溫拌瀝青路面壓實質量影響因素研究

黃美燕

（湖南城建職業技術學院，湖南湘潭411101）

0 引言

目前，瀝青路面建設中大多采用的仍為傳統的熱拌瀝青混合料。熱拌瀝青混合料施工時，對于集料和瀝青的溫度要求較高[1]。高溫施工時，產生的廢氣和粉塵不僅會給施工人員身體健康帶來巨大危害，也會造成大量的能源浪費[2]。為避免上述負面影響的產生，國內外學者對于熱拌瀝青混合料開展了大量研究，并最終通過降低熱拌瀝青黏度的方式，研發出溫拌瀝青混合料，其施工溫度較熱拌瀝青混合料可降低30℃以上，極大地減少了粉塵產生和能源消耗[3]。

溫拌瀝青混合料簡稱WMA，制備方式主要包括Aspha-Min 法、WAM-Foam 法、添加低熔點的有機添加劑法、基于表面活性技術等[4]。本文所使用的方法為添加低熔點的有機添加劑法，通過該方法制備的溫拌瀝青混合料在施工時的溫度介于冷拌瀝青混合料（100℃以下）和熱拌瀝青混合料（150～180℃）之間。

1 原材料及混合料設計

1.1 原材料

1.1.1 瀝青與礦料

所選瀝青為性能良好SBS 改性瀝青，集料為福建福鼎產玄武巖，依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）和《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）對瀝青及集料的性能指標進行檢驗，均符合規范要求。

1.1.2 溫拌劑

所選溫拌劑為德國SasolWax 研發的新型聚烯烴類溫拌劑（Sasobit），在受熱達到100℃時，會從白色或淡黃色顆粒變成液體，可以顯著降低瀝青黏度，提高流動性。

1.2 混合料設計

所選級配為AC-13 細型密級配，級配組成見表1。

表1 AC-13 級配組成

按照上述級配，分別以3.85%、4.35%、4.85%，5.35%，5.85%五組不同的油石比，在135～150℃下拌和瀝青混合料，正反面各擊實75 次制備馬歇爾試件，測定該溫拌瀝青混合料在不同油石比下的各項性能指標，確定最佳瀝青用量。最終確定此次研究所用混合料最佳油石比為5.2%，并依據此結果，進行溫拌瀝青混合料的路用性能研究。

2 壓實效果影響因素

瀝青混合料在高溫條件下具有一定的流動性，在低溫條件下具有較大的堅固性，是一種性能良好的熱塑性材料。在一定范圍內，瀝青混合料的壓實度會隨溫度的升高而更容易被壓實，但由于瀝青混合料在施工時處于一個開放環境，外界溫度、下承層溫度、施工時的天氣條件等都會對施工造成重要影響。除此之外，混合料的級配設計、集料形狀、碾壓速度、壓實遍數、壓路機的振幅、頻率等也直接影響了溫拌瀝青路面的壓實效果。

為確保WMA 在拌和、施工后，壓實度可以滿足設計要求，較好地發揮其路用性能，本文依托南方某城市道路新建項目，著重對影響溫拌瀝青路面壓實效果的溫度、集料形狀、壓實機械、施工流程等幾方面進行分析研究。

2.1 溫度

溫拌瀝青混合料在溫度較低時流動性較小，瀝青膠漿勁度模量較大，不易壓實；當溫度過高時，會類似于熱拌瀝青混合料，產生較多的粉塵和廢氣，并且會使混合料向四周流動，難以成型。通過室內試驗，測定不同溫度下混合料壓實后的孔隙率，探究溫拌瀝青混合料的最佳壓實溫度。

此次室內試驗選用旋轉壓實的方法成型馬歇爾試件，試件直徑101.6mm，高63.5mm，待試件脫模養護后，測定該混合料的孔隙率和毛體積密度，結果見表2。

表2 在不同溫度下壓實度效果檢測記錄

根據表2 看出，溫拌瀝青混合料在135～145℃時，壓實效果可以達到最佳。上述結果表明溫度從120℃到155℃，溫拌瀝青混合料的壓實度先變大后變小；當溫度從120℃增大至140℃時，毛體積相對密度逐漸增大，孔隙率降低；當溫度從135℃增大至145℃時，混合料的孔隙率和毛體積相對密度變化較小，趨于穩定；當溫度從145℃增大至155℃時，混合料的孔隙率增大，毛體積相對密度減小。這是由于溫度過高導致瀝青稠度變低，進度模量變小，混合料向四周流動，進而使壓實后的混合料密實程度偏低。因此，此道路在施工時選用135～145℃的壓實溫度效果最佳。

溫拌瀝青混合料的組成成分中，集料的質量占比達80%以上，因此，集料是影響溫拌瀝青混合料壓實效果的重要因素之一。集料主要是通過自身性能和形狀對瀝青混合料的壓實度產生影響，性能較好的集料在壓實時不易被壓碎，可以保持設計級配不變。但當集料被壓碎后，混合料中的粗集料相對減少，細集料相對增多，級配發生改變，集料之間不能夠相互嵌擠密實，從而使孔隙率增大。根據上文中集料性能檢測結果可知，該研究所用集料具有良好的理化性能，可以滿足工程項目需要，因此本文主要探討集料形狀對壓實效果的影響。

