動力黏度主要表征瀝青在高溫荷載作用下的抗變形能力，黏度越大，抗變形能力越大。對于再生瀝青混合料來說，舊料的加入對這一指標是具有積極貢獻的，但該指標過大也會導(dǎo)致材料在低溫下更脆，路面容易開裂。由圖6可知，30%舊料摻量的熱再生和溫拌再生瀝青的60℃黏度差異較大;當溫拌再生舊料增加到50%時，兩者的黏度比較接近。

對于135℃時的運動黏度，一般表征瀝青在施工過程中的和易性具有一個合適的范圍，過大或過小都會造成壓實質(zhì)量問題。由圖7可以看出，溫再生的運動黏度均低于熱再生，具有更好的流動性，容易形成良好的壓實效果。

3 結(jié)語

（1）通過瀝青黏度試驗和瀝青摩擦試驗得知，在中等溫度范圍（90℃-110℃）內(nèi)，溫拌劑主要通過摩擦作用提高溫拌瀝青的壓實性能;在高溫范圍（110℃-130℃）內(nèi)，溫拌劑主要通過控制黏度來改善溫拌瀝青的壓實特性;在較低溫度范圍內(nèi)（90℃以下），黏度較大，摩擦作用明顯。

（2）與熱再生相比，溫拌再生形成的瀝青混合物針入度和軟化點明顯減少，延度增大，60℃和135℃黏度也較前者低，說明拌合溫度降低30℃能減少瀝青的老化程度，對混合料耐久性和壓實性有積極作用。

（3）溫拌再生隨著舊料摻量增大，受舊瀝青含量增大和拌合溫度提高共同影響，瀝青老化程度隨之增大。當舊枓摻量達到50%時，瀝青針入度比已降至45.5%，舊瀝青的脆性對再生后的瀝青混合物影響較大。另外在135℃時的運動黏度增長較大，會造成混合枓的和易性下降，影響壓實度，因此在實際中應(yīng)慎用過高的舊料摻量。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9