溫拌瀝青混合料施工溫度研究

李 健，鄧祥明，2

(1.廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530021；2.長沙理工大學，湖南 長沙 410015)

0 引言

瀝青混合料按照施工溫度的不同可分為熱拌瀝青混合料(HMA)、溫拌瀝青混合料(WMA)和冷拌瀝青混合料(CMA)。傳統的HMA仍是當今公路工程中瀝青混合料生產的常規技術，其生產過程是將砂、石等礦料從常溫加熱至170 ℃～190 ℃，瀝青加熱至150 ℃～170 ℃，之后在≥160 ℃的高溫環境下拌合[1]。HMA要求拌合后溫度≥150 ℃，攤鋪和碾壓溫度≥120 ℃。將瀝青和礦料加熱至如此高的溫度直至路面鋪筑完成，在生產和施工時都將使周圍環境和施工人員身體健康受到影響。同時，據試驗測試：在HMA的生產加工過程中，若混合料溫度每升高10 ℃，將多產生約0.9 kg的CO2排放量[2]。

通過節能減排降低HMA的拌合溫度的方式，可以最直接地減小瀝青混合料施工對施工人員身體健康的影響。但隨著拌合溫度的不斷降低，瀝青的黏度會不斷下降，由此將引起HMA的路用性能和工作性變差[3]。而WMA的拌合溫度一般保持在130 ℃～135 ℃，攤鋪和壓實路面的溫度為110 ℃～120 ℃，相對于HMA，溫度降低了30 ℃左右，能達到節能減排的作用且路用性能不會變差。溫拌技術的本質即是通過某種方法，使瀝青混合料生產過程中瀝青的黏度降低，同時不降低瀝青混合料的可工作性；使混合料的拌合、攤鋪及壓實溫度相對降低，卻具備和HMA一樣的路用性能及施工和易性，同時達到節省能源、降低煙粉塵排放的目的[3]。

《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中將瀝青一定黏度所對應的溫度作為瀝青混合料拌合和擊實的溫度。其中規定將粘溫曲線上0.17 Pa·s±0.02 Pa·s對應的溫度作為拌合溫度；將0.28 Pa·s±0.03 Pa·s相對應的溫度視為壓實溫度[4]。規程中對應的溫度判別方法有一定的局限性，國內外一些研究文獻表明，這種確定拌合擊實溫度的方法并不適用于溫拌瀝青混合料。

因此，研究溫拌瀝青混合料的施工溫度，降低拌合溫度，節省能源，減少煙塵排放，最大限度地保護施工人員的健康，保證路面的使用性能，具有十分重要的意義。

1 原材料基本性狀

1.1 瀝青

材料為SBS(I-D)改性瀝青，取自某商用瀝青公司。主要技術指標見表1。

表1 SBS(I-D)改性瀝青基本指標表

試驗結果表明該瀝青延度較大，低溫性能較好，同時135 ℃時黏度接近規范上限要求，施工溫度區間內該瀝青黏度較大，若不采用溫拌工藝，則需要在較高溫度下進行施工。

1.2 溫拌劑

試驗對溫拌劑進行了基本性能技術檢測，其技術性狀見表2。

表2 溫拌劑技術性狀表

該溫拌劑為有機降粘型溫拌劑，是一種新型聚烯烴類瀝青普適改性劑。其改性機理為在瀝青或瀝青混合料中添加熔點較低的有機添加劑，添加劑能夠降低瀝青黏度，從而達到溫拌效果。

1.3 集料與填料

依托廣西某高速公路隧道路面工程，中面層SBS改性瀝青混合料AC-20采用溫拌技術，集料為灰綠巖，填料為石灰巖礦粉，其技術指標見表3。

表3 集料及填料技術指標表

2 溫拌瀝青混合料施工溫度確定

以廣西某高速公路隧道路面工程為依托，通過研究烘料溫度對集料含水率的影響，結合拌合樓的拌合工藝，變化不同的石料加熱溫度和拌合溫度，對SBS改性瀝青混合料AC-20進行了添加溫拌劑前后的擊實馬歇爾試驗，初步確定溫拌瀝青混合料的施工溫度建議值。AC-20改性瀝青混合料級配設計曲線如圖1所示，溫拌劑的用量為廠家推薦用量，即瀝青質量的3%，最佳油石比為4.2%。

