温拌沥青混合料拌和压实温度确定方法*

王 春 郝培文 阮 妨

(长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室1) 西安 710064) (西安西北民航项目管理有限公司2) 西安 710075)

0 引 言

温拌沥青混合料(WMA)与传统的热拌沥青混合料(HMA)相比，其最显著的技术特点就是可以改善混合料的施工和易性，降低其生产施工温度.然而，如何通过沥青混合料和易性大小的定量评价，准确地确定适宜WMA的拌和与压实温度，国内外至今都没有形成统一的测试仪器、测试方法与评价标准.到目前为止，已有研究仍主要通过沥青的布氏旋转黏度试验、沥青混合料的马歇尔击实试验，以及旋转压实试验(SGC)等技术手段，以试验测定的沥青黏度、沥青混合料试件的毛体积密度或空隙率等指标及其随温度的变化关系，来间接评价沥青混合料的和易性，从而确定WMA的拌和与压实温度[1-5].然而这些方法中，沥青黏度试验用来评价基质沥青还比较准确，但是对于改性沥青试验结果往往与工程实践经验差异较大；而马歇尔击实试验和SGC试验都是基于沥青混合料试件体积特性来评价混合料和易性的，虽然评价结果比沥青黏度试验更接近实际情况，但是仍不够全面，且评价过程复杂，耗时较多，因此，三种试验方法都不能真实准确的反映沥青混合料和易性.NCHRP 9-43项目在研究中采用布氏旋转黏度试验、NCHRP 9-39方法、润滑性试验三种沥青试验以及和易性试验、马歇尔击实试验、SGC试验三种混合料试验对不同WMA的和易性进行了评价，结果表明并不是每种试验方法都能确定一个合理的拌和与压实温度范围[6-10].近年来国内也有研究者通过和易性试验来直接评价WMA的和易性并确定其拌和压实温度，但没有形成标准的测试仪器和统一的评价方法，已有设备大多较为复杂，且造价较高，也不利于推广应用.

本研究借助一种简易的和易性测试装置，通过测试WMA和易性，并与马歇尔击实试验方法对比，提出一种基于和易性试验来确定WMA拌和与压实温度的方法.

1 原材料试验及配合比设计

1.1 原材料技术指标

采用角闪岩集料、石灰岩矿粉、SBS改性沥青，选取了Aspha-min、Sasobit、Evotherm DAT三种典型温拌剂，其相关技术指标见表1～3.

表1 集料密度

表2 沥青指标

表3 温拌剂技术指标

1.2 级配设计

本文采用AC-13级配，级配曲线见图1.

图1 AC-13合成级配曲线

1.3 拌和压实温度

由于现行规范中的粘温曲线并不适于确定HMA(本文皆指改性沥青混合料)的拌和与压实温度，因此本文采用Saal公式通过计算沥青的等粘温度来确定其拌和压实温度.Saal公式为

lg·lg (η×103)=a-b·lg (273+t)

(1)

式中：η为黏度，Pa·s；t为温度，℃.

按照Saal公式，适宜HMA拌和与压实温度的沥青黏度为：拌和温度对应黏度η=0.275 Pa·s；压实温度对应黏度η=0.550 Pa·s

本文通过布氏旋转黏度试验(T0625)测得SBS改性沥青在不同温度(120，130，140，150，160 ℃)时的黏度，再由式(1)进行拟合，得到曲线,见图2.

图2 SBS改性沥青黏度与温度Saal公式拟合曲线

由适宜改性沥青拌和压实温度的沥青黏度及图2拟合得到Saal公式，计算得到HMA适宜的拌和压实温度为：拌和温度183.3 ℃；压实温度162.6 ℃.

按此黏度确定的HMA的生产施工温度与实际情况比较吻合.因此，结合工程经验，将HMA的最佳拌和与压实温度取为180，160 ℃.

1.4 最佳油石比

按照以上确定的拌和压实温度，通过马歇尔试验确定HMA最佳油石比见表4.三种WMA与HMA采用相同油石比.

表4 AC-13 HMA最佳油石比

2 马歇尔击实试验方法

马歇尔击实试验具体试验流程见图3.

