AC-13温拌沥青混合料的路用性能研究

杨维宁，陈 勇

（西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068）

0 前言

温拌沥青混合料不同于热拌沥青混合料的技术原理决定了其设计方法应该有其自身特点，材料技术要求、试验配合比设计等指标的计算方法、路用性能检验指标及方法等，应该根据温拌沥青混合料自身的特点以及环境气候条件而确定。

WMA于1995年起源于欧洲，并在1996年进行了现场试验[1]。美国NCHRP项目09-43已对此展开专门研究，其目标是针对温拌沥青混合料，开发一种体积设计方法，确定一整套合适的路用性能测试方法和标准来评估温拌沥青混合料。我国温拌沥青混合料技术研究起步于2004年，现阶段，在对温拌技术的研究方面取得了一些显著的成果[2-5]。

截至2009年，温拌沥青混合料技术已经在十多个省市成功应用于高速公路、城市快速路、隧道道面和低温季节路面的施工等，路用性能良好，节能减排效果显著，对道路建设和养护领域的节能减排工作起到了良好的示范作用[6]。

本文在借鉴上述研究的基础上，选取AC-13掺加Sasobit作为温拌沥青混合料，测试了粗、细集料的技术指标，在确定AC-13级配的基础上，采用浸水马歇尔和冻融劈裂试验评价了温拌沥青混合料的水稳定性，采用小梁疲劳试验评价了温拌沥青混合料的疲劳性能。

1 试验原材料

本文采用的粗、细集料均为石灰岩，矿粉也为石灰岩矿粉。根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）和《公路沥青路面施工技术规范实施手册》（JTG F40-2004）对集料进行性能评价，且其常规性能指标的试验结果见表1、表2，沥青结合料为SK 70#基质沥青，掺加的降粘剂为Sasobit。

表1 粗集料技术指标

表2 细集料技术性能指标

由表1、表2可知，所列材料的技术指标都满足《公路沥青路面施工技术规范实施手册》（JTG F40-2004）的要求，可以用于沥青混凝土面层。

2 AC-13温拌沥青混合料的级配

目前用于HMA的设计方法主要有马歇尔设计法、Superpave设计法和GTM设计法等。而WMA的设计基本是沿用HMA的设计思路[7-8]，包括马歇尔设计法和Superpave设计法。本文采用最为广泛的马歇尔试验方法进行沥青混合料配合比设计，选取AC-13混合料来进行研究。

参照《公路沥青路面施工技术规范实施手册》（JTG F40-2004）中热拌沥青混合料配合比设计流程和相关研究成果，得到AC-13合成级配曲线（见图 1）。

图1 AC-13集料合成级配曲线

3 AC-13温拌沥青混合料的路用性能

3.1 水稳定性

为了研究AC-13温拌沥青混合料的高温稳定性，本文针对不同掺量Sasobit制备的温拌沥青混合料，利用常规的浸水马歇尔和冻融劈裂试验来评价沥青混合料的水稳定性，试验结果见表3。

表3 AC-13温拌混合料水稳定性试验

由表3可知，随着降粘剂Sasobit掺量的增加，浸水马歇尔试验的残留稳定度和冻融劈裂试验的残留强度比以3%掺量为分界点，当掺量为3%时，残留稳定度达到91.2%，残留强度比为87.5%，当掺量大于3%后，残留稳定度和残留强度比随着掺量的增加而降低，均满足规范要求。因此，Sasobit掺量不宜超过基质沥青质量的3%。

3.2 疲劳性能

试验中采用5 cm×5 cm×25 cm的棱柱体梁式试件，利用MTS对试件以三分点加载方式施加半正弦波荷载，加载频率为10 Hz，应力比为0.4，试验温度为15℃。按应力控制方式回归疲劳方程，得到回归参数k和n。

