温拌与热拌SMA沥青混合料路用性能的对比研究

满耐

摘要：从压实性能、高温性能、低温性能、疲劳性能、水稳定性能、剪切性能及老化性能等方面对热拌和温拌SMA沥青混合料进行路用性能对比分析。结果表明：在降低施工温度节能环保的情况下，热拌和温拌SMA沥青混合料的路用性能相当。

关键词：温拌SMA沥青混合料;压实性能;疲劳性能;剪切性能;老化性能

传统热拌沥青混合料（Hot mix asphalt，缩写HMA），降温速率快，难以保证沥青混合料的压实，施工质量难以保障。

温拌（Warm mix asphalt，缩写WMA）技术具有节能环保、适宜低温施工等优点，且施工方法与热拌沥青混合料基本一致，获得了世界各国的广泛关注。温拌沥青的各项技术性能也在逐渐提高，国内外的相关研究成果均表明：WMA整体性能优于普通沥青混合料，高温性能尤为明显。

考虑到熱拌（HMA）SMA沥青混合料沥青胶结料含量高、粘度大，低温季节施工难度大，而WMA不仅具有良好的保温性能，且具有良好的施工和易性，能保证SMA沥青混合料的充分压实，有效防止生产过程中沥青的老化，提高沥青混合料耐久性;WMA还具有节约能源、造价相对较低的特点。

为此笔者开展温拌SMA-13沥青混合料（WMASMA-13）路用性能的评价分析，其中根据已有研究成果，选用掺加3%SAK（固体有机温拌剂）具有良好的路用性能。

1 温拌SMA沥青混合料的配合比设计

目前国内外尚无针对WMA的设计方法，WMA采用与HMA相一致的配合比，然后对WMA进行体积性质验证，其中HMA的成型温度为160℃，WMA的成型温度为140℃，最终确定的SMA-13的级配设计结果见表1。

2 压实性能

通过分析沥青混合料旋转压实曲线的特征，借助HUSSIAN UBZHIA等人提出的能量指数概念，对温拌SMA沥青混合料的压实性能进行分析。施工过程中的压实能量指数CEI（Construction Energy Index）是指混合料在铺筑过程中，使其压实到一指定的密实度时，摊铺机和压路机所做的功。密实能量指数TDI为路面在密实度为93%水平下开放交通，由密实度93%～98%时交通荷载对沥青混合料的压密作用。

根据混合料旋转压实曲线，分别计算SMA-13的CEI值和TDI值，见表2，并绘制混合料在不同温度下的CEI值和TDI值关系曲线，见图1。

由图1可知：

（1）随着温度的降低，CEI值和TDI值逐渐增大，但CEI值增长的幅度比TDI值增长幅度要小。

（2）WMASMA-13的CEI值在129、149℃时比同级配的HMA要小，超过125℃时，WMA的CEI值要小于HMA的CEI值，说明WMASMA-13在低于正常施工温度10～25℃时可改善混合料的压实性能，表明在达到相同压实度93%，WMA可以减少压实功。对于SBS改性沥青，温度很高或降低过多，并不能达到最佳压实效果，原因是SBS改性沥青粘度很高，在较高或较低的温度下即使添加温拌改性剂也达不到所需的空隙率。

（3）对于TDI值，WMA都要大于同级配的HMA，说明WMA在交通荷载下可以更好地抵抗压密的能力，即抵抗永久变形的能力，充分说明WMA抗车辙性能良好。

（4）可初步确定WMASMA-13在压实温度为130～140℃下达到最佳压实性能。

3 高温性能

沥青混合料抗车辙性能是沥青混合料高温性能的重要指标，采用60℃车辙试验，以动稳定度（次/mm）来表示，试验结果列于表3。

由表3可以看出，WMA的动稳定度均满足规范要求，且与热拌SMA的动稳定度相差不大。

4 低温性能

试验起始温度为20℃，温度下降速率-30℃/h，试件尺寸为220mm×40mm×40mm（试件成型温度均为60℃），试件类型有SMA-13、WMASMA-13，试验结果如表4和图2所示。

由表4和图2可知，WMASMA-13破断强度略有降低，破断温度和转折点温度略有提高，温度曲线斜率略降低。表明WMASMA-13的低温性能略有降低，但降低幅度不大。

