溫拌瀝青混合料配合比設計研究及性能評價

袁光權 王瑞林 高全明

(1.中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088;2.山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

0 引言

溫拌瀝青混合料是一類拌和溫度介于熱拌瀝青混合料(150℃～180℃)和冷拌(常溫)瀝青混合料之間，性能達到(或接近)熱拌瀝青混合料的新型瀝青混合料。此混合料引入了表面活性劑的作用來對瀝青起到潤滑作用，從而可以降低瀝青混合料的攤鋪溫度，節能減排。

由于溫拌瀝青種類的多樣性以及在生產溫拌瀝青時由于機理和生產工藝的不同造成的溫拌瀝青的品質不同，所以溫拌瀝青混合料的配合比設計方法也不盡相同。

美國各州普遍采用的設計方法與熱拌瀝青混合料的配合比設計方法基本相同，即以熱拌瀝青混合料的最佳油石比作為溫拌瀝青混合料的最佳油石比，在不同溫度下成型試件，以空隙率為設計參數來確定最佳壓實溫度。

本文也采用此方法進行了溫拌瀝青混合料的配合比設計，同時將溫拌瀝青混合料與相同級配、相同油石比的熱拌混合料進行性能對比來對配合比設計方法進行驗證。

1 原材料指標

瀝青采用SBS改性瀝青，指標試驗檢測值見表1，溫拌劑為美國產Evotherm DAT H-5型;粗集料采用普通石灰巖，試驗檢測值見表2，細集料采用石灰巖石屑，填料采用石灰巖磨細礦粉。

表1 3.5%SBS改性瀝青性能指標

表2 粗集料試驗檢測結果

2 溫拌瀝青混合料級配及最佳瀝青用量的確定

2.1 礦料級配

根據對粗集料、細集料和礦粉的篩分試驗結果，試算調整各種材料用量比例，得出AC-13C型混合料合成礦料級配比例為:1號料(10 mm～15 mm)∶2號料(5 mm～10 mm)∶3號料(3 mm ～5 mm)∶4 號料(0 mm ～3 mm)∶礦粉 =18∶38∶16∶24∶4，合成級配結果見表3，級配符合規范要求。

表3 AC-13C型混合料合成礦料級配

2.2 最佳瀝青用量的確定

分別以4.5%，5.0%，5.5%的油石比進行熱拌 SBS改性AC-13C瀝青混合料的馬歇爾擊實試驗，根據試驗結果確定出SBS改性AC-13C瀝青混合料的最佳油石比及體積指標，試驗結果見表4。

表4 SBS改性瀝青AC-13C熱拌瀝青混合料設計結果

根據試驗結果，配合比設計中以熱拌瀝青混合料的礦料級配和最佳油石比作為溫拌瀝青混合料的礦料級配和最佳油石比。

3 溫拌瀝青混合料擊實溫度和試件成型方法的確定

對于溫拌瀝青混合料的擊實溫度，本文首先采用馬歇爾試驗方法進行擊實試驗。

以5.1%的油石比，SBS改性瀝青的溫度為165℃，集料溫度分別為140℃，150℃，160℃，170℃，同時摻入Evotherm DAT H-5型溫拌劑(瀝青∶溫拌劑質量比9∶1)進行試驗，結果如表5，圖1所示。

圖1 溫度與空隙率關系曲線

由表5和圖1可看出，運用馬歇爾擊實成型法來確定溫拌瀝青混合料的擊實溫度，需要混合料溫度為152℃、集料溫度為175℃時，才能達到設計空隙率4.5%的要求，這對于溫拌瀝青混合料來說與熱拌瀝青混合料成型溫度基本相同，起不到節能的效果，以馬歇爾試驗方法來確定溫拌瀝青混合料的成型溫度不合適。

本文通過試驗發現，車轍成型試驗與瀝青混合料實際壓實的情況較為符合，輪碾法成型試件方法作為溫拌瀝青混合料的成型方法比較適合。試驗分別運用集料溫度130℃，140℃，150℃，160℃，SBS改性瀝青溫度160℃，并摻入Evotherm DAT H-5型溫拌劑(瀝青∶溫拌劑質量比9∶1)運用輪碾法成型試件，并鉆芯與熱拌瀝青混合料車轍成型試件進行壓實度對比，以確定溫拌瀝青混合料的擊實溫度。碾壓次數與熱拌瀝青混合料相同，均為16次，試驗結果見表6。

表5 溫拌SBS改性AC-13C瀝青混合料不同集料溫度下馬歇爾擊實試驗結果

表6 不同溫度下車轍試件的測試結果

由表6可以看出，溫拌瀝青混合料的溫度達到136℃時，在相同的車轍壓實功下基本能達到熱拌瀝青混合料車轍試件壓實度的要求，并且溫拌瀝青混合料溫度越高越能輾壓密實。所以135℃～140℃的壓實溫度即可滿足試驗要求，也即集料溫度加熱到150℃～155℃即可滿足要求。

4 溫拌瀝青混合料的性能驗證及其與熱拌瀝青混合料的性能對比

根據以上試驗結果，以5.1%的油石比，成型溫拌SBS改性AC-13C瀝青混合料試件，進行混合料高溫穩定性、水穩定性、低溫性能等的驗證。同時與相同級配、相同油石比的熱拌瀝青混合料進行對比，結果見表7。

表7 溫拌瀝青混合料的性能驗證及其與熱拌瀝青混合料的性能對比

從表7中可以看出，WMA凍融劈裂強度比和殘留穩定度比HMA略有下降，但下降幅度不大，能夠滿足HMA的指標。其原因是試驗時采用的并不適用于溫拌瀝青混合料成型的馬歇爾擊實儀進行成型，試件的空隙率在6%～10%左右，而熱拌瀝青混合料試件的空隙率在4%～7%左右，所以WMA凍融劈裂強度比和殘留穩定度較低，但是在這種試驗條件下WMA也能滿足技術要求?？紤]到溫拌瀝青較低的熱老化程度，如果試件空隙率能達到設計要求，溫拌瀝青混合料完全有可能達到甚至超過熱拌瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂性能。

另外，從表7中還可以看出，溫拌瀝青混合料的動穩定度、低溫彎曲破壞應變卻有所增長，其原因是較低的混合料溫度對瀝青的老化作用較小，而且采用輪碾法成型試件，試件的空隙率較小，所以溫拌瀝青混合料的動穩定度略大于熱拌瀝青混合料;對于低溫彎曲破壞應變指標也是由于瀝青老化程度較小，所以溫拌瀝青混合料的低溫性能得到提高。

5 結語

1)溫拌瀝青混合料的配合比設計方法與熱拌瀝青混合料基本相同，熱拌瀝青混合料的最佳油石比能作為溫拌瀝青混合料的最佳油石比，以空隙率為設計參數來設計溫拌瀝青混合料;

2)馬歇爾試驗方法來確定溫拌瀝青混合料的成型溫度并不合適，車轍成型試驗與瀝青混合料壓實的實際情況較為符合，輪碾法成型試件方法作為溫拌瀝青混合料的成型方法比較適合;

3)溫拌瀝青混合料性能試驗結果表明溫拌瀝青混合料可以達到甚至超過熱拌瀝青混合料的相關性能;

4)對于溫拌瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度性能，由于馬歇爾擊實儀不適用于成型以上兩種試驗的試件，有待于提出更有效的評價方法。

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