温拌沥青混合料配合比设计研究及性能评价

袁光权 王瑞林 高全明

(1.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088;2.山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

0 引言

温拌沥青混合料是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150℃～180℃)和冷拌(常温)沥青混合料之间，性能达到(或接近)热拌沥青混合料的新型沥青混合料。此混合料引入了表面活性剂的作用来对沥青起到润滑作用，从而可以降低沥青混合料的摊铺温度，节能减排。

由于温拌沥青种类的多样性以及在生产温拌沥青时由于机理和生产工艺的不同造成的温拌沥青的品质不同，所以温拌沥青混合料的配合比设计方法也不尽相同。

美国各州普遍采用的设计方法与热拌沥青混合料的配合比设计方法基本相同，即以热拌沥青混合料的最佳油石比作为温拌沥青混合料的最佳油石比，在不同温度下成型试件，以空隙率为设计参数来确定最佳压实温度。

本文也采用此方法进行了温拌沥青混合料的配合比设计，同时将温拌沥青混合料与相同级配、相同油石比的热拌混合料进行性能对比来对配合比设计方法进行验证。

1 原材料指标

沥青采用SBS改性沥青，指标试验检测值见表1，温拌剂为美国产Evotherm DAT H-5型;粗集料采用普通石灰岩，试验检测值见表2，细集料采用石灰岩石屑，填料采用石灰岩磨细矿粉。

表1 3.5%SBS改性沥青性能指标

表2 粗集料试验检测结果

2 温拌沥青混合料级配及最佳沥青用量的确定

2.1 矿料级配

根据对粗集料、细集料和矿粉的筛分试验结果，试算调整各种材料用量比例，得出AC-13C型混合料合成矿料级配比例为:1号料(10 mm～15 mm)∶2号料(5 mm～10 mm)∶3号料(3 mm ～5 mm)∶4 号料(0 mm ～3 mm)∶矿粉 =18∶38∶16∶24∶4，合成级配结果见表3，级配符合规范要求。

表3 AC-13C型混合料合成矿料级配

2.2 最佳沥青用量的确定

分别以4.5%，5.0%，5.5%的油石比进行热拌 SBS改性AC-13C沥青混合料的马歇尔击实试验，根据试验结果确定出SBS改性AC-13C沥青混合料的最佳油石比及体积指标，试验结果见表4。

表4 SBS改性沥青AC-13C热拌沥青混合料设计结果

根据试验结果，配合比设计中以热拌沥青混合料的矿料级配和最佳油石比作为温拌沥青混合料的矿料级配和最佳油石比。

3 温拌沥青混合料击实温度和试件成型方法的确定

对于温拌沥青混合料的击实温度，本文首先采用马歇尔试验方法进行击实试验。

以5.1%的油石比，SBS改性沥青的温度为165℃，集料温度分别为140℃，150℃，160℃，170℃，同时掺入Evotherm DAT H-5型温拌剂(沥青∶温拌剂质量比9∶1)进行试验，结果如表5，图1所示。

图1 温度与空隙率关系曲线

由表5和图1可看出，运用马歇尔击实成型法来确定温拌沥青混合料的击实温度，需要混合料温度为152℃、集料温度为175℃时，才能达到设计空隙率4.5%的要求，这对于温拌沥青混合料来说与热拌沥青混合料成型温度基本相同，起不到节能的效果，以马歇尔试验方法来确定温拌沥青混合料的成型温度不合适。

本文通过试验发现，车辙成型试验与沥青混合料实际压实的情况较为符合，轮碾法成型试件方法作为温拌沥青混合料的成型方法比较适合。试验分别运用集料温度130℃，140℃，150℃，160℃，SBS改性沥青温度160℃，并掺入Evotherm DAT H-5型温拌剂(沥青∶温拌剂质量比9∶1)运用轮碾法成型试件，并钻芯与热拌沥青混合料车辙成型试件进行压实度对比，以确定温拌沥青混合料的击实温度。碾压次数与热拌沥青混合料相同，均为16次，试验结果见表6。

表5 温拌SBS改性AC-13C沥青混合料不同集料温度下马歇尔击实试验结果

表6 不同温度下车辙试件的测试结果

由表6可以看出，温拌沥青混合料的温度达到136℃时，在相同的车辙压实功下基本能达到热拌沥青混合料车辙试件压实度的要求，并且温拌沥青混合料温度越高越能辗压密实。所以135℃～140℃的压实温度即可满足试验要求，也即集料温度加热到150℃～155℃即可满足要求。

4 温拌沥青混合料的性能验证及其与热拌沥青混合料的性能对比

根据以上试验结果，以5.1%的油石比，成型温拌SBS改性AC-13C沥青混合料试件，进行混合料高温稳定性、水稳定性、低温性能等的验证。同时与相同级配、相同油石比的热拌沥青混合料进行对比，结果见表7。

表7 温拌沥青混合料的性能验证及其与热拌沥青混合料的性能对比

从表7中可以看出，WMA冻融劈裂强度比和残留稳定度比HMA略有下降，但下降幅度不大，能够满足HMA的指标。其原因是试验时采用的并不适用于温拌沥青混合料成型的马歇尔击实仪进行成型，试件的空隙率在6%～10%左右，而热拌沥青混合料试件的空隙率在4%～7%左右，所以WMA冻融劈裂强度比和残留稳定度较低，但是在这种试验条件下WMA也能满足技术要求。考虑到温拌沥青较低的热老化程度，如果试件空隙率能达到设计要求，温拌沥青混合料完全有可能达到甚至超过热拌沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂性能。

另外，从表7中还可以看出，温拌沥青混合料的动稳定度、低温弯曲破坏应变却有所增长，其原因是较低的混合料温度对沥青的老化作用较小，而且采用轮碾法成型试件，试件的空隙率较小，所以温拌沥青混合料的动稳定度略大于热拌沥青混合料;对于低温弯曲破坏应变指标也是由于沥青老化程度较小，所以温拌沥青混合料的低温性能得到提高。

5 结语

1)温拌沥青混合料的配合比设计方法与热拌沥青混合料基本相同，热拌沥青混合料的最佳油石比能作为温拌沥青混合料的最佳油石比，以空隙率为设计参数来设计温拌沥青混合料;

2)马歇尔试验方法来确定温拌沥青混合料的成型温度并不合适，车辙成型试验与沥青混合料压实的实际情况较为符合，轮碾法成型试件方法作为温拌沥青混合料的成型方法比较适合;

3)温拌沥青混合料性能试验结果表明温拌沥青混合料可以达到甚至超过热拌沥青混合料的相关性能;

4)对于温拌沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度性能，由于马歇尔击实仪不适用于成型以上两种试验的试件，有待于提出更有效的评价方法。

［1］张 镇，周和庆，花付南，等.EVOTHERM温拌混合料温度控制研究［J］.上海公路，2009(1):74-75.

［2］江苏省交通科学研究院有限公司.台全高速公路苍岭隧道温拌沥青试验总结［Z］.2008.

［3］陈 东.沥青混合料高温抗剪强度指标与动稳定度相关性研究［J］.湖南交通科技，2006，32(4):36-37.

［4］JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.