粗粒式溫拌瀝青混合料性能試驗及應用研究

摘要：研究設計了以Sasobit為溫拌劑的粗粒式溫拌瀝青混合料性能室內試驗，探究了不同溫度、不同添加劑摻量條件下混合料的力學性能，對比分析了不同工況下溫拌瀝青混合料性能變化特征，研究溫拌添加劑對瀝青混合料性能的影響規律，并據此開展了現場工業試驗。研究結果表明：溫拌添加劑能夠有效降低工作溫度至120℃，提高瀝青混合料的馬歇爾穩定度，降低瀝青路面的流動性，提高了瀝青路面的抗拉強度；粗粒式溫拌瀝青混合料Sasobit溫拌劑的最佳添加量，為瀝青總質量的2.0%。現場工業試驗驗證了室內研究結果的合理性，相關結論可為類似路面工程瀝青混合料溫拌實踐提供參考。

關鍵詞：溫拌瀝青；力學性能；瀝青混合料；添加劑；室內試驗

0" "引言

據不完全統計，目前我國高速公路通車總里程已達16萬km。瀝青混合料作為重要的路面鋪筑材料被廣泛使用[1]，其中，粗粒式瀝青混合料結構是空隙率較大、瀝青用量較少的空隙性結構，具有較好的承重、抗車轍、抗裂能力，主要用于雙層式瀝青路面的下層。溫拌瀝青混合料技術彌補了熱拌瀝青混合料技術得缺陷，具有工作溫度低、能源消耗少、有害氣體排放少、冷卻速度慢、更易壓實等優勢 [2]，近年來逐步成為行業研究熱點。

由于溫拌混合料技術引進國內時間較短，關于溫拌劑對粗粒式溫拌瀝青混合料性能影響的研究，在國內并不多見。為了進一步評估不同地區溫拌技術及溫拌料的工程效應[3]，本文以化學添加劑Sasobit的粗粒式溫拌瀝青混合料為研究對象，采用馬歇爾擊實試驗，探索不同溫度、不同溫拌劑添加量條件下的混合料性能。通過對比分析，確定粗粒式溫拌瀝青添加劑最佳摻量，通過現場鋪筑工業試驗及效果評價分析，驗證室內試驗最優摻量的工程合理性，可為類似路面工程提供有益參考借鑒。

1" "試驗研究方案

1.1" " 試驗物料概述

本次研究所采用的瀝青，為中石油昆侖牌90號A級道路石油瀝青，其技術參數見表1。溫拌劑采用Sasobit化學添加劑。集料和石屑采用京新高速試驗路段伊吾縣某碎石場生產的碎石；礦粉則采用哈密某水泥建材公司生產的礦粉，均為石灰巖制品。

1.2" " 試驗配比設計

參考相關規范要求，將物料過篩后根據級配中值配置成AC-25C級粗粒集料，摻配比例為19～30mm骨料：15～19mm骨料：11～15mm骨料：6～11mm骨料：3～6mm骨料：0～3mm骨料：礦粉=17%：18%：12%：17%：11%：21%：4%，級配曲線如圖1所示。參考某油石比馬歇爾試驗成果，選取最佳油石比為4.1%。

1.3" " 試驗方案

采用高速剪切機FLUKO-FM300對溫拌混合料進行剪切攪拌，剪切速率設定為3000r/min，分別在150℃和120℃兩個工況下連續攪拌不少于2min。設置溫拌瀝青混合料中溫拌劑Sasobit的摻，分別瀝青總質量的0%、1.0%、1.5%、2.0%以及2.5%。拌合后，參考相關規范，采用馬歇爾壓實機（2×50次擊打）將這些溫拌瀝青混合料壓實，并以標準方式測試密度、穩定性和流值。制備標準馬歇爾試件Φ101.6mm×63.5mm，開展劈裂抗拉強度試驗，測定粗粒式溫拌瀝青混合料的劈裂抗拉強度。

2" "試驗結果分析與評價

2.1" " 馬歇爾密度變化規律

基于上述試驗方案，獲得粗粒式溫拌瀝青混合料試件密度，隨溫度及溫拌料摻量變化規律如圖2所示。

從圖2中可以看出：在120℃攪拌工況下，隨著溫拌料摻量的不同，粗粒式溫拌瀝青混合料的馬歇爾密度在2.473～2.477g/cm3區間內變化，變化范圍較小，未表現出顯著的差異性；在150℃攪拌工況下，未摻加溫拌料的瀝青混合料馬歇爾密度為2.481g/cm3；對比不同拌合溫度條件下的馬歇爾密度可知，120℃工況下不同溫拌料摻量的瀝青混合料密度，均未能達到150℃工況下的密度，但二者間的密度差異較小。由此說明，添加Sasobit溫拌劑的粗粒式瀝青混合料，可以將生產和壓實溫度從150℃降低到120℃，而不會大幅降低瀝青路面的密度。

