摘要：瀝青混合料的溫度是關(guān)鍵施工指標(biāo)，但多數(shù)溫拌瀝青混合料拌合物的抗剪切能力不但與溫度相關(guān)，同時(shí)還和拌合物抗剪能力調(diào)節(jié)機(jī)制的動(dòng)態(tài)變化相關(guān)，因而難以通過瀝青的黏溫曲線確定合理壓實(shí)溫度?；谧儨囟萐GC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，以密度能量指數(shù)CEI評(píng)價(jià)了4種不同機(jī)理溫拌瀝青混合料的可壓實(shí)性隨溫度的變化規(guī)律，以相同壓實(shí)功下等密實(shí)度-溫度類比關(guān)系確定了不同類型溫拌瀝青混合料的壓實(shí)溫度范圍。研究結(jié)果表明，不同機(jī)理溫拌瀝青混合料的可壓實(shí)性和壓實(shí)溫度范圍區(qū)別明顯，通過變溫度旋轉(zhuǎn)壓實(shí)曲線，并引入類比關(guān)系可以得到溫拌瀝青混合料拌合物工作特性的整體評(píng)價(jià)信息。

關(guān)鍵詞：溫拌瀝青混合料；壓實(shí)特性；壓實(shí)溫度；變溫度；旋轉(zhuǎn)壓實(shí)

中圖分類號(hào)：TQ522.65文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）02-0106-04

Study on the characteristics of warm-mix asphalt mixturebased on different mechanismsof variable temperature rotational compaction

SHI Yuanliang

（China Railway Construction Investment Group Corporation，Beijing 100085，China）

Abstract：The temperature of asphalt mixture is the key construction index，but the shear resistance of most warm-mix asphalt mixtures is not only related to temperature，but also related to the dynamic change of the shear re?sistance adjustment mechanism of the mixture，so it is difficult to determine the reasonable compaction temperature through the viscosity temperature curve of asphalt.Based on the variable temperature SGC rotational compaction，the compressibility of four different mechanisms of warm-mix asphalt mixture with temperature was evaluated by density energy index CEI，and the compaction temperature range of different types of warm-mix asphalt mixture was determined by the equal compactness-temperature analogy relationship under the same compaction work.The re?sults showed that the compaction and compaction temperature range of the warm-mix asphalt mixture with different mechanisms were obviously different，and the overall evaluation information of the working characteristics of the warm-mix asphalt mixture could be obtained by rotating the compaction curve at variable temperature and introduc?ing the analogy relationship.

Key words：warm-mix asphalt mixture；compaction characteristics；compaction temperature；variable temperature；rotational compaction

溫拌瀝青混合料（WMA）通過階段性黏度調(diào)節(jié)或熱集料表面潤滑以實(shí)現(xiàn)在相對(duì)熱拌瀝青混合料（HMA）更低的溫度下拌合。拌合后階段性黏度調(diào)節(jié)/抗剪能力調(diào)節(jié)性能在混合料中的殘留使WMA具有溫鋪性[1-3]。

目前可以基于4種機(jī)理生產(chǎn)WMA：①瀝青發(fā)泡；②熱集料潤滑；③高熔點(diǎn)有機(jī)物降黏；④瀝青稀釋[4-7]。不同機(jī)理生產(chǎn)的WMA拌合后降黏機(jī)制的殘留將隨鋪筑時(shí)間和溫度發(fā)生明顯變化，進(jìn)而其壓實(shí)工作特性也顯著不同。

瀝青混合料的壓實(shí)工作特性包含一定溫度下的可壓實(shí)性和合理壓實(shí)溫度范圍2個(gè)指標(biāo)，尤其是后者，是施工控制中的重要指標(biāo)。溫拌瀝青混合料壓實(shí)中的抗剪切能力不僅與溫度相關(guān)，泡沫的破裂、稀釋劑的揮發(fā)等因素也同步影響壓實(shí)特性，因此難以通過膠結(jié)料直接確定壓實(shí)溫度[7，8]。本研究采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)對(duì)4種不同機(jī)理溫拌瀝青混合料的壓實(shí)特性進(jìn)行了評(píng)估，并給出了相應(yīng)的合理壓實(shí)溫度。

