温拌沥青混合料技术研究课题总结3

1沥青混合料温拌技术在绿色市政道路建设中的应用研究室内试验研究总结长沙市城市建设科学研究院2011-11-12目 录一、前言 .31.1 温拌的概念 .31.2 现行的主要温拌技术 .31.3 项目意义和前景 .5二、温拌沥青原材料及配合比选择 .62.1 原材料 .62.2 配合比选择 .8三、试验方案的确定 .93.1 益路温拌剂作用机理 .93.2 沥青的粘温曲线对温拌沥青施工性能的影响 .103.3 热拌沥青混合料试验程序 113.4 温拌沥青混合料试验程序 113.5 拌和方案 12四、温拌沥青混合料马歇尔性能研究 .124.1 热拌沥青混合料马歇尔试验结果 124.2AH-70 沥青温拌混合料试验分析 .134.3 改性沥青试验数据分析 164.4 正交试验数据分析（AH-70 沥青） 194.5 温拌沥青混合料的压实温度曲线 21五、温拌沥青混合料路用性能研究 .225.1 温拌沥青车辙试验研究 225.2 温拌沥青冻融劈裂试验 24六、温拌沥青混合料施工时效研究 .256.1 正常施工环境条件下温拌拌和温度控制建议 266.2 低温环境下温拌拌和温度控制建议 27七、结论 .273一、前言1.1 温拌的概念温拌沥青（简称WMA）技术是指通过一定技术手段使沥青混合料在较低的温度下进行拌和、摊铺及压实的技术。其拌和温度在约90140，摊铺及压实温度约在80130，相对于拌和温度在约150180、摊铺及压实温度不低于140的传统的热拌沥青混合料来说，WMA技术所需的设备、成本基本与HMA 的一样，而前者在降低至少30工作温度的基础上，其产生的质量、路用性能完全能与后者相媲美。温拌沥青技术的直接效益是减少加热传统热拌沥青混合料的拌和场与铺筑现场周围的烟雾和气味,降低能耗和环境污染。非常适合在市中心及隧道中使用。温拌沥青技术的另外一个重要优势是温拌沥青混合料与环境温度的温差小，降温速率慢，同时温拌沥青混合料压实温度比热拌沥青低，因此温拌沥青适合冬季低温施工。 1.2 现行的主要温拌技术温拌沥青混合料起源于欧洲，并于 2000 年的第一届国际沥青路面大会上由Harrison 和 Christodulaki 首次介绍。同年，在欧洲沥青上 Koenders 等人做了更为详细的报道。目前温拌沥青混合料总的来说主要有四种不同的实现方式。（1）有机添加剂法该方法是将低熔点的有机添加剂添加到沥青或沥青混合料中，改变胶结料的粘温曲线。目前成功应用的化学添加剂有两类：合成蜡和低分子量酯类化合物，其中以 Sasobit 合成蜡为主。Sasobit 可降低 100沥青粘度，增加沥青 60粘度，因此 Sasobit 可改善混合料的压实性能，同时提高沥青混合料高温性能。Sasobit 可以在拌和厂使用简单的搅拌器拌入沥青中，但不推荐直接将固体Sasobit 投入拌缸进行直接拌和，这样会造成沥青中 Sasobit 的分布不均。（2）沥青-矿物法该方法采用一种合成沸石，在沥青混合料拌和过程中将这种粉末状材料加入进4去，从而在结合料中产生泡沫作用。从化学角度讲，沸石其实就是一种含有18%左右结合水的硅酸铝矿物，当加入沥青混合料中大约0.3%（重量比）的该种沸石时，水分会随着时间的延长而慢慢释放出来，从而产生连续的发泡反应。液相结合料中的发泡反应起到润滑剂的作用从而使混合料在较低温度下具有可工作性，拌和温度可低至130145 。（3）温拌泡沫沥青混合料该方法是将软质结合料和硬质泡沫结合料在拌和的不同阶段加入到混合料中，温拌泡沫沥青混合料的第一阶段是将温度为 100120的软质沥青加入到集料中进行拌和以达到良好裹附。第二阶段，将极硬的结合料泡沫化后加入到预裹附的集料中。这样，软质结合料和泡沫化的硬质结合料都起到降低胶结料粘度的作用，从而实现良好的工作性，得到最终满足需要的沥青混合料。Shell 公司认为，温拌泡沫沥青混合料的成功在很大程度上要依靠对于软化沥青胶结料和硬化沥青胶结料的精心选择。在一些情况下，shell 公司推荐在拌和的第一阶段使用粘结增强剂，同时它还认为在第一阶段的拌和过程中，集料的沥青裹附情况十分关键，如果裹附比好，会使得第二阶段所注入的水分通过沥青和集料的结合面进入集料内部，从而影响到最终的沥青混合料质量和性能，shell 公司的研究报告称，温拌泡沫沥青混合料因为拌和温度的降低可以节约大约 30%的燃料，同时会减小 30%的 CO2 排放量。（4）基于表面活性剂的温拌沥青混合料用表面活性剂配制一定浓度的水溶液（简称为浓缩液） ，在沥青加入到拌和锅的同时，将浓缩液喷到沥青上再与集料一起拌和，经充分搅拌后生产出温拌混合料，以出料温度为 120的温拌沥青混合料为例，其拌和工艺为：在拌和锅中将 135的热集料充分干拌，下一步在 130左右的沥青开始喷出后随即将 50左右的乳化剂水溶液也喷出，经过充分拌和即生产出 120左右的温拌混合料，该工艺称为浓缩液温拌法，代表产品为美德维实伟克公司的益路牌（Evotherm）温拌剂。