式（1）中：Nf——达到破坏时的重复荷载作用次数，次；

σ0——初始的弯拉应力（应力水平），MPa；

k、n——回归系数。

当对应力水平σ和疲劳寿命Nf取双对数进行线性拟合时，直线的截距和斜率即为疲劳方程的参数k和n。k值表征疲劳曲线的线位高低，其值越大，疲劳曲线的线位越高，材料的抗疲劳性能越好；n值越大，疲劳曲线越陡，表明疲劳寿命对应力水平变化越敏感。试验结果见表4。

表4 AC-13温拌沥青混合料疲劳试验

由表4可知，在相同的应力比条件下，温拌沥青混合料的抗疲劳性能优于普通的热拌沥青混合料。随着掺量的增加，疲劳次数增大，在Sasobit掺量为3%时达到最大，Sasobit掺量高于3%后，疲劳次数减小。因此，对于所选掺量而言，3%的掺量为最佳，且掺量为3%时，温拌沥青混合料的疲劳次数与基质沥青相比，增加了16.4%，疲劳性能增强效果显著。

3.3 低温性能

通过温拌沥青混合料的低温弯曲试验来评价降粘剂对混合料低温性能的影响。按照《混合料试验规程》（T0715-1993）规定，采用MTS材料试验机进行试验，试验温度-10±0.5℃，加载速率50mm/min，试验结果见表5。

表5 AC-13温拌混合料的低温弯曲试验

上述实验结果可知，Sasobit温拌沥青混合料的-10℃抗弯拉强度相比普通热拌沥青混合料稍有增大，其值与添加剂掺量的关系不大。-10℃弯拉破坏应变相比普通热拌沥青混合料有所减小，并且与添加剂掺量关系较大，Sasobit掺量为2%和3%时，Sasobit温拌沥青混合料的-10℃弯拉破坏应变与普通热拌沥青混合料的相比变化不大，均能满足《公路沥青路面施工技术规范实施手册》（JTGF40-2004）中对热拌沥青混合料在年极端最低气温的要求。随着Sasobit掺量的增加，混合料的弯拉破坏应变会逐渐减小。可见，Sasobit掺量过多会对混合料的低温抗裂性能不利，其掺量不宜超过基质沥青质量的3%。

4 结语

本文以温拌沥青混合料作为研究对象，测定了所选用的粗、细集料的技术指标，在确定AC-13沥青混合料级配的基础上，以SK70#基质沥青掺加一定Sasobit降粘剂制备了温拌沥青混合料。为了评价温拌沥青混合料的水稳定性和疲劳性能，进行了浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和小梁疲劳试验，比较分析了不同掺量下温拌沥青混合料的残留稳定度、残留强度比和疲劳次数。试验结果表明，掺加一定比例的Sasobit降粘剂制备的温拌沥青混合料，可提高其路用性能。

[1]Koenclers BG,Stoker DA,Bowen C,et al.Innovatite processes in asphalt production and application to obtain lower operating temperature[C].2nd Euroasphalt&Eurobitume Congress,Barcelona,2000.

[2]杨小娟，李淑明，史保华.温拌沥青混合料的技术与应用分析[J].石油沥青，2007，21（4）：8-61.

[3]仰建岗.温拌沥青混合料应用现状与性能[J].公路交通科技，2006，（8）：5-28.

[4]郭红兵，陈拴发.Asphx-min温拌沥青混合料技术现状与路用性能[J].中外公路，2008，28（2）：152-155.

[5]秦永春，黄颂昌，徐剑，等.温拌沥青混合料节能减排效果的测试与分析[J].公路交通科技，2009，26（8）：33-37.

[6]第三批节能减排示范项目推广材料之十七——温拌沥青混合料技术在道路建设中的应用[R].北京：交通运输部公路科学研究院，2010.

[7]李大鹏.超薄沥青混凝土面层性能研究[D].南京：东南大学，2007.

[8]Stacey.D Diefenderfer,Kevin K.Mcghee,Bridgest M.Donaldson.Installation of Warm Mix Asphalt Projects in Virginia[R].Virginia Transportation Research Council research report Final Report VTRC07-25.