1壓實(shí)工作特性方法

1.1可壓實(shí)性評(píng)價(jià)方法

瀝青混合料可壓實(shí)性的評(píng)估方法是基于成型過程中的密實(shí)度能量關(guān)系來評(píng)價(jià)其成型過程中的密實(shí)度增長規(guī)律。相對(duì)擊實(shí)和靜壓成型，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)能更好地模擬瀝青混合料壓實(shí)剪切過程[9-10]。采用SGC旋轉(zhuǎn)成型過程密實(shí)-能量曲線關(guān)系評(píng)價(jià)混合料的可壓實(shí)性指標(biāo)采用如圖1的壓實(shí)能量指數(shù)（CEI）。

由圖1可知，密實(shí)能量指數(shù)CEI是混合料在鋪筑過程中，密實(shí)度由低到高，壓實(shí)機(jī)械所做的功[11]。因多數(shù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都要求瀝青混合料至少被壓實(shí)到92%～93%，所以以松散狀態(tài)壓密到92%～93%時(shí)密實(shí)曲線的面積表示攤鋪機(jī)和壓路機(jī)在施工期間所作的功[12]，寫作CEIloose-92/93。

1.2合理壓實(shí)溫度確定方法

基于瀝青發(fā)泡、熱集料潤滑和瀝青稀釋機(jī)理生產(chǎn)的WMA，在拌合后其中的降粘成分和降粘效應(yīng)動(dòng)態(tài)變化，不但隨溫度改變，還隨拌合溫度與拌合后時(shí)間而改變。也有研究表明，采用ASTM D2493方法預(yù)估的高熔點(diǎn)有機(jī)物降粘機(jī)制生產(chǎn)的WMA的合理拌和與壓實(shí)溫度與實(shí)際工程表現(xiàn)不符[13]。另外，當(dāng)采用聚合物改性瀝青后該方法也不宜使用[14-15]。為此，WMA的合理壓實(shí)溫度范圍應(yīng)該通過混合料確定。

目前，對(duì)基質(zhì)瀝青HMA來說，一般在回歸曲線上假定特定空隙率（如VV=4%）對(duì)應(yīng)溫度為WMA最佳壓實(shí)溫度；對(duì)改性瀝青HMA，則采用文獻(xiàn)[16]和文獻(xiàn)[17]中的變溫度成型曲線毛體積密度峰值對(duì)應(yīng)溫度為最佳壓實(shí)溫度。

研究采用接近牛頓液體的基質(zhì)瀝青混合料為類比對(duì)象，通過變溫度旋轉(zhuǎn)壓實(shí)曲線上溫度敏感區(qū)的等密實(shí)度-溫度類比法確定WMA合理壓實(shí)溫度。

2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1試驗(yàn)用原材料和混合料

試驗(yàn)采用級(jí)配如圖2的AC-13（對(duì)應(yīng)Superpave-12.5）混合料。通過Superpave方法確定最佳瀝青用量為4.5%，相對(duì)其他類型型級(jí)配，AC型可充分反映混合料瀝青膜對(duì)剪切過程的影響。

用于試驗(yàn)的90#基質(zhì)瀝青（針入度分級(jí)）的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)列于表1。其黏溫曲線通過Brookfield旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)得。

試驗(yàn)采用上述級(jí)配和瀝青制備HMA和WMA，WMA所用溫拌劑為4種：A為含結(jié)晶水沸石粉；B是一種油溶性表面活性劑；C是一種高熔點(diǎn)石蠟；D產(chǎn)品的主要成分為煤油和補(bǔ)償劑，為溶劑稀釋劑。4種混合料在試驗(yàn)分析中分別稱作WMA（A）、WMA（B）、WMA（C）和WMA（D）。4種添加劑的用量都為微量，無需調(diào)整配比和瀝青用量。

2.2試驗(yàn)條件控制

2.2.1試件準(zhǔn)備

為了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，HMA拌合溫度為155℃，WMA參考廠家說明統(tǒng)一為145℃。試驗(yàn)采用先裝模后控溫的方式。將拌合物迅速裝入試模，稱量質(zhì)量，隨即用靜壓法壓實(shí)，成密實(shí)度約為標(biāo)準(zhǔn)成型試件80%。試模外圍加保溫護(hù)套，試件中心插溫度計(jì)并在室溫中冷卻至試驗(yàn)溫度。