1.3 项目意义和前景长沙市被列入全国首批 8 个节能减排财政政策综合示范城市，这对我市促进经5济结构调整和发展方式转变，推动“十二五”节能减排目标实现，显著增强城市可持续发展能力，加快建设两型社会是一个重大的政策机遇。在示范城市树立绿色、循环、低碳发展理念，加快构建政府为主导、企业为主体、市场有效驱动、全社会共同参与的推进节能减排工作格局，实现工业、建筑、交通运输等领域能效水平大幅提高、低碳技术广泛推广、可再生能源规模化应用、主要污染物排放量显著减少、服务业加快发展、合同能源管理等市场化机制逐步健全，使试点城市节能减排工作走在全社会前列，可持续发展能力显著增强。根据以上总体目标的要求，围绕产业低碳环保化加大产业结构调整力度，支持重点企业实施节能技术改造，大力推广应用先进节能环保技术和设备，提高重点行业产业集中度和先进生产能力比重。坚持重点突破与整体推进相结合，优先选择节能减排潜力大、投入少、见效快的重点行业、重点企业进行突破，同时要统筹规划，全面推进工业、建筑、交通运输和全社会的节能减排工作。长沙市住房和城乡建设委员会、长沙市发展和改革委员会为进一步贯彻落实科学发展观，加强绿色市政建设和管理，推动市政领域“资源节约型，环境友好型”建设，依据相关法律法规及技术规范，提出了绿色市政道路建设的指导思想，保障市政道路在全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境，为人民提供绿色、低碳的城市道路工程，并坚持把科技进步和创新作为加快转变经济发展方式的重要支撑，加快建设创新型城市。基于表面活性剂平台的温拌沥青混合料（WMA）路面技术是国际上近几年研发并逐步推广应用的新技术。与传统热拌沥青混合料相比，在不改变材料配比和施工工艺以及温拌沥青混合料性能不低于热拌沥青混合料的前提下，混合料拌和与碾压温度降低 3040。温拌技术可节省燃油 20%-30%，减少温室气体排放 60%左右，减少沥青烟等有毒气体排放 80%以上，伴随施工温度的降低，同时减少了沥青在施工过程的老化、提高沥青混合料路用性能，延长使用寿命、减少道路的寿命周期养护费用，是名符其实的高节能、低排放的高新技术。根据长沙绿色施工导则 ，实施绿色施工，应积极采用先进的生产手段、技术措施和施工方法，鼓励发展绿色施工的新技术、新设备、新材料、新工艺。因此，对长沙市城市道路沥青路面施工采用目前国际上最先进的基于表面活性型的沥青混合料温拌技术，将很大程度上减少沥青路面施工过程中带来的大量的环境污染，节6约能源，并提高沥青路面本身的使用寿命和提供更好的路用性能。长沙春夏季炎热多雨，秋冬寒冷干燥，气候走极端，寒冷季节较长，按照现行沥青路面施工规范中关于“气温低于 10不允许沥青路面施工”的规定，长沙地区下半年适宜于沥青路面施工的时间太少，11 月份就基本不能施工，也就是说，在长沙地区严格意义上春节前有 3 个月不允许沥青路面施工。 应用好温拌技术，延长长沙地区冬季沥青路面施工建设期，提高路面施工质量，对加快城市建设步伐，减低施工环境污染具有重要战略意义和广泛的应用前景。二、温拌沥青原材料及配合比选择2.1 原材料图 2-1 粗集料筛分后分档保存7图 2-2 细集料筛分后分档保存（1）粗集料：采用石灰岩碎石，洗净，烘干后，筛分成每一档备用，确保级配准确，集料性质见表 2-1。（2）细集料采用石灰岩石屑，洗净，烘干后，筛分成每一档备用，集料性质见表 2-2。表 2-1 石灰岩粗集料性能试验结果高速公路及一级公路指 标 单位 试验结果表面层 其他层次石料压碎值 20.1 26 28洛杉矶磨耗损失 21.6 28 30表观相对密度 g/cm3 2.712 2.60 2.50吸水率 0.6 2.0 3.0针片状颗粒含量（混合料）其中粒径大于 9.5mm 其中粒径小于 9.5mm 10.27.311.2151218181520表 2-2 石灰岩细集料性能试验结果项 目 单位 试验结果 高速公路、 一级公路表观相对密度 g/cm3 2.696 2.50含泥量(小于 0.075mm 的含量) 2.1 3砂当量 61.5 60（3）填料：采用石灰岩矿粉，（4）沥青：采用佛山高富 AH-70 沥青及壳牌鄂州 SBS 改性沥青，两种沥青均为长沙市沥青混合料拌合站常用的沥青。其指标如下表，符合规范要求。表 2-3 AH-70 沥青三大指标沥青指标 针入度/0.1mm 软化点/ 15延度/cm检测结果 71 47 145规范要求 6080 46 1008表 2-4 SBS 改性沥青三大指标沥青指标 针入度/0.1mm 软化点/ 5 延度/cm检测结果 53 74 26规范要求 3060 60 20（5）温拌剂：采用美德维实伟克公司的益路牌（Evotherm）温拌剂 DAT-H5（10F） 。