5 疲劳性能

采用UTM试验机进行间接拉伸（劈裂疲劳）试验，采用应力控制的试验方法对WMA和HMA两种沥青混合料的疲劳性能进行对比分析。控制应力加载模式是在重复加载过程中保持试件所受的应力不变，重复加载使得试件内产生疲劳损伤而出现微观裂缝，混合料的劲度模量会在重复加载的过程中逐渐降低，因而，导致试件内产生的拉应变随着作用次数的增加而增大。通常都以试件出现断裂定义为疲劳破坏，而Van Dijk和Bonnuare等以拉应变增大到初始应变的2倍（即劲度模量下降为初始劲度模量的一半）时的状态定义为疲劳破坏。

马歇尔试件成型温度分别采用140℃和160℃。首先进行15℃的劈裂强度试验，然后进行疲劳试验，试验结果见表5～7。

由试验结果可以看出，随着应力比的增大，沥青混合料的疲劳寿命逐渐减小;相同应力比时，两种沥青混合料的疲劳寿命存在较大差异，具体分析如下：

（1）热拌沥青混合料在应力比0.35的荷载作用17280次后，试件未破坏（由于试验条件所限，荷载作用17280次后即停止试验）;WMA在该应力比荷载作用10176次后，试件破坏。

（2）在应力比0.40的荷载作用下，两种沥青混合料的疲劳寿命具有明显差别，HMA的疲劳性能优于WMA。

（3）而在应力比0.45的荷载作用下，两种沥青混合料的疲劳性能差别较小。

（4）疲劳试验结果表明：当荷载较小时，HMA的疲劳性能优于WMA;而当荷载增大到一定程度时，两种沥青混合料的疲劳性能基本相当。

6 水稳定性能

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价混合料的水稳定性，HMA和WMA的成型温度分别为160℃和140℃，试验结果均满足规范要求，且结果相差较小。

7 剪切性能

该试验是在试件上通过一个钢压头进行加压，压头的直径r小于试件的直径R，利用r/R来表示两个物体直径的比值。首先可以将路面模型简化为一定尺寸的圆柱体，其上施加一定的荷载，当r/R比值足够小，则其受力状态应与路面的較为一致;因此，采用单轴贯入试验方法评价沥青混合料的抗剪强度是合理的，一方面其受力模式与路面一致;另一方面其试验方法易操作，设备简单，适合工程应用。

贯入试验条件为：1）加载速率：1mm/min;2）试验温度：试件在60℃条件下保温6h，然后在60℃控温箱里进行试验;3）压头尺寸：28.5mm;4）加载波形：直线波;5）试件直径×高度=100mm×100mm。

按照上述试验方法，在60℃温度条件下，分别对SMA-13、WMASMA-13两种沥青混合料，进行无侧限抗压与单轴贯入试验，每组试件3～6个，试验结果见表8。

由表8可以看出，WMASMA-13内摩擦角减小，粘聚力增加，抗剪强度略有减小。表明WMASMA-13抗剪性能略有降低。

8 老化性能

参照文献[6]中T0734热拌沥青混合料老化试验方法，为有效对比两种混合料的老化性能，采用相同的老化温度[（135±1）℃]和老化时间（4h±5min）对两种沥青混合料热拌SMA-13、WMASMA-13进行短期老化，然后做劈裂试验，并与未老化的沥青混合料进行对比分析。老化前后两种沥青混合料的劈裂试验结果见表9。

从表9可以看出，老化前WMA劈裂强度比HMA提高，主要是由于加入温拌剂后沥青的粘度增大，混合料的粘聚力提高，故劈裂强度提高;老化后两种沥青混合料的劈裂强度较老化前均提高，其主要原因仍是老化后沥青的粘度增大。试验结果也表明：掺加温拌剂后并未使沥青混合料的抗老化性能降低。

9 结论

（1）采用密实度能量指数CEI和TDI研究温拌沥青混合料的压实性能，结果表明：WMASMA-13在130～140℃达到最佳压实效果，且压实温度和压实次数对混合料的压实性能具有显著的影响。

（2）WMASMA-13与HMA高温性能相差不大，而低温性能略有降低。

（3）疲劳试验结果表明：当荷载较小时，HMA的疲劳性能优于WMA;而当荷载增大到一定程度时，两种沥青混合料的疲劳性能基本相当。

（4）通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验可知：WMA水稳定性能与HMA相比略有降低，但均满足规范的相关技术要求。

（5）WMASMA-13与HMA的抗剪性能相当。

（6）通过对老化前后两种沥青混合料（SMA-13、WMASMA-13）劈裂强度的对比分析，得出老化后沥青混合料的劈裂强度均有提高。试验结果也表明：掺加温拌剂后并未使沥青混合料的抗老化性能降低。

扬州润扬路面工程有限公司 江苏 扬州 225000