2.2.2壓實(shí)條件控制

試驗(yàn)采用一種老式旋轉(zhuǎn)角為1.25°（外角控制）的SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀，壓實(shí)荷載600 kPa，試件直徑為101.6 mm。變溫度旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)以15℃為間隔，試件中心溫度以135、120、105和90℃開始，每個(gè)溫度條件下為一個(gè)試驗(yàn)組，每組平行試驗(yàn)2次，結(jié)果取其平均值。HMA增做150℃一組。

3結(jié)果與討論

3.1 WMA可壓實(shí)性評(píng)價(jià)

采用第2節(jié)中的試驗(yàn)條件控制方法，共得到5組不同的變溫度160次全過程壓實(shí)曲線，結(jié)果如圖3所示。

由圖4可知，壓實(shí)0次到1次的密實(shí)度變化很大，有些存在隨機(jī)誤差，為準(zhǔn)確分析不同混合料可壓實(shí)性，本文采用密實(shí)度由88%增長至93%區(qū)間的密實(shí)能量指數(shù)CEI88-93為評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果如圖4所示。

圖4中規(guī)律顯示不同類型WMA的CEI88-93在135℃和120℃的高溫階段都低于HMA，這表明各種WMA都具有明顯的溫鋪性。

不同類型WMA的CEI88-93隨溫度變化差別很大，WMA（A）和WMA（B）在135℃明顯降低壓實(shí)功，但隨著溫度降低，這種效應(yīng)迅速消失。WMA（C）在高溫段的CEI88-93與前2種接近，但低溫段CEI88-93反而高于HMA，這可能與其添加物的熔點(diǎn)在100℃附近有關(guān)，當(dāng)溫度低于100℃時(shí)，硬化的添加物不再具有助碾效果，反而增加了碾壓的難度[18]。WMA（D）同比在任何壓實(shí)溫度的CEI88-93最小且遞增速度最緩，表明其在各個(gè)溫度段具有最明顯且最好的溫鋪性。以常規(guī)鋪筑溫度135℃為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，施工可壓實(shí)性按大小排序依次為WMA（D）、WMA（C）、WMA（B）≈WMA（A）、HMA。

3.2 WMA的合理壓實(shí)溫度

由ASTM D2493方法確定試驗(yàn)用基質(zhì)瀝青HMA的合理壓實(shí)溫度為134～138℃，按照等密實(shí)度-溫度方法，確定的不同WMA合理壓實(shí)溫度范圍列于表2。

由表2可知，WMA（A）、WMA（B）、WMA（C）相對(duì)HMA合理壓實(shí)溫度的降低幅度接近，為12～15℃;WMA（D）的降溫幅度最大，達(dá)到26～27℃。該規(guī)律與同溫度條件下4種類型WMA的CEI88-93變化規(guī)律相符。

3.3不同機(jī)理WMA施工性能整體評(píng)價(jià)

相對(duì)于HMA，用沸石粉、乳化液2種添加劑生產(chǎn)的WMA（A）和WMA（B）使得混合料的合理壓實(shí)溫度能降低12～14℃，同時(shí)2種混合料的壓實(shí)特性接近。隨著混合料的冷卻，添加劑對(duì)工作特性的影響逐漸降低。使用高熔點(diǎn)蠟類添加劑拌合的WMA（C）的合理壓實(shí)溫度降低幅度與前2種基本相同，但在100℃以下時(shí)可壓實(shí)性降低明顯。

使用稀釋機(jī)理溫拌的WMA（D）明顯提高了熱態(tài)混合料的施工可壓實(shí)性，平均降低合理壓實(shí)溫度26～27℃。這樣的性質(zhì)對(duì)于低溫環(huán)境下施工有利，但可能會(huì)影響開放交通的時(shí)間和早期高溫性能。

4結(jié)語

（1）WMA在特定溫度下的可壓實(shí)性可以通過CEI進(jìn)行評(píng)價(jià)；

（2）WMA的生產(chǎn)機(jī)理不同決定其不能普遍采用ASTM D2493方法確定合理壓實(shí)溫度。采用變溫度成型試驗(yàn)，直接由目標(biāo)密實(shí)度或溫度-密實(shí)度峰值確定WMA合理壓實(shí)溫度的方法存在技術(shù)缺陷。采用等密實(shí)度-溫度法確定合理壓實(shí)溫度的試驗(yàn)可以技術(shù)缺陷；

（3）采用CEI88-93指標(biāo)，以常規(guī)鋪筑溫度135℃為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，施工可壓實(shí)性按大小排序依次為WMA（D）、WMA（C）、WMA（B）≈WMA（A）、HMA；

