SMA—13溫拌瀝青瑪蹄脂碎石在不同擊實方式下的性能研究

孫學軍　李楊

摘要：為了研究溫拌SMA13的降溫幅度，綜合采用旋轉壓實法（SGC）和瀝青混合料和易性試驗儀法確定其最佳拌和與擊實溫度，并按照該溫度在試驗路上鋪筑SMA13上面層，從拌和站取樣成型試件以檢驗其路用性能。結果表明：SGC法與和易性試驗儀法的最佳降溫幅度分別為28 ℃和30 ℃；在最佳拌和溫度下，溫拌瀝青混合料的各項路用性能均能滿足規范要求。

關鍵詞：溫拌瀝青混合料；SMA13；降溫幅度；路用性能

中圖分類號：U414.1文獻標志碼：B

Abstract： In order to study the temperature drop range of SMA13 warm mix asphalt， superpave gyratory compactor （SGC） and asphalt mixture workability tester were applied to determine the optimum mixing temperature and compaction temperature， at which the upper layer of SMA13 was paved on test road， and samples were taken from the mixing plant to examine the pavement performance. The results show that the best temperature drop ranges for SGC and workability tester are 28 ℃ and 30 ℃ respectively； the pavement performance of warm mix asphalt meets the specification requirements at optimum mixing temperature.

Key words： warm mix asphalt mixture； SMA13； temperature drop range； pavement performance

0引言

溫拌瀝青混合料（WMA）與傳統的熱拌瀝青混合料（HMA）相比，其拌和與壓實溫度相對較低，具有耗能低、性能好且環保等諸多優點。熱拌瀝青混合料由于溫度較高，在拌和及攤鋪過程中會產生大量的煙霧和有害氣體，影響施工環境，特別是在空間封閉的隧道里，煙塵和高溫使施工環境更為惡劣。另外，溫拌瀝青混合料在工程施工時僅根據經驗或用傳統的馬歇爾方法在熱拌的基礎上降低30 ℃左右，以達到溫拌的溫度。目前還沒有1個有效、科學的方法確定溫拌瀝青混合料的最佳拌和與壓實溫度。基于此，本文以陜西某高速公路隧道項目為依托，綜合采用旋轉壓實法（SGC）和瀝青混合料和易性試驗儀法，分析在不同溫度下溫拌和熱拌瀝青混合料的體積參數，推薦適合于溫拌瀝青混合料SMA13的降溫幅度；同時，通過鋪筑試驗路段，并取樣進行室內路用性能試驗，進一步驗證了該設計方法具備良好的路用性能。

1溫拌瀝青混合料室內試驗研究

由課題組的研究成果可知，馬歇爾擊實法不適合用于評價乳化型溫拌瀝青混合料的降溫效果，而旋轉壓實法和瀝青混合料和易性試驗儀法能客觀、準確地反應乳化型溫拌瀝青混合料的實際降溫能力。因此，選用旋轉壓實法與和易性試驗儀法確定試驗路的最佳拌和及壓實溫度。

采用SGC法與和易性試驗儀法確定上面層SMA13的最佳拌和與擊實溫度的試驗結果分別見表1、2。

根據表1繪制出混合料空隙率與擊實溫度的關系曲線，如圖1所示。由圖1可知，采用SGC法成型的熱拌SMA試件隨著擊實溫度的降低，試件空隙率增大，且隨著擊實溫度的持續降低，空隙率增大的幅度加大。采用SGC法成型的溫拌SMA試件，當擊實溫度為120 ℃～160 ℃時，空隙率受溫度的影響較小，幾乎成一水平直線；而當擊實溫度低于120 ℃時，空隙率有顯著增大的趨勢。由此可見，在一定溫度范圍內，溫拌SMA的可工作性對溫度的敏感性大大降低，形成不敏感溫度區域，使目標空隙率的擊實溫度范圍明顯擴大。因此，溫拌SMA的擊實溫度可低至120 ℃。以空隙率為評價指標，熱拌SMA在160 ℃擊實溫度下的空隙率為363%；采用內插法，溫拌SMA達到此空隙率時對應的擊實溫度為132 ℃，也就是說，采用SGC法評價溫拌SMA的降溫幅度為28 ℃。

根據表2繪制出混合料和易性指數與拌和溫度關系曲線，如圖2所示。由圖2可看出，當溫拌瀝青混合料拌和溫度為145 ℃時，其和易性指數與熱拌瀝青混合料在175 ℃時相當，因此，采用和易性試驗儀法確定的溫拌SMA的降溫幅度為30 ℃。

2溫拌試驗路室內路用性能分析

2.1試驗方案

以陜西某高速公路為依托，瀝青采用SBS改性瀝青，路面結構為4 cm上面層SMA13。采用的溫拌劑為西安公路研究院生產的HHX乳化型溫拌劑。選擇2個試驗路方案，方案一：岔口鋪互通C匝道，溫拌上面層SMA13拌和溫度較熱拌瀝青混合料低20 ℃；方案二：岔口鋪互通E匝道，溫拌上面層SMA13拌和溫度較熱拌瀝青混合料低30 ℃。

2.2室內試件成型方法

（1） 直接從運料車取樣，裝入保溫桶。

（2） 用四分法分料，取所需質量混合料備用。

（3） 在室內試驗中，溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料的擊實溫度應該保持一致，將熱拌和溫拌SMA13瀝青混合料在175 ℃的恒溫烘箱中保持1 h以上。

