溫拌瀝青混合料拌和壓實溫度確定方法*

王 春 郝培文 阮 妨

(長安大學道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點實驗室1) 西安 710064) (西安西北民航項目管理有限公司2) 西安 710075)

0 引 言

溫拌瀝青混合料(WMA)與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料(HMA)相比，其最顯著的技術(shù)特點就是可以改善混合料的施工和易性，降低其生產(chǎn)施工溫度.然而，如何通過瀝青混合料和易性大小的定量評價，準確地確定適宜WMA的拌和與壓實溫度，國內(nèi)外至今都沒有形成統(tǒng)一的測試儀器、測試方法與評價標準.到目前為止，已有研究仍主要通過瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗、瀝青混合料的馬歇爾擊實試驗，以及旋轉(zhuǎn)壓實試驗(SGC)等技術(shù)手段，以試驗測定的瀝青黏度、瀝青混合料試件的毛體積密度或空隙率等指標及其隨溫度的變化關系，來間接評價瀝青混合料的和易性，從而確定WMA的拌和與壓實溫度[1-5].然而這些方法中，瀝青黏度試驗用來評價基質(zhì)瀝青還比較準確，但是對于改性瀝青試驗結(jié)果往往與工程實踐經(jīng)驗差異較大；而馬歇爾擊實試驗和SGC試驗都是基于瀝青混合料試件體積特性來評價混合料和易性的，雖然評價結(jié)果比瀝青黏度試驗更接近實際情況，但是仍不夠全面，且評價過程復雜，耗時較多，因此，三種試驗方法都不能真實準確的反映瀝青混合料和易性.NCHRP 9-43項目在研究中采用布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗、NCHRP 9-39方法、潤滑性試驗三種瀝青試驗以及和易性試驗、馬歇爾擊實試驗、SGC試驗三種混合料試驗對不同WMA的和易性進行了評價，結(jié)果表明并不是每種試驗方法都能確定一個合理的拌和與壓實溫度范圍[6-10].近年來國內(nèi)也有研究者通過和易性試驗來直接評價WMA的和易性并確定其拌和壓實溫度，但沒有形成標準的測試儀器和統(tǒng)一的評價方法，已有設備大多較為復雜，且造價較高，也不利于推廣應用.

本研究借助一種簡易的和易性測試裝置，通過測試WMA和易性，并與馬歇爾擊實試驗方法對比，提出一種基于和易性試驗來確定WMA拌和與壓實溫度的方法.

1 原材料試驗及配合比設計

1.1 原材料技術(shù)指標

采用角閃巖集料、石灰?guī)r礦粉、SBS改性瀝青，選取了Aspha-min、Sasobit、Evotherm DAT三種典型溫拌劑，其相關技術(shù)指標見表1～3.

表1 集料密度

表2 瀝青指標

表3 溫拌劑技術(shù)指標

1.2 級配設計

本文采用AC-13級配，級配曲線見圖1.

圖1 AC-13合成級配曲線

1.3 拌和壓實溫度

由于現(xiàn)行規(guī)范中的粘溫曲線并不適于確定HMA(本文皆指改性瀝青混合料)的拌和與壓實溫度，因此本文采用Saal公式通過計算瀝青的等粘溫度來確定其拌和壓實溫度.Saal公式為

lg·lg (η×103)=a-b·lg (273+t)

(1)

式中：η為黏度，Pa·s；t為溫度，℃.

按照Saal公式，適宜HMA拌和與壓實溫度的瀝青黏度為：拌和溫度對應黏度η=0.275 Pa·s；壓實溫度對應黏度η=0.550 Pa·s

本文通過布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(T0625)測得SBS改性瀝青在不同溫度(120，130，140，150，160 ℃)時的黏度，再由式(1)進行擬合，得到曲線,見圖2.

圖2 SBS改性瀝青黏度與溫度Saal公式擬合曲線

由適宜改性瀝青拌和壓實溫度的瀝青黏度及圖2擬合得到Saal公式，計算得到HMA適宜的拌和壓實溫度為：拌和溫度183.3 ℃；壓實溫度162.6 ℃.

按此黏度確定的HMA的生產(chǎn)施工溫度與實際情況比較吻合.因此，結(jié)合工程經(jīng)驗，將HMA的最佳拌和與壓實溫度取為180，160 ℃.

1.4 最佳油石比

按照以上確定的拌和壓實溫度，通過馬歇爾試驗確定HMA最佳油石比見表4.三種WMA與HMA采用相同油石比.

表4 AC-13 HMA最佳油石比

2 馬歇爾擊實試驗方法

馬歇爾擊實試驗具體試驗流程見圖3.

圖3 馬歇爾擊實試驗(等毛體積密度法)試驗流程

采用馬歇爾試驗方法分別成型不同溫度下的三種WMA試件，并由表干法測定其毛體積密度，見圖4，其與擊實溫度的擬合公式見表5.

