王慧博，王黎明，周 辉
(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)
0 引言
温拌沥青混合料(Warm Mix Asphalt,WMA)具有节能环保、改善施工环境等特点，既避免了热拌沥青混合料的污染，又能够保证路面性能满足要求，在全球节能环保和绿色施工的趋势下，成为沥青路面的重要施工技术方向之一[1]。随着温拌技术的发展，已经发展出几种基于不同技术原理的温拌技术：
1)沥青发泡降黏温拌技术；2)掺入轻质油分稀释降黏技术；3)掺入高熔点烷烃(石蜡)降黏温拌技术；4)基于表面活性剂的温拌技术。其中基于表面活性剂原理的温拌技术具有以下特点：第一，其温拌剂掺量非常小，大部分基于表面活性原理的温拌剂产量比例均在沥青质量的1%以下；第二，其温拌剂掺加方便，随沥青罐车卸沥青时卸至卸油池中，然后泵送至沥青储存罐即可；第三，对沥青性能影响较小，掺加后沥青仍能满足《公路沥青路面施工技术规范》[2]中的相应技术标准；第四，其温拌剂掺加成本较低。目前，该技术已成为温拌剂市场的主流。但目前我国所使用的基于表面活性原理的温拌剂大部分来自于国外企业，国外企业对我国高价销售其产品，增加了我国温拌技术的使用成本。表面活性剂的种类繁多，因此，探究表面活性剂在混合料温拌中的适用性，能够为开发出有效的表面活性温拌剂指引方向，具有重要的意义。
本研究选用三种表面活性剂，在验证其温拌效果的基础上，探究表面活性剂对沥青的经验指标的影响，判断其是否适用于沥青混合料温拌技术。
1 试验概况
本研究所制备的温拌沥青以及沥青混合料所采用的原材料的相关指标以及沥青混合料的相关配合比如下。
1.1 沥青与矿料
试验选用90号道路石油沥青、标准筛孔分档玄武岩集料、石灰石矿粉，其技术指标见表1～表3，均满足相关的技术要求。
表1 90号道路石油沥青试验检测结果
表2 集料试验检测结果
表3 填料(石灰石矿粉)试验检测结果
1.2 表面活性剂
表面活性剂种类繁多，按其亲水基团可分为：阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂以及非离子型表面活性剂，由于非离子型表面活性剂能很好地溶于烃类介质中，理论上能够很好地与沥青相溶。因此，本研究选择三种非离子型表面活性剂(分析纯)：油酸酰胺(C18H35NO)、芥酸酰胺(C22H43NO)与Span80(C24H44O6)。
1.3 沥青混合料配合比
试验混合料选用《公路沥青路面施工技术规范》中的AC-13中值级配，由标准筛孔分档集料逐级回配得到，通过马歇尔试验确定混合料最佳沥青用量为5.0%。
2 温拌效果验证
2.1 试验方案
为验证三种表面活性剂的温拌效果，本研究通过变温度拌和裹附率来表征三种表面活性剂在较低温度下是否易于拌和。向基质沥青中分别掺加0.9%的上述三种表面活性剂，在135 ℃的恒温条件下用电动搅拌器以400 r/min的转速搅拌30 min，以制备温拌沥青。在不同温度下进行变温度拌和裹附率试验。
2.2 变温度拌和裹附率试验
温拌效果体现于降低拌合温度时，混合料能够拌和均匀。本节通过测定沥青混合料的变温度拌和裹附率来验证三种表面活性剂的温拌效果。裹附率试验是由美国AASHTO提出用来评价沥青混合料拌和均匀程度的指标。
试验过程如下：采用125 ℃，135 ℃，145 ℃，155 ℃作为拌合温度，采用1.3节中矿料级配与沥青用量，以及0.9%的表面活性剂掺量。采用30 s+30 s的两次拌和方式，以提高裹附率对温度的敏感性，拌和完成后趁热筛出粒径为9.5 mm以上的集料并整齐且不重叠地排列在白色背景上，计算裹附率。掺入0.9%三种表面活性剂的沥青以及基质沥青在不同拌合温度下的拌合裹附率如图1所示。
由图1可知，掺入三种表面活性剂的沥青混合料在145 ℃温度拌和时即可达到100%裹附率，可降低10 ℃拌合温度，具有一定温拌效果。