圖1 AC-20改性瀝青混合料級配設計曲線圖

2.1 集料加熱水損失試驗數據分析

SBS改性瀝青良好的流動性在比較高的溫度(>160 ℃)下才能保持，故瀝青加熱溫度不宜降低過多。因此，考慮采用降低集料溫度的方式溫拌。但當集料溫度降低到一定程度時，集料含水率過大，將使瀝青與集料的粘附性變差，導致早期病害，因此需要通過試驗，研究集料溫度對集料含水率的影響。

2.1.1 冷料含水率試驗

取現場冷料，按馬歇爾標準試件配料，稱重，放入180 ℃烘箱12 h，再次稱重，測試冷料含水率。試驗結果如表4所示。

表4 冷料完全烘干水損失表

2.1.2 熱料加熱水損失試驗

在拌合樓中取熱料，按照馬歇爾標準試件規定進行配料，烘干條件為180℃烘箱、烘干12 h。熱料水損失如表5所示。

表5 拌合樓熱料烘干水損失表

2.1.3 冷料加熱水損失試驗

在不同溫度下，對冷料加熱不同時間，測量水損失。試驗結果如表6和圖2所示。

表6 冷料不同加熱時間水損失試驗表

圖2 不同溫度加熱集料水損失曲線圖

通過加熱水損失試驗可以得出如下結論：

(1)經過拌合樓加熱干燥后的集料，含水率約為0.16%。

(2)在前10 min，180 ℃環境烘料的水損失較145 ℃略快，超過20 min后，兩個溫度的水損失相同。

(3)冷料經室內試驗在超過145 ℃環境下烘料20 min左右可達到與拌合樓加熱后相同的干燥程度。

綜上所述，可以145 ℃石料溫度增減10 ℃模擬現場變溫擊實試驗。

2.2 變溫擊實試驗

溫拌劑對混合料施工工藝的影響，關鍵是降低了瀝青混合料現場碾壓的溫度[5]。本節結合拌合樓的拌合工藝，瀝青溫度控制為160 ℃，集料在烘箱中的保溫時間為2 h，變化不同的石料加熱溫度和拌合溫度，對SBS改性瀝青混合料AC-20進行添加溫拌劑前后的擊實馬歇爾試驗。試驗結果如表7所示。

表7 現場變溫擊實馬歇爾試驗結果表

數據表明，在擊實溫度≥135 ℃時，各項指標能夠符合規范要求，因此建議將該溫度作為施工初壓溫度；結合拌合樓各個環節的溫度差，瀝青溫度定為160 ℃，礦料溫度定為145 ℃～150 ℃，拌合溫度定為145 ℃，出料溫度定為140 ℃～145 ℃。

3 溫拌瀝青混合料施工溫度驗證

為驗證上述試驗提出的溫拌瀝青混合料施工溫度建議值，本節對135 ℃擊實的溫拌瀝青混合料AC-20馬歇爾試件進行凍融劈裂試驗和車轍試驗[6]。

3.1 凍融劈裂試驗

表8 135 ℃擊實成型溫拌瀝青混合料AC-20凍融劈裂試驗結果表

經過凍融劈裂驗證試驗(見表8)，表明摻溫拌劑的溫拌瀝青混凝土在135 ℃條件下擊實可滿足規范要求。

3.2 車轍試驗

根據《瀝青與瀝青混合料試驗規程》(T0719-2011)標準成型車轍試件，測量試件的動穩定度，結果如表9所示。

車轍試驗結果表明，135 ℃條件下擊實成型的溫拌瀝青混合料動穩定度≥3 000 kN，滿足規范要求。

3.3 溫拌瀝青混合料施工溫度建議值

通過變溫擊實試驗和混合料驗證試驗，建議溫拌SBS改性瀝青混合料的施工溫度如表10所示。

表9 135 ℃擊實成型溫拌瀝青混合料AC-20車轍試驗結果表

表10 溫拌瀝青混合料AC-20的建議施工溫度控制表

4 結語

(1)冷料在145 ℃烘料環境下加熱20 min左右可達到與拌合樓加熱后相同的干燥程度。

(2)提出了基于試驗取樣下溫拌瀝青混合料的施工溫度控制指標，即瀝青加熱最適宜溫度為160 ℃，礦料溫度為145 ℃，拌合溫度為145 ℃～150 ℃，出料溫度為145 ℃～150 ℃，攤鋪溫度為140 ℃～145 ℃，初壓溫度為135 ℃～140 ℃，復壓溫度為125 ℃～135 ℃，終壓溫度≥90 ℃。

(3)本文僅選用一種溫拌劑研究了溫拌瀝青混合料的施工溫度，多種溫拌劑組合下的溫拌瀝青混合料的技術性能或許會有更大的改善。