圖4 WMA密度(ρ)-擊實溫度(t)曲線

表5 WMA密度溫度曲線回歸參數(shù)

由圖4和表5按“等毛體積密度”原則，將HMA試件密度代入WMA密度-溫度回歸公式，即可計算得到WMA的壓實溫度見表6.

由表6可知，三種WMA的壓實溫度相比HMA

表6 馬歇爾擊實試驗確定的WMA壓實溫度 ℃

均降低較多，其中添加Aspha-min、DAT的WMA降低了24 ℃，而添加Sasobit的WMA也降低了19 ℃，這與已有研究成果以及工程實踐經(jīng)驗一致.

3 和易性試驗方法

本文采用一種簡易的和易性測試裝置，對以上WMA與HMA和易性進行測試，并通過測得的扭矩來確定WMA的拌和與壓實溫度.

具體的和易性測試方法如下.

1) 按照和易性測試溫度拌制15 kg混合料.

2) 將拌制好的混合料平鋪于鐵盤中，并置于烘箱中加熱至略高于待測溫度(5～10 ℃).

3) 將恒溫后的混合料取出裝入和易性測試儀的保溫料桶中，裝料時應從蓋板兩側(cè)開口處輪流倒入，料裝完后用鐵鏟撥平表面，測量并記錄混合料內(nèi)部溫度.

4) 啟動扭矩扳手，并將其調(diào)至峰值模式，然后逆時針旋轉(zhuǎn)開始測量，轉(zhuǎn)速控制在(r/3)/s，保持勻速轉(zhuǎn)動.

5) 每轉(zhuǎn)完成后，記錄扭矩扳手采集到的當圈最大轉(zhuǎn)矩值，記為WTi，N·m.

6) 每圈測完后清零進行下一次測量，每個溫度下至少測3～5次，然后取平均值作為這一溫度時的轉(zhuǎn)矩值WT.

同一混合料應從低溫到高溫進行逐級測試，每個溫度測完后應將混合料取出置于烘箱中加熱至下一個待測溫度.

由和易性試驗測得不同溫度下各WMA的和易性，見圖5，其與溫度的擬合公式見表7.

圖5 瀝青混合料和易性測試結(jié)果

當HMA的最佳拌和壓實溫度取180 ℃、160 ℃時，按圖5和表7即可計算得到HMA拌和壓由表9可知，三種WMA的拌和壓實溫度相比HMA均有較大幅度的下降，其中降幅最大的Aspha-min降低了22 ℃，添加Sasobit和DAT的也分別降低了18和19 ℃，試驗結(jié)果與馬歇爾擊實試驗非常一致，Aspha-min和Sasobit只相差了1～2 ℃，而DAT的降溫幅度變化較多，這是由于其在和易性測試時一直使用同一批混合料反復加熱，以致其中由溫拌劑引入的起潤滑作用的水分減少造成的.

表7 瀝青混合料和易性測試結(jié)果回歸參數(shù)

實溫度對應的轉(zhuǎn)矩值(見表8)，然后按等轉(zhuǎn)矩原則將HMA拌和壓實轉(zhuǎn)矩值分別代入WMA的轉(zhuǎn)矩溫度方程，即可分別計算得到三種WMA的最佳拌和壓實溫度見表9.

表8 等轉(zhuǎn)矩法計算得到的拌和與壓實轉(zhuǎn)矩

表9 等轉(zhuǎn)矩法計算得到的拌和與壓實溫度 ℃

以上試驗結(jié)果說明采用和易性試驗確定WMA的拌和壓實溫度是合理可行的.綜合考慮以上兩種試驗方法確定的各WMA的拌和壓實溫度，最終推薦適宜不同WMA的拌和壓實溫度見表10.

表10 WMA適宜的拌和與壓實溫度 ℃

4 結(jié) 論

1) 馬歇爾擊實試驗方法確實可以用來確定WMA的拌和壓實溫度，但是確定方法較為復雜，所需時間較長.

2) 基于一種簡易的瀝青混合料和易性測試儀，提出了可用于WMA拌和壓實溫度確定的和易性試驗方法，且試驗過程較為簡單，試驗結(jié)果合理可靠.

3) 綜合兩種方法，推薦了三種WMA適宜的拌和壓實溫度.

4) 采取和易性試驗確定瀝青混合料拌和壓實溫度時，為減小試驗誤差，應每個測試溫度分別拌制混合料.

5) 應進行更多混合料和易性試驗，經(jīng)統(tǒng)計分析確定一個適用于瀝青混合料拌和壓實溫度的轉(zhuǎn)矩范圍標準，從而可以像“粘溫曲線”一樣，簡單快速確定WMA混合料拌和壓實溫度.