2.2 配合比选择为保证试验的准确性、可操作性及复现性的要求，课题采用公路沥青路面施工技术规范的 AC 类混合料中值，级配通过率见表 2-5表 2-7，由经验确定的油石比分别为：AC-25 采用 3.8，AC-20 采用 4.2，AC-13 采用 4.8。表 2-5 AC-25 级配表 2-6 AC-20 级配表 2-7 AC-13 级配 筛孔（mm） 31.5 26 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075规范上限（%） 100 100 90 83 76 65 52 42 33 24 17 13 7规范下限（%） 100 90 75 65 57 45 24 16 12 8 5 4 3规范中值（%） 100 95 82.5 74 66.5 55 38 29 22.5 16 11 8.5 5筛孔（mm） 31.5 26 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075规范上限（%） 100 100 100 92 80 72 56 44 33 24 17 13 7规范下限（%） 100 100 90 78 62 50 26 16 12 8 5 4 3规范中值（%） 100 100 95 85 71 61 41 30 22.5 16 11 8.5 59三、试验方案的确定依据温拌沥青的主要作用机理，充分考虑课题进度计划、主观及客观条件，参考同行其他研究成果，制定本课题室内试验方案。3.1 益路温拌剂作用机理益路DAT 温拌添加剂，实际上是专用表面活性剂水溶液，拌和过程中沥青内部和集料的裂隙水分在温拌条件下不会完全去除，而这些水分却很容易被表面活性剂俘获，水的沸点与界面条件密切相关，在狭小空间、不同表面压力情况下，水的沸点可能高于 100，表面活性剂在胶结料内部以胶团形式存在，胶团组成的膜结构具有润滑作用，很好地实现了在较低温度下的拌和及碾压功能。益路DAT（Evotherm）温拌沥青技术，其核心是采用物理和化学一起作用的手段，增加沥青混合料的施工操作性，在完成混合料成型后，这些物理和化学添加剂并不对路面使用性能构成负面影响。温拌剂分子在碾压完毕后将剩余水分带出混合料，同时温拌剂充分向石料和沥青的界面上富集，成为性能优良的抗剥落剂，提高混合料的水稳定性。筛孔（mm） 31.5 26 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075规范上限（%）100 100 100 100 100 85 68 50 38 28 20 15 8规范下限（%）100 100 100 100 90 68 38 24 15 10 7 5 4规范中值（%）100 100 100 100 95 76.5 53 37 26.5 19 13.5 10 610剪切力方向, V剪切层厚度,L图 3-1 Evotherm 工作状态示意图3.2 沥青的粘温曲线对温拌沥青施工性能的影响沥青粘度随温度降低呈指数增加关系， AH-70 沥青及 SBS 改性沥青(PG70-28)的粘温曲线如图 3-2。对于热拌沥青按照粘温曲线采用相同的等粘温度确定 AH-70 沥青混合料的施工温度，是合理的；对于不降粘的益路温拌沥青混合料，不论改性沥青还是普通沥青按照粘温曲线确定的施工温度显然不合理。尽管如此，沥青路面施工必然考虑粘度因素，由于温拌剂不改变沥青的粘度，粘度增加对温拌沥青混合料的施工性能的影响是显而易见的，因而，理论上温拌沥青混合料必然存在施工温度下限值。0.150.190.250.150.190.250.310.31y = 571.28e-0.0397xy = 173.3e-0.0437x0.010.1110100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240温 度 ( )粘 度(Pa.s)拌 和 温 度 范 围压 实 温 度 范 围改 性 沥 青普 通 沥 青11图 3-2 沥青的粘温曲线基于 3.1 及 3.2 叙述的相关机理，为充分发挥温拌剂效用，减少环境污染，延长施工可操作时间，同时充分考虑施工和易性及降温规律进行温拌沥青混合料室内试验研究。