（4） 上面層的擊實溫度分別采用160 ℃、140 ℃、130 ℃三種，按標準方法成型試件。

2.3混合料配合比

上面層SMA13混合料級配檢測結果如表3和圖3所示。

從以上試驗結果可以看出，溫拌瀝青混合料不會對級配和油石比產生影響，這是因為整個過程只降低了施工各環節的溫度，而沒有改變其他條件。

2.4浸水馬歇爾試驗

采用浸水馬歇爾試驗殘留穩定度評價溫拌瀝青混合料的水穩定性，試驗結果如表4所示。

浸水馬歇爾試驗是評價瀝青混合料水穩定性的重要試驗方法，從以上試驗結果可以得出如下結論。

（1） 采用160 ℃成型的試件試驗時，溫拌SMA13馬歇爾試件的空隙率為349%，比熱拌SMA13降低了012%；采用140 ℃、130 ℃成型的試件試驗時，溫拌SMA13馬歇爾試件的空隙率分別為417%、420%，比熱拌SMA13分別提高了056%、059%。表明在相同的擊實溫度下，溫拌SMA13具有更好的壓實效果。這是因為提高了溫拌SMA13的擊實溫度后，溫拌SMA13除具有同熱拌SMA13一致的和易性外，溫拌瀝青混合料內部分溫拌劑的有效成分能提高瀝青混合料的和易性，因此在相同擊實溫度下，溫拌瀝青混合料的空隙率較小。而在較低的擊實溫度下，溫拌機理已喪失，溫拌瀝青混合料的空隙率偏大，故在室內成型溫拌試件時，宜采用同熱拌瀝青混合料相同的擊實溫度。

（2） 采用160 ℃成型的試件試驗時，溫拌SMA13的殘留穩定度為961%，比熱拌SMA13提高了約3%；采用140 ℃、130 ℃成型的試件試驗時，溫拌SMA13的殘留穩定度分別為858%、821%，比熱拌SMA13分別降低了約7%、11%，均大于規范中熱拌混合料大于80%的要求。由此可見，溫拌瀝青混合料具有良好的抗水損害性能。

2.5凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗的試驗條件較為苛刻，但能更準確地反映瀝青混合料抵抗水損害的能力，因此還采用了凍融劈裂試驗來評價溫拌瀝青混合料的水穩定性，試驗結果如表5所示。

由表5知，采用160 ℃成型的試件試驗時，溫拌瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比為923%，同熱拌瀝青混合料相當，然而采用140 ℃、130 ℃成型的溫拌瀝青混合料時，其TSR下降嚴重。凍融劈裂試驗再次說明，在室內成型乳化型溫拌馬歇爾試件時，溫拌試件的成型溫度應與熱拌試件一致。

從浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗可以看出，溫拌瀝青混合料的水穩定性較好，優于同類型的熱拌瀝青混合料。

2.6車轍試驗

采用車轍試驗評價瀝青混合料的高溫穩定性，車轍試驗結果如表6所示。

由表6可知，當溫拌瀝青混合料車轍板成型溫度為160 ℃時，其動穩定度和熱拌瀝青混合料差別不大，都接近8 000 次·mm-1左右，遠遠大于要求值5 000 次·mm-1；當成型溫度為140 ℃、130 ℃時，動穩定度有所下降，但也高于要求值。由此可見，溫拌瀝青混合料的高溫穩定性不受影響，主要是由于溫拌劑并不改變瀝青本身的性質，在160 ℃環境下，溫拌瀝青混合料的流動性同熱拌瀝青混合料一致，因此其動穩定度差別也不大。總之，溫拌瀝青混合料具有同熱拌瀝青混合料相當的高溫穩定性。

3結語

通過本文研究，得出以下結論。

（1） SGC法與和易性試驗儀方法都能較好地評價溫拌劑降溫效果，通過試驗表明溫拌瀝青混合料的最佳降溫幅度分別為28 ℃和30 ℃。

（2） 溫拌SMA13在最佳拌和與擊實溫度下，溫拌瀝青混合料的各項路用性能均能滿足規范要求。

（3） 在與熱拌SMA13同一擊實溫度下，溫拌SMA13具有更好的壓實效果。

參考文獻：

[1]郭平，祁峰，彌海晨.溫拌瀝青混合料的路用性能[J].長安大學學報：自然科學版，2010，30（3）：1013.

[2]廉向東，陳拴發，付其林，等.溫拌瀝青混合料路用性能研究[J].長安大學學報：自然科學版，2010，30（6）：1115.

[3]劉薇，張捷，林柯，等.溫拌瀝青混合料SMA13路用性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（1）：6365.

[4]韋佑坡，孫志軍，高林.溫拌瀝青路用性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2013，30（5）：5558.

[5]季節，索智，許鷹，等.SMA溫拌再生瀝青混合料性能試驗[J].中國公路學報，2013，26（5）：2833.

[6]郭平.乳化型溫拌劑研發及其混合料評價體系研究[D].西安：長安大學，2011.

[7]段凌云.乳化型溫拌劑在SMA混合料中的應用研究[D].西安：長安大學，2012.

[責任編輯：高甜]