3 对沥青经验指标的影响
作为温拌添加剂应该兼具提高沥青混合料的施工工作性与保证沥青的服役性能仍能满足要求的能力。前述试验部分说明了三种表面活性剂具有一定的温拌效果，本节进一步对选用三种表面活性剂制备的沥青试样的经验指标进行验证，验证其各指标能否达到规范要求，并与基质沥青进行对比，探究表面活性剂对沥青经验指标的影响。
3.1 对沥青软化点的影响
沥青的软化点是指沥青试件受热软化而下垂时的温度，是沥青达到相应规定黏度的一个温度[3]。沥青的软化点反映了沥青的高温性能和感温性能。
本节内容依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用环球法对掺加0.3%，0.5%，0.7%，0.9%三种表面活性剂的沥青试样的软化点进行检测，测试结果见表4，将其绘制在图2中。本试验所采用的基质沥青为90号道路石油沥青，其软化点为47.1 ℃。《公路沥青路面施工技术规范》中规定90号道路石油沥青的软化点应不小于45 ℃，将该规定绘制于图2中，如图2中水平线所示。
表4 沥青软化点测试结果
由图2可以看出，三种表面活性剂都能够使沥青的软化点呈现降低的趋势，且随着三种表面活性剂掺量的增加，沥青试样的软化点逐渐降低。其中，同等掺量的芥酸酰胺使沥青软化点的降幅最大，当掺入0.9%芥酸酰胺时，软化点下降2.0 ℃；Span80次之，当掺入0.9%Span80时，软化点下降1.7 ℃；油酸酰胺使沥青软化点的降幅最小，当掺入0.9%油酸酰胺时，软化点下降1.3 ℃。所测得沥青试样软化点均在图中水平线以上。所以，三种表面活性剂均会使沥青的软化点有不同程度的下降，均会轻度降低沥青的高温稳定性。
3.2 对沥青针入度的影响
沥青的针入度[4]是表示沥青软硬程度、稠度以及抵抗剪切破坏的能力，反映一定条件下沥青相对黏度的指标。本节内容依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的方法测定沥青试样在25 ℃温度下的针入度。各沥青试样在25 ℃下的针入度测试结果见表5。
表5 各沥青试样在25 ℃温度下的针入度
将表5测试结果绘制于图3中。
由图3可得，三种表面活性剂均会使沥青的25 ℃针入度变大，且随着表面活性剂掺量的增加，针入度逐渐增大，说明三种表面活性剂都有使沥青变软的趋势。《公路沥青路面施工技术规范》中要求90号道路石油沥青的25 ℃针入度范围为80～100，添加表面活性剂后的沥青试样的25 ℃针入度均在规范要求范围内。
3.3 对沥青延度的影响
沥青的延度表征沥青的延展性，是评价沥青塑性的重要指标，沥青的延度越大，表明沥青的塑性越好[5-6]。通过对沥青试样进行15 ℃和10 ℃的延度测试，所测得沥青试样延度结果均大于100 cm，均满足规范中对沥青10 ℃和15 ℃延度的要求，但无法通过测得延度的差异探究对延度的影响，因此，本节对所有沥青试样进行5 ℃的延度测试，通过对比5 ℃的延度测试结果探究对延度的影响。测试结果见表6。
表6 各沥青试样5 ℃的延度测试结果
将表6测试结果绘制于图4中。
由图4可得，三种表面活性剂均会使沥青试样的5 ℃延度有增加的趋势，且随着三种表面活性剂掺量的增加，沥青试样的5 ℃延度也逐渐增加。由此说明三种表面活性剂使沥青的延展性增强，改善了沥青的低温性能。
4 结语
本研究在验证三种表面活性剂的温拌效果的基础上，探究其对沥青的经验指标的影响，得出以下结论：
1)三种表面活性剂均具有一定的温拌效果，可降低10 ℃拌合温度。
2)掺入0%～0.9%的三种具有温拌效果的表面活性剂使沥青试样的软化点逐渐降低，25 ℃针入度逐渐增大，5 ℃延度逐渐增大，但各经验指标均在规范要求范围内，满足规范要求。
3)三种非离子型表面活性剂适用于沥青混合料温拌技术。