3.3 热拌沥青混合料试验程序表 3-1 AH-70 沥青混合料操作温度计划表混合料出料温度（）集料温度（矿粉不加热）沥青预热温度拌合锅预热、烘箱恒温温度击实温度（预估，需要实测）155 170 160 145 145表 3-2 SBS 改性沥青混合料操作温度计划表混合料出料温度（）集料温度（矿粉不加热）沥青预热温度拌合锅预热与烘箱恒温温度击实温度（预估，需要实测）175 185 175 160 1603.4 温拌沥青混合料试验程序表 3-3 AH-70 沥青混合料温拌操作温度计划表混合料出料温度（）集料温度（矿粉不加热）（高 20）沥青预热温度（）拌合锅预热温度（高 10）烘箱恒温温度击实温度（预估降 10 度，需实测）110 125 140 110 100 100130 145 150 130 120 120表 3-4 SBS 改性沥青温拌操作温度计划表混合料出料温度（）集料温度（矿粉不加热）（高 15 度）沥青预热温度（高 25 度）拌合锅预热温度（高 10）烘箱恒温温度击实温度（预估降 10 度，需实测）（）130 145 150 130 120 120150 165 160 150 140 140123.5 拌和方案根据温拌沥青混合料的特点和益路温拌剂的试验要求，确定如下拌和方案：（1）拌和锅先预热至相应出料温度（见分别的温度计划表） ；（2）倒入已预热的集料，干拌 0.5 分钟；（3）集料干拌完后，在锅内用不锈钢勺将集料拉成一斜面，露出锅底；（4）加入沥青，然后用塑料杯或细量筒加入温拌剂，温拌剂要倒在沥青上，避免倒在集料上，拌和 1.5 分钟；（5）加入矿粉，拌和 1 分钟；（6）温拌沥青混合料拌和时间共有：一共拌和 0.5+1.5+1=3 分钟。图 3-3 益路温拌工艺图四、温拌沥青混合料马歇尔性能研究4.1 热拌沥青混合料马歇尔试验结果为增强试验的可比性，首先做了 AC-25，AC-20，AC-13 热拌沥青马歇尔试验，并检测体积指标和稳定度流值，如表 4-1。表 4-1 热拌沥青混合料马歇尔试验结果AC-25 AC-20 AC-13混合料指标 SBS 改性沥青 AH-70 沥青 SBS 改性沥青 AH-70 沥青 SBS 改性沥青 AH-70 沥青空隙率 5.0 4.6 4.9 4.5 3.7 3.2稳定度 18.1 10.4 15.8 10.5 17.0 10.8流值 39.8 39.3 41.9 38.7 40.9 30.5134.2 AH-70 沥青温拌混合料试验分析 室内试验研究发现，AH-70 沥青混合料拌和温度低于 100，改性沥青低于120，温拌沥青混合料需要延长拌和时间才能拌和均匀。试验选取 AC-13，AC-20，AC-25 三种级配，两种温度（即 100及 120）下击实，温拌剂掺量分别为沥青用量的 6%，8%，10%，12%，试验顺序安排如表 4-2，4-3。表 4-2 AH-70 沥青 120温拌混合料试验顺序安排表温拌剂量级配 6% 8% 10% 12%AC-25 1 2 3 4AC-20 5 6 7 8AC-13 9 10 11 12表 4-3 AH-70 沥青 100温拌混合料试验顺序安排表温拌剂量级配 6% 8% 10% 12%AC-25 13 14 15 16AC-20 17 18 19 20AC-13 21 22 23 24图 4-1 温拌沥青混合料室内拌制表 4-4 温拌 AH-70 沥青马歇尔试验结果试验序号 级配 击实温度 温拌剂添加量 空隙率 稳定度 流值141 AC-25 6% 5.1 13.0 40.32 AC-25 8% 4.6 12.9 27.63 AC-25 10% 4.2 11.9 38.84 AC-2512012% 4.5 12.9 40.313 AC-25 6% 6.2 8.4 40.114 AC-25 8% 5.4 9.4 30.115 AC-25 10% 5.1 9.5 30.516 AC-2510012% 4.8 10.8 31.25 AC-20 6% 5.6 11.4 38.16 AC-20 8% 5.3 11.4 347 AC-20 10% 4.7 10.7 36.58 AC-2012012% 4.7 11.3 31.817 AC-20 6% 5.8 8.3 37.918 AC-20 8% 5.6 8.6 4219 AC-20 10% 4.7 9.6 42.820 AC-2010012% 5.4 7.5 35.99 AC-13 6% 4.1 11 34.410 AC-13 8% 3.5 10.7 40.111 AC-13 10% 3.3 11.8 32.312 AC-1312012% 3.8 10.7 37.721 AC-13 6% 5.8 8.4 43.422 AC-13 8% 5.1 8.6 35.423 AC-13 10% 4.8 9.2 38.324 AC-1310012% 4.3 8.5 43.9图 4-2 制作马歇尔试件15AC-25， AH-70沥 青 温 拌 空 隙 率33.544.555.566.576% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量空隙率120 ， 击 实100 ， 击 实AC-25， AH-70沥 青 温 拌 稳 定 度5791113156% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量稳定度120 ， 击 实100 ， 击 实AC-25， AH-70沥 青 温 拌 流 值1015202530354045506% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量流值120 ， 击 实100 ， 击 实图 4-3 温拌沥青马歇尔试验指标与温拌剂添加量的关系（AC-25 ，AH-70）AC-20， AH-70沥 青 温 拌 空 隙 率33.544.555.566% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量空隙率120 ， 击 实100 ， 击 实AC-20， AH-70沥 青 温 拌 稳 定 度5791113156% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量稳定度120 ， 击 实100 ， 击 实AC-20， AH-70沥 青 温 拌 流 值1015202530354045506% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量流值120 ， 击 实100 ， 击 实图 4-4 温拌沥青马歇尔试验指标与温拌剂添加量的关系（AC-20 ，AH-70）AC-13， AH-70沥 青 温 拌 空 隙 率33.544.555.566% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量空隙率120 ， 击 实100 ， 击 实AC-13， AH-70沥 青 温 拌 稳 定 度5791113156% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量稳定度120 ， 击 实100 ， 击 实AC-13， AH-70沥 青 温 拌 流 值1015202530354045506% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量流值120 ， 击 实100 ， 击 实图 4-5 温拌沥青马歇尔试验指标与温拌剂添加量的关系（AC-13 ， AH-70）从图 4-34-5 可知：（1）随着温拌剂掺量的增加，温拌沥青混合料空隙率下降；100击实时，不论是 AC-25，AC-20 还是 AC-13，空隙率下降趋势比 120时明显，可能是因为120击实和热拌温度较接近；（2）温拌沥青混合料 120击实时的稳定度普遍大于 100击实的混合料，可见，击实温度对沥青混合料的稳定度影响很大；温拌剂掺量在 6%至 10%变化时，稳16定度随温拌剂掺量增加提高幅度较大。（3）温拌沥青混合料流值随温度及温拌剂掺量变化，没有明显的变化规律。温度越低，温拌沥青混合料和易性越差，混合料的可降温空间小，施工控制难度越大；温度越高（与热拌温度越接近） ，温拌剂不能充分发挥效用。综合考虑温拌沥青混合料的和易性及最大限度发挥温拌剂的效用，选择最佳的温拌沥青配合比为拌和温度为 120 度，击实温度为 110 度，温拌剂添加量为 10%（DAT-H5（10F ） ） 。依据选定最佳温拌配合比，做马歇尔试验，结果如表 4-5。表 4-5 AH-70 沥青温拌（最佳温拌配和比）与热拌马歇尔试验对照表空隙率（% ）稳定度（KN）流值（ 0.1mm）温拌 AC-13 3.3 10.2 34.5热拌 AC-13 3.2 10.8 30.5温拌 AC-20 4.4 9.8 38.4热拌 AC-20 4.5 10.5 38.7温拌 AC-25 4.5 10.7 42.5热拌 AC-25 4.6 10.4 39.34.3 改性沥青试验数据分析 对于改性沥青温拌试验研究，试验选取 AC-13，AC-20，AC-25 三种级配，两种温度（即 120级 140）下击实，温拌剂掺量分别为沥青用量的6%，8%，10%，12%，试验计划顺序如表 4-6，4-7 。