為分析集料形狀對壓實效果的影響，采用人工的方式，對不同形狀的顆粒進行挑選歸類。最終按不同形狀將集料分為三類：圓滑狀、扁平狀、針葉狀。然后，成型馬歇爾試件進行各項性能指標的測定，檢測結果見表3。

表3 棱角性不同的瀝青混合料馬歇爾試驗結果

根據表3 的檢測結果可知，混合料中圓滑狀集料過多，會導致集料更加難以壓實。根據檢測結果中的毛體積相對密度和孔隙率可以看出，用棱角性豐富的集料拌和的混合料密度大，孔隙率小。且使用棱角性豐富的集料拌和的混合料在凍融循環試驗前后，疲勞壽命均大于圓滑狀集料拌和的混合料。

分析原因：棱角性豐富的集料相互嵌擠，形成較大的嵌擠力，瀝青則包裹在集料表面，形成一個穩定的整體；圓滑狀集料由于缺乏棱角，彼此之間嵌擠作用較小，經過瀝青裹覆后，穩定性相對較低。因此，在溫拌瀝青混合料施工時，應控制圓滑狀集料的用量，避免造成路面穩定性的不足。

2.2 壓實機械的影響

在試驗路鋪筑時，選擇不同的壓路機振幅對溫拌瀝青路面進行碾壓，并對壓實后的路面進行檢測，探究不同壓路機振幅對溫拌瀝青路面壓實度的影響。根據上述方式，選擇該項目的K0+050—K0+120 段，每10m 選擇一個10～70Hz 壓路機振幅，共7 個振幅。壓實后，對路面的壓實度進行檢測。經檢測發現：在10～30Hz 的振幅內碾壓時，隨著振幅的增大，壓實度不斷提高；在30～50Hz 的振幅內碾壓時，壓實度變化幅度較小，壓實度的差異值趨于穩定；在50～70Hz 的振幅范圍內碾壓時，壓實度逐漸減小。

分析原因：在低振幅進行碾壓時，壓路機的壓實功較小，不足以將混合料壓實至相對密實的程度，但隨著碾壓遍數的增多，壓路機做功增多，路面壓實度增大；當振幅逐漸提高至30Hz 時，單次碾壓時壓實功變大，路面壓實度逐漸提高；在30～50Hz 的振幅碾壓時，混合料內部結構達到一個相對穩定的程度，故隨著振幅的增大壓實度變化較小；但當振幅從50Hz 繼續增大時，由于此時振幅過大，混合料中的棱角性大的集料會被壓路機壓碎，混合料級配發生改變，導致路面的壓實度不足。因此，在該城市道路新建項目中，溫拌瀝青路面的壓實機具選擇30～50Hz 的振幅可以使壓實效果達到最佳。

2.3 施工過程

2.3.1 拌和

為確保溫拌瀝青混合料拌和、碾壓時的溫度控制在135～145℃，必須考慮拌和時溫度的損失，不可隨意進行混合料的拌和。在拌和過程中，確保瀝青能夠將集料完全裹覆，避免混合料的黏結性不足。

2.3.2 運輸

溫拌瀝青混合料在運往施工現場時，應注意在運輸車內壁涂刷一層油層。若氣溫較低時，應在運輸車外壁鋪蓋棉被。混合料裝入運輸車后，需盡快運往施工地點，防止大量的混合料附著在運輸車內壁和溫度的喪失。混合料運送至施工地點后，使用自卸式裝料車的順序是先車頭、后車尾、再中間，防止粗細集料分離，造成離析，并測量混合料溫度，若溫度不滿足要求則應當場廢棄，嚴禁使用。

2.3.3 攤鋪

溫拌瀝青混合料在攤鋪時，應采用至少3～5 臺攤鋪機共同作業。攤鋪機過少容易導致混合料卸車后，沒有足夠攤鋪機進行攤鋪，混合料溫度逐漸降低。最終，攤鋪和壓實工作無法進行，或者以較低的溫度直接攤鋪，造成材料的浪費和路面性能的不足。

2.3.4 碾壓

溫拌瀝青混合料應在攤鋪后，立即進行壓實。壓實時，需測定溫度，混合料溫度不滿足要求時，不得進行壓實。根據上文中研究結果，路面在壓實時，應注意控制溫度在135～145℃，壓路機振幅在30～50Hz，并采用初壓、復壓、終壓的方式碾壓5～7 遍。

3 結論

依托某城市道路新建項目，通過室內馬歇爾試驗和現場試驗路鋪筑試驗，對影響溫拌瀝青混合料壓實因素中的溫度、集料、壓實機械、施工過程等幾個方面展開分析，得到如下結論：

一是在120～155℃溫度范圍內，以5℃為一個區間，通過室內旋轉壓實試驗，測得溫拌瀝青混合料在135～145℃的溫度范圍內成型的試件，空隙率最小，密度最大，壓實效果最好。

二是將圓滑狀、棱角性豐富的集料分類，在相同條件下分別成型馬歇爾試件，測得使用棱角性豐富的集料拌和的溫拌瀝青混合料壓實效果更佳。施工時，應注意材料中圓滑狀集料的用量，避免用量過多，導致壓實效果降低。

三是通過不同振幅下的試驗路攤鋪驗證可知，壓實機械振幅在30～50Hz 時，溫拌瀝青混合料的壓實效果最佳。

四是在施工過程中，應注意控制好施工溫度、施工順序、壓實機械振幅等，保證城市道路項目施工后，溫拌瀝青路面可以保持長期穩定。