图3 马歇尔击实试验(等毛体积密度法)试验流程

采用马歇尔试验方法分别成型不同温度下的三种WMA试件，并由表干法测定其毛体积密度，见图4，其与击实温度的拟合公式见表5.

图4 WMA密度(ρ)-击实温度(t)曲线

表5 WMA密度温度曲线回归参数

由图4和表5按“等毛体积密度”原则，将HMA试件密度代入WMA密度-温度回归公式，即可计算得到WMA的压实温度见表6.

由表6可知，三种WMA的压实温度相比HMA

表6 马歇尔击实试验确定的WMA压实温度 ℃

均降低较多，其中添加Aspha-min、DAT的WMA降低了24 ℃，而添加Sasobit的WMA也降低了19 ℃，这与已有研究成果以及工程实践经验一致.

3 和易性试验方法

本文采用一种简易的和易性测试装置，对以上WMA与HMA和易性进行测试，并通过测得的扭矩来确定WMA的拌和与压实温度.

具体的和易性测试方法如下.

1) 按照和易性测试温度拌制15 kg混合料.

2) 将拌制好的混合料平铺于铁盘中，并置于烘箱中加热至略高于待测温度(5～10 ℃).

3) 将恒温后的混合料取出装入和易性测试仪的保温料桶中，装料时应从盖板两侧开口处轮流倒入，料装完后用铁铲拨平表面，测量并记录混合料内部温度.

4) 启动扭矩扳手，并将其调至峰值模式，然后逆时针旋转开始测量，转速控制在(r/3)/s，保持匀速转动.

5) 每转完成后，记录扭矩扳手采集到的当圈最大转矩值，记为WTi，N·m.

6) 每圈测完后清零进行下一次测量，每个温度下至少测3～5次，然后取平均值作为这一温度时的转矩值WT.

同一混合料应从低温到高温进行逐级测试，每个温度测完后应将混合料取出置于烘箱中加热至下一个待测温度.

由和易性试验测得不同温度下各WMA的和易性，见图5，其与温度的拟合公式见表7.

图5 沥青混合料和易性测试结果

当HMA的最佳拌和压实温度取180 ℃、160 ℃时，按图5和表7即可计算得到HMA拌和压由表9可知，三种WMA的拌和压实温度相比HMA均有较大幅度的下降，其中降幅最大的Aspha-min降低了22 ℃，添加Sasobit和DAT的也分别降低了18和19 ℃，试验结果与马歇尔击实试验非常一致，Aspha-min和Sasobit只相差了1～2 ℃，而DAT的降温幅度变化较多，这是由于其在和易性测试时一直使用同一批混合料反复加热，以致其中由温拌剂引入的起润滑作用的水分减少造成的.

表7 沥青混合料和易性测试结果回归参数

实温度对应的转矩值(见表8)，然后按等转矩原则将HMA拌和压实转矩值分别代入WMA的转矩温度方程，即可分别计算得到三种WMA的最佳拌和压实温度见表9.

表8 等转矩法计算得到的拌和与压实转矩

表9 等转矩法计算得到的拌和与压实温度 ℃

以上试验结果说明采用和易性试验确定WMA的拌和压实温度是合理可行的.综合考虑以上两种试验方法确定的各WMA的拌和压实温度，最终推荐适宜不同WMA的拌和压实温度见表10.

表10 WMA适宜的拌和与压实温度 ℃

4 结 论

1) 马歇尔击实试验方法确实可以用来确定WMA的拌和压实温度，但是确定方法较为复杂，所需时间较长.

2) 基于一种简易的沥青混合料和易性测试仪，提出了可用于WMA拌和压实温度确定的和易性试验方法，且试验过程较为简单，试验结果合理可靠.

3) 综合两种方法，推荐了三种WMA适宜的拌和压实温度.

4) 采取和易性试验确定沥青混合料拌和压实温度时，为减小试验误差，应每个测试温度分别拌制混合料.

5) 应进行更多混合料和易性试验，经统计分析确定一个适用于沥青混合料拌和压实温度的转矩范围标准，从而可以像“粘温曲线”一样，简单快速确定WMA混合料拌和压实温度.