表 4-6 改性沥青 140 温拌沥青混合料试验顺序安排表温拌剂量级配 6% 8% 10% 12%AC-25 1 2 3 4AC-20 5 6 7 8AC-13 9 10 11 12表 4-7 改性沥青 120 温拌沥青混合料试验顺序安排表17温拌剂量级配 6% 8% 10% 12%AC-25 13 14 15 16AC-20 17 18 19 20AC-13 21 22 23 24表 4-8 温拌改性沥青马歇尔试验结果试验顺序号 级配 击实温度 温拌剂添加量 空隙率 稳定度 流值1 AC-25 6% 5 14.5 50.62 AC-25 8% 5.1 12.9 44.33 AC-25 10% 4.8 14.1 42.54 AC-2514012% 4.6 13.1 44.813 AC-25 6% 6 13 41.214 AC-25 8% 5.7 12.2 44.615 AC-25 10% 5.1 11.9 45.116 AC-2512012% 5.2 11.8 445 AC-20 6% 4.9 15.3 39.26 AC-20 8% 4.7 14.6 43.77 AC-20 10% 4.5 14.4 46.78 AC-2014012% 4.4 13.6 47.517 AC-20 6% 6.2 12.1 39.818 AC-20 8% 6 11.6 45.319 AC-20 10% 5.6 12.3 43.620 AC-2012012% 5.3 13.1 42.59 AC-13 6% 3.8 13.5 44.410 AC-13 8% 3.7 14 42.811 AC-13 10% 3.6 13.2 43.912 AC-1314012% 3.6 13.7 4521 AC-13 6% 5.4 11.5 43.522 AC-13 8% 4.9 11.8 40.823 AC-13 10% 4.4 12.5 34.824 AC-1312012% 4.3 13.1 37.918AC-25， SBS改 性 沥 青 温 拌 空 隙 率33.544.555.566.56% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量空隙率140 ， 击 实120 ， 击 实AC-25， SBS改 性 沥 青 温 拌 稳 定 度68101214166% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量稳定度140 ， 击 实120 ， 击 实AC-25， SBS改 性 沥 青 温 拌 流 值1020304050606% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量流值140 ， 击 实120 ， 击 实图 4-6 温拌沥青马歇尔试验指标与温拌剂添加量的关系（SBS 改性沥青，AC-25 ）AC-20， SBS改 性 沥 青 温 拌 空 隙 率33.544.555.566.56% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量空隙率140 ， 击 实120 ， 击 实AC-20， SBS改 性 沥 青 温 拌 稳 定 度68101214166% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量稳定度140 ， 击 实120 ， 击 实AC-20， SBS改 性 沥 青 温 拌 流 值1020304050606% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量流值 140 ， 击 实120 ， 击 实图 4-7 温拌沥青马歇尔试验指标与温拌剂添加量的关系（SBS 改性沥青，AC-20 ）AC-13， SBS改 性 沥 青 击 实 空 隙 率22.533.544.555.566% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量空隙率140 ,击 实120 ， 击 实AC-13， SBS改 性 沥 青 温 拌 稳 定 度68101214166% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量稳定度140 ,击 实120 ， 击 实AC-13， SBS改 性 沥 青 温 拌 流 值1020304050606% 8% 10% 12%温 拌 剂 掺 量流值 140 ,击 实120 ， 击 实图 4-8 温拌沥青马歇尔试验指标与温拌剂添加量的关系（SBS 改性沥青，AC-13 ）从图 4-64-8 可知：（1）对于改性沥青温拌混合料，随着温拌剂掺量的增加，温拌沥青混合料空隙率下降，温拌剂掺量从 6%增加至 10%时，空隙率变化趋势更显著；120击实时，不管是 AC-25，AC-20 还是 AC-13，空隙率下降趋势比 140时明显，可能是因为140击实和热拌温度较接近；（2）温拌沥青混合料 140击实时的稳定度普遍大于 120击实的混合料， 。（3）温拌沥青混合料随温度及温拌剂掺量变化，流值没有明显的变化规律。改性沥青温拌混合料的降温趋势整体没有重交沥青明显。综合考虑温拌沥青混合料的和易性及最大限度发挥温拌剂的效用，选择最佳的温拌改性沥青混合料配合比为拌和温度为 140，击实温度为 130，温拌剂添加量为 10%（DAT-H5（10F） ） 。