2.2" " 馬歇爾穩定度變化規律

粗粒式溫拌瀝青混合料試件穩定度，隨溫度及溫拌料摻量變化規律如圖3所示。從圖3中可以看出：在120℃攪拌工況下，隨著溫拌料摻量的增加，粗粒式溫拌瀝青混合料的馬歇爾穩定度先增長后降低，穩定度在17.2～20.45kN區間內變化，并在Sasobit溫拌劑摻量為瀝青總質量2.0%時到達穩定度最大值；在150℃攪拌工況下，未摻加溫拌料的瀝青混合料馬歇爾穩定度為19.95kN；對比不同拌合溫度條件下的馬歇爾穩定度可知，120℃工況下摻加瀝青總質量2.0%Sasobit溫拌劑的試樣穩定性結果更優。以馬歇爾穩定度指標為依據，進一步驗證添加Sasobit溫拌劑的粗粒式瀝青混合料，生產和壓實溫度可從150℃降低到120℃，且Sasobit溫拌劑的最佳摻量為瀝青總質量2.0%。

2.3" " 馬歇爾流值變化規律

粗粒式溫拌瀝青混合料試件流值，隨溫度及溫拌料摻量變化規律如圖4所示。從圖4中可以看出：在120℃攪拌工況下，隨著溫拌料摻量的增加，粗粒式溫拌瀝青混合料的馬歇爾流值先增長后降低，流值在4.40～5.45mm區間內變化，并在Sasobit溫拌劑摻量為瀝青總質量1.0%時流值達到最大；在150℃攪拌工況下，未摻加溫拌料的瀝青混合料馬歇爾流值為5.05mm；對比不同拌合溫度條件下的馬歇爾流值可知，120℃工況下摻加瀝青總質量大于2.0%Sasobit溫拌劑后，試樣的流值＜4.5mm，滿足相關規范要求。鑒于此，以馬歇爾流值為依據，確定Sasobit溫拌劑的最佳摻量為瀝青總質量2.0%。

2.4" " 劈裂抗拉強度變化規律

粗粒式溫拌瀝青混合料試件抗拉強度，隨溫度及溫拌料摻量變化規律如圖5所示。從圖5中可以看出：在120℃攪拌工況下，隨著溫拌料摻量的增加，粗粒式溫拌瀝青混合料的抗拉強度逐漸增大，抗拉強度在0.87～1.03MPa區間內變化；在150℃攪拌工況下，未摻加溫拌料的瀝青混合料抗拉強度為1.015MPa；對比不同拌合溫度條件下的試樣抗拉強度可知，120℃工況下摻加瀝青總質量2.0%的Sasobit溫拌劑時，溫拌瀝青混合料的抗拉強度與150℃熱拌料抗拉強度相當。由此說明，通過增加溫拌添加劑的量，可以有效提高溫拌料的拉伸強度；考慮到摻量的經濟合理性，Sasobit溫拌劑的最佳摻量為瀝青總質量2.0%為更優方案。

3" "工程應用實踐

3.1" " 工程概況

京新高速公路工程某標段為雙向四車道，設計速度為120km/h，分離式路基上行線和下行線寬度為13.25m，整體式路基寬度為27m。設計采用5cm SBS改性瀝青上面層+粘層+7cm瀝青混凝土下面層+下封層+36cm水泥穩定砂礫基層+15cm天然砂礫底基層結構。下面層試驗路段標號為K188+400～K188+700右幅，長度為300m，攤鋪寬度11.35m，按頂面寬度計算，混合料共計238.4m3。根據前述試驗優化結果，選用AC-25C粗粒式溫拌混合料，油石比取為4.1%，Sasobit溫拌劑參量為油料質量的2.0%。

3.2" " 施工工藝

為了滿足工業試驗要求，在該試驗路段下面層鋪設試驗過程中，對其采取了嚴格的工藝控制措施，并在鋪設后對壓實度指標進行了檢測，以評價試驗路段粗粒式溫拌瀝青混合料實際應用效果。