（4）采用等密實(shí)度-溫度法，確定的合理壓實(shí)溫度范圍WMA（A）≈WMA（B）≈WMA（C），相對(duì)HMA降低12～15℃;WMA（D）的降溫幅度最大，達(dá)到26～27℃。等密實(shí)度-溫度法基于在同一壓實(shí)功下達(dá)到相同密實(shí)度的瀝青混合料在成型過程中具有相同的當(dāng)量抗剪切能力的原則，可以用于預(yù)估不適用于ASTM D2493方法的瀝青混合料的合理壓實(shí)溫度范圍；

（5）WMA（A）、WMA（B）和WMA（D）3種溫拌添加劑在拌后混合料中都是動(dòng)態(tài)殘留。因此，變溫度壓實(shí)試驗(yàn)的條件控制對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大。同時(shí)，拌合溫度對(duì)WMA（A）、WMA（B）和WMA（D）3種添加劑的降黏殘留程度影響也很大，此類WMA的壓實(shí)工作特性也受到拌合溫度的影響。因此，WMA（A）、WMA（B）和WMA（D）的壓實(shí)特性評(píng)價(jià)是相對(duì)的，而不是絕對(duì)的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張鎮(zhèn)，孫立軍.Evotherm溫拌瀝青混合料控制指標(biāo)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào).2009，31（8）：29-32

[2]段鵬鵬，徐肖龍，雷濤，等.不同溫拌劑摻量對(duì)瀝青混合料性能的影響[J].粘接，2022，49（10）：89-93.

[3]鄧金飛，朱本瑋.冷拌環(huán)氧瀝青的制備及性能研究[J].粘接，2015，36（9）：66-68.

[4]延西利，鄭濤，蔣雙全，等.瀝青溫拌技術(shù)分類及溫拌效果的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法[J].材料導(dǎo)報(bào)，2024，38（4）：84-91.

[5]王黎明，譚憶秋，石振武，等.基于沖擊貫入法的溫拌瀝青混合料合理壓實(shí)溫度的確定[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2013，43（6）：1494-1499.

[6]彭超，馬紅超，解傳凱，等.蠟質(zhì)溫拌瀝青的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[J].粘接，2022，49（8）：1-6.

[7]石宜清，李文凱，邵景干，等.降黏溫拌瀝青混合料路用性能研究[J].交通科學(xué)與工程，2022，38（3）：11-18.

[8]魏建國，王兆侖，付其林.溫拌瀝青混合料施工溫度確定方法[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，33（6）：16-21.

[9]邵利平，謝斌，王嘉昕，等.Evotherm溫拌劑對(duì)瀝青混合料壓實(shí)特性影響研究[J].市政技術(shù)，2023，41（5）：231-236.

[10]趙陽，谷偉，蒲凌云.壓實(shí)方法對(duì)溫拌瀝青混合料路用性能的影響[J].工程與建設(shè)，2023，37（6）：1772-1774.

[11]關(guān)宏信，李銘哲，曾勇，等.基于貝雷法參數(shù)與CEI的瀝青混合料級(jí)配優(yōu)化[J].交通科學(xué)與工程，2022，38（2）：1-6.

[12]張爭(zhēng)奇，袁迎捷，王秉綱.瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)密實(shí)曲線信息及其應(yīng)用[J].中國公路學(xué)報(bào).2005，18（3）：1-6.

[13]李宇峙，楊瑞華，邵臘庚，等.瀝青混合料壓實(shí)特性分析[J].公路交通科技.2005，22（3）：28-34.

[14]李寧利，李鐵虎，陳華鑫，等.SBS改性瀝青的黏溫特性研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007（10）：86-90.

[15]畢飛，樊亮，周圣杰，等.改性瀝青施工溫度研究進(jìn)展[J].合成材料老化與應(yīng)用，2020，49（5）：164-167.

[16]周燕，陳拴發(fā)，鄭木蓮，等.溫拌瀝青混合料拌合壓實(shí)特性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（1）：61-64.

[17]吳超凡，曾夢(mèng)瀾，王茂文，等.添加Sasobit溫拌瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度確定[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，37（8）：1-5.

[18]季節(jié)，羅曉輝，徐世法.Sasobit改性瀝青的結(jié)構(gòu)與性能研究[J].中國公路學(xué)報(bào)，2011，24（5）：18-25.

（責(zé)任編輯：蘇幔，平海）