19依据选定最佳温拌配合比，做马歇尔试验，结果如表 4-9。 表 4-9 SBS 改性沥青温拌（最佳温拌配合比）与热拌马歇尔试验对照表空隙率（% ）稳定度（KN）流值（ 0.1mm）温拌 AC-13 3.7 15.4 39.3热拌 AC-13 3.7 17.0 40.9温拌 AC-20 4.2 14.6 38.6热拌 AC-20 4.5 15.8 41.9温拌 AC-25 5.0 14.5 42.5热拌 AC-25 5.0 18.1 39.84.4 正交试验数据分析（AH-70 沥青）为复核前阶段的试验结果，进一步确定沥青混合料马歇尔性能指标的影响因素及程度，课题组利用正交法做了温拌沥青马歇尔试验设计，并进行了试验。正交试验是研究与处理多因素试验的一种科学方法， 它在实际经验与理论认识的基础上，利用一种排列整齐的规格化正交表来安排试验。正交试验法又称正交设计法或正交法， 由于正交表具有“均衡分散的特性” ，能在考察范围选出代表性强的少次数试验条件，做到均衡抽样，由于是均衡抽样，且能够通过较少的试验次数找到较好的生产条件。 故为最优或较优的方正交试验法的一般步骤为 明确试验目的，确定考核指标。挑选因素，选择合适的正交表，选级位，制定因素位级表，确定试验方案。对试验结果进行分析。本试验设计目的在于研究 AH-70 沥青混合料在常用油石比和规范中值级配条件下稳定度，空隙率，流值指标的影响因素，考虑温拌剂掺量、级配粒径、拌和温度三个因素。考虑到因素 3 个，而水平数为 3，选用正交表 来安排试验，正交表 最多可安排 4 个因素，满足试验要求。在正交表第 1、2、3 列分别安排因素 A（级配）因素 B（拌和温度）因素 C（温拌剂添加量） 。第 4 列安排因素 A 与因素 B 交互作用，即因素 AB。49L493L20表4-3的每一行代表要试验的一种条件， 每种条件试验一次，该表共9个横行，要做9次试验。如第3号试验的条件是级配（因素A）取其相应水平1，即选用AC-13级配，拌和温度（因素B）取其相应水平3，即选择在130击实，温拌剂添加量（因素C）取其相应水平3，即使用12%的添加量。同样可以写出另外8个试验条件。表 4-10 需要考虑的因素及位级数表 4-11 正交试验方案试验编号 级配 击实温度 温拌剂添加量 AB 空隙率 稳定度 流值1 2 3 4 5 6 71 AC-13 110 0 5.2 6.8 29.92 AC-13 120 6 4.4 9.4 37.53 AC-13 130 12 3.3 10.5 39.94 AC-20 110 6 5.7 8.3 37.95 AC-20 120 12 4.6 10.6 39.76 AC-20 130 0 4.8 11.2 377 AC-25 110 12 4.9 10.8 31.28 AC-25 120 0 5 11.2 35.79 AC-25 130 6 4.8 12.1 36.9表 4-12 结论分析级配 击实温度 温拌添加量T1 12.9 15.8 15T2 15.1 14 14.9T3 14.7 12.9 12.8空隙率R1 2.2 2.9 2.3T1 26.7 25.9 29.2T2 30.1 31.2 29.8T3 34.1 33.8 31.9稳定度R2 7.4 7.9 2.7T1 107.3 99 102.6流值T2 114.6 112.9 112.3级配(因素 A) 击实温度(因素 B)温拌添加量（因素C）1 AC-13 110 02 AC-20 120 63 AC-25 130 1221T3 103.8 113.8 110.8R3 10.8 14.8 9.71）空隙率影响因素分析：从表 4-12 的 R1 数值可以看出，空隙率随着温拌剂添加量的增加而下降；随着压实温度的升高，空隙率均呈现明显的下降趋势，压实温度对混合料空隙率影响最大；级配变粗空隙率变大。2）稳定度影响因素分析：级配越粗稳定度越大，拌和温度增加，稳定度增大，随着温拌剂添加量的增加，稳定度略有增大。3）流值无明显规律。温度对沥青混合料的空隙率和稳定度的影响最大，其次是温拌剂掺量。对于热拌沥青混合料，降低混合料施工温度就等于降低路面质量，因此，要降低施工温度，而又不想牺牲路面质量，掺加温拌剂是一个较为有效的途径。4.5 温拌沥青混合料的压实温度曲线试验选取不同击实温度的温拌及热拌 AC-13 沥青混合料（益路温拌剂，掺量 10%） ，做马歇尔击实试验，发现在某一温度区间内击实温度波动时，所成型的试件空隙率差别不是很大，这说明该类沥青混合料在某一温度区间内的压实性能相接近（可压实性能对温度下降不敏感） ，这为混合料现场摊铺碾压提供了较宽的有效压实温度，有利于保证沥青路面良好的压实度。