3.2.1" "瀝青混合料拌制

瀝青拌和站采取機械投料方式，由操作人員將生產配合比輸入電腦，電腦進行全過程自動控制。嚴格按照目標配合比，調整配料機冷料倉轉速，保證輸送帶冷料混合料與目標配比一致。拌合時間及加料次序為：加集料→加溫拌劑→加瀝青→加礦粉→拌和→出料。拌和時間不少于45s（其中干拌5～10s）；拌合混合料應均勻，且無花白料、無結團成塊或嚴重粗細料分離現象；瀝青加熱溫度150～160℃，集料加熱溫度比瀝青高10～30℃，混合料拌合溫度130～140℃。

3.2.2" "瀝青混合料運輸

在運輸車廂內噴涂防黏液。采用溫度計檢查瀝青混合料的出廠溫度和運到現場溫度。采用完整無損的篷布覆蓋，防雨并避免污染環境。車廂板四周采用苯板、棉被等保溫材料進行保溫，并在運料車頂的篷布下覆蓋棉被 [4]。

3.2.3" 瀝青混合料攤鋪

根據試驗段下面層上頂設計寬度13.35m，對攤鋪機進行拼裝。采用一臺攤鋪機整幅攤鋪，攤鋪機速度控制在2～6m/min的范圍，并視情調整。攤鋪前提前0.5～1h預熱熨平板不低于100℃，緩慢起步，逐漸提速至設定攤鋪速度[5]。

3.2.4" " 瀝青混合料的碾壓

振動壓路機的振動頻率為35～50Hz，振幅為0.3～0.8mm。輪胎壓路機冷態時的充氣壓力不小于0.55MPa，輪胎發熱后不小于0.6MPa，且各個輪胎的氣壓保持一致。混合料溫度在120～130℃時，由2臺寶馬13t鋼輪壓路機并排前進、后振碾壓1遍，然后2臺30t膠輪壓路機跟進。雙鋼輪壓路機在前振動碾壓，膠輪壓路機在后，碾壓4遍。最后1臺寶馬13t鋼輪壓路機靜壓一遍，收面至無輪跡[6]。

3.3" " 施工效果評價

施工過程中，未在環境中檢測到有害氣體，產生較少煙霧，顯著降低了鋪筑過程瀝青刺鼻氣味，側面驗證了該施工工藝的環境友好性。鋪筑完成后48h，對試驗路段進行鉆孔取芯，并進行相應檢測。檢測結果表明，試驗路段壓實度為98.7%，擺值為0.77BPN，滿足《公路工程質量檢驗評定標準》要求。試驗路段鋪設并通車后1年內，持續的觀測表明，路面平整密實，無明顯裂縫及破損，達到使用要求，取得了較好的試驗效果。

4" "結論

根據本研究室內試驗、工程應用結果及其分析，得到主要結論如下：在瀝青混合料中使用溫拌劑，可有效降低拌合溫度至120℃，并可提高溫拌混合料的馬歇爾穩定度，降低瀝青路面的流動性，提高瀝青路面的抗拉強度。本研究確定的粗粒式溫拌瀝青混合料Sasobit溫拌劑的最佳添加量，為瀝青總質量的2.0%。工業試驗結果表明，通過溫拌瀝青技術能夠減少有毒氣體排放，提高工人的安全性，其性能能夠滿足工程需要，并能在一定時間內保持強度穩定。

參考文獻

[1] 范平.溫拌橡膠瀝青SMA混合料水穩定性影響因素試驗及灰關聯分析[J].路基工程， 2021， 215（2）： 87-93.

[2] 唐寧，王弘曄，符聃，等. 瀝青混合料溫拌技術的研究進展[J].中國材料進展， 2020， 39（9）： 653-660.

[3] 李智文.拌膠粉改性瀝青高低溫性能影響因素研究[J].公路，"2020， 65（10）： 297-303.

[4] 何永泰，李煒，雷俊安，等.不同溫拌劑對瀝青及混合料性能的影響研究[J].公路， 2020， 65（9）： 59-64.

[5] 陳啟維， 林毅.不同溫拌劑對溫拌橡膠瀝青混合料性能的影響研究[J].市政技術， 2022， 40（2）： 164-170.

[6] 馬峰，王鈺潔，傅珍，等.不同溫拌劑對瀝青路用性能的影響[J].公路， 2021， 66（3）：1-7.