发现热拌沥青混合料不敏感温度区间为 120-100时，温拌沥青混合料不敏感温度区间为 125-85，温拌沥青混合料的不敏感温度区间更宽，温度越低。012345678140 130 120 110 100 95 90 85 80 75热 拌 空 隙 率温 拌 空 隙 率22图 4-9 沥青混合料空隙率与压实温度关系曲线图五、温拌沥青混合料路用性能研究5.1 温拌沥青车辙试验研究为对比温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的高温稳定性,温拌沥青混合料采用前述马歇尔试验选定的最佳配比，与热拌沥青混合料采用相同沥青、相同油石比、相同级配，进行车辙对比试验。图 5-1 温拌热拌动稳定度试验表 5-1 温拌 AH-70 沥青车辙试验温拌 AC-20 热拌 AC-20 温拌 AC-13 热拌 AC-13级配 中值 中值 中值 中值油石比 4.2 4.2 4.8 4.8压实温度 110 145 110 14523动稳定度 2742 3112 2633 3024表 5-2 温拌改性沥青车辙试验温拌 AC-20 热拌 AC-20 温拌 AC-13 热拌 AC-13级配 中值 中值 中值 中值油石比 4.2 4.2 4.8 4.8压实温度 130 160 130 160动稳定度 10246 10868 12045 13896重 交 沥 青 温 拌 和 热 拌 动 稳 定 度 比 较01000200030004000热 拌 （ AC-13） 温 拌 （ AC-13） 热 拌 （ AC-20） 温 拌 （ AC-20）改 性 沥 青 温 拌 和 热 拌 动 稳 定 度02000400060008000100001200014000热 拌 （ AC-13） 温 拌 （ AC-13） 热 拌 （ AC-20） 温 拌 （ AC-20）图 5-2 动稳定度试验对比温拌剂对于提高沥青混合料的抗车辙性能有着积极的影响，在相同的沥青用量和压实功作用下，温拌沥青混合料更易压实，骨架结构更趋坚固，沥青膜也较厚，粘聚力更强，从而具有更好的抗车辙变形能力。此外，温拌沥青混合料粗细料互相粘连，不容易发生厚度和水平方向的集料离析，有利于均衡骨架的形成。同时，表面活性类温拌添加剂的抗剥落作用，也可以起到提高抗车辙能力的作用。但是由于沥青混合料拌和温度的下降，沥青对集料的浸润程度差一些，对抗车24辙性能有一些负面影响。因此，一方面，益路温拌剂的成分对抗车辙性能有着积极的影响，另一方面，温拌混合料的拌制工艺过程（水份的引入，拌和温度降低） ，对混合料的动稳定度有一定削弱作用。从试验结果可以看出 AH-70 沥青温拌混合料动稳定度比热拌略小，这是因为后者的削弱作用大于前者；改性沥青温拌混合料动稳定度略大于热拌，前者的增强作用大于后者的削弱作用。但总体来说，温拌沥青混合料的抗车辙性能与热拌沥青混合料基本相当。5.2 温拌沥青冻融劈裂试验益路温拌添加剂是表面活性剂的一种，从化学组成上，与高质量（热稳定性好）化学抗剥落剂属于同一类物质。益路温拌剂在碾压完成后，在沥青中基本没有残留，因为表面活性剂的性质决定了益路温拌剂会充分向石料和沥青的界面上富集，成为性能优良的抗剥落剂，提高混合料的水稳定性。但是由于石料加热温度低，沥青胶结料与石料的浸润附着能力下降，也有水稳定性下降的危险。为对比热拌沥青混合料和温拌沥青混合料的低温性能，本课题做了温拌和热拌沥青冻融劈裂对比试验。结果表明热拌沥青与温拌沥青混合料低温性能没有显著区别，大致相当，试验结果如表 5-3。表 5-3 温拌沥青冻融劈裂试验结果热拌 AC-13 温拌 AC-13 热拌 AC-20 温拌 AC-20冻融劈裂强度比（70#） 96.3 96.8 97.9 96.8冻融劈裂强度比（改性）98.9 100.2 99.8 99.725图 5-3 温拌沥青混合料劈裂试验六、温拌沥青混合料施工时效研究为测试温拌沥青混合料的降温速度，选取初始温度不同的沥青混合料放在室温下（沥青混合料 1500 克，4cm 厚，平摊于小浅盘中，插入水银温度计， ） ，每 3 分钟读温度数据一次，做与时间关系的降温曲线。图 6-1 室内测试沥青混合料降温速率26温 拌 沥 青 混 合 料 降 温 曲 线0204060801001201401601800 3 6 9 12 15 18时 间 （ min）温度()图 6-2 环境温度 25下混合料降温曲线温 拌 沥 青 混 合 料 降 温 曲 线0204060801001201401600 3 6 9 12时 间 （ min）温度()图 6-3 环境温度 12下混合料降温曲线试验发现，不论是热拌还是温拌沥青混合料，初始温度相同的情况下，温拌及热拌沥青混合料降温速率是一样的；环境温度越低降温越快；沥青混合料初始温度越低，降温曲线越平缓，也即是，沥青混合料与环境温度