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[摘 要]：乳化沥青温拌混合料法是种方便、适用的沥青混合料温拌方式，目前国内外尚处于研究、应用初步阶段。论文结合北京地区特点，进行乳化沥青及改性乳化沥青温拌混合料的配合比设计、性能评价的研究。通过采用和普通热拌沥青混合料相似的配合比设计方法成型试件，并经过路用性能检测，乳化沥青温拌混合料路面的使用性能与普通热沥青路面相当，完全满足热拌沥青混合料路面的相关技术要求。
[关键词]：温拌沥青混合料；乳化沥青；改性乳化沥青；路用性能
1. 绪论
热拌沥青混合料是将沥青从常温加热到150～175℃左右，矿料从常温加热到160～190℃，然后再将沥青和矿料进行拌合，拌合后的热拌沥青混合料温度为150～180℃，以保证正常的摊铺和碾压。而将沥青和矿料加热到如此高温度，不仅要消耗大量的燃料，排放大量的废气，而且在拌合生产和施工的过程中，热拌沥青混合料还会排放出大量的废气和热量，严重影响周围的环境质量。因此急需采用一种绿色环保的新型沥青混合料。温拌沥青混合料是一种新型的沥青混合料，绿色环保。它是在沥青混合料中使用一种具有合适粘度的调和沥青，从而能在较低温度下进行拌合及施工。其拌合温度一般保持在100～120℃。摊铺和压实路面温度为80～90℃，比热拌沥青混合料温度降低大约30℃。
目前，实现沥青混合料温拌的方式有：沥青-矿物法、泡沫沥青温拌混合料法、有机添加剂法。由于技术、经济、原材料供用、生产与施工等多种因素，这三种技术的应用效果不理想。乳化沥青温拌混合料法是最近几年开始的生产温拌混合料的新方式，是将特制的80℃左右的乳化沥青与加热到130℃左右的矿料直接拌和，其拌和及施工有较大的温度范围，混合料在100℃～120℃时可充分搅拌，在60℃～70℃条件下也有较好的碾压效果，施工所需设备和施工工序与热拌沥青混合料基本相同，温拌与热拌沥青混合料的性能相似。乳化沥青温拌混合料无论经济合理性方面还是在技术可行性方面都最符合我国的材料设备与技术现状以及交通与气候对道路材料的要求。因此，结合北京地区的特点，对乳化沥青温拌混合料技木进行相关的研究，解决乳化沥青及改性乳化沥青温拌混合料实际应用中的关键技术问题。
2. 温拌沥青混合料配合比设计
2.1. 原材料
2.1.1温拌乳化沥青
用于北京地区温拌料的乳化沥青所用的机制沥青同热拌料的—致，即90#A级道路石油沥青，其各项指标均满足规范的相关技术要求。在此基础上，利用乳化剂调制了适用于北京地区温拌料生产的乳化沥青和SBR改性乳化沥青，由检测结果知两种胶结料的各项指标均满足公路沥青路面施工技术规范的相关技术要求。
2.1.2粗集料
沥青混合料中的粗集料必须干净、干燥、表面粗糙，本设计采用粗集料为河北三河产石灰岩碎石，其技术指标均符合施工技术规范要求。
2.1.3细集料
沥青路面所用细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，本设计所采用机制砂为三河石灰岩机制砂，天然砂为京北产天然砂，细集料的各项技术指标均符合施工技术规范的要求。
2.1.4填料
填料选用河北三河产的石灰岩矿粉，其各项技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTJF40—2004)的技术要求。
2.2. 矿料级配设计
用于乳化沥青温拌的矿料级配设计方法及要求与热拌料的相同，可參照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)执行。以试验路所采用的AC—16C为例说明如下：
根拥各档集料的筛分结果进行矿料级配设计，AC—16C型矿料级配设计依据是规范规定的级配上下限范围，各档集料配比如表1所示。
表1 各档集料在矿质混合料中的比例
粒径(mm) 10~20 5~10 机制砂 天然砂 矿粉
比例(%) 28 27 25 15 5
2.3. 乳化沥青温拌混合料强度形成机理与试件成型方法
乳化沥青温拌料的强度形成机理在于乳化沥青温拌混和料中存在着少量的水分，这些分散的水分大部分成游离态，由于水的粘度远低于沥青，因此，在压实成型过程中这些水分在混合料中甚至起着“润滑剂”的作用，降低矿料间的内摩阻力。所以乳化沥青温拌混合料所需要的压实温度及压实功要低，便于形成矿料的骨架和碾压成型，一旦矿料的骨架形成以后，其抗变形能力迅速提高。
室内成型时建议使用旋转压实仪成型，根据交通量和气候条件，选择旋转压实次数。混合料试样在压实成型之前要在压实温度条件下养护2小时，成型后的试件在25℃的烘箱中养护24小时。没有条件的实验室也可选用马歇尔击实法成型试件。
2.4. 最佳乳化沥青用量确定
尽管乳化沥青温拌混合料与热拌沥青混合料具有不同的成型特点，但两者确定最佳胶结料用量的控制指标和步骤是相同的，控制指标有马歇尔稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度。乳化沥青温拌混合料中乳化沥青最佳用量的确定有两种方法：一是直接使用乳化沥青成型试件，根据混和料的稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度等指标的控制范围确定最佳用量；二是采用生产乳化沥青的基质沥青或相同标号的沥青按热沥青混合料的马歇尔法确定最佳沥青用量，然后根据乳化沥青的固体含量反算出乳化沥青的最佳用量。
本研究和试验路以北京地区常用的90#A级道路石油沥青为胶结料配制乳化沥青和SBR改性乳化沥青，采用90#A级道路石油沥青按热沥青混合料配合比方法确定了最佳油石比为4.6％。按照固体含量，反算乳化沥青和SBR改性乳化沥青两种胶结料的最佳用量分别为6.9％和6.6％。
3. 乳化沥青温拌混合料路用性能评价
乳化沥青温拌混合料路用性能评价指标与热拌混合料的相同，即高温抗车辙、低温抗裂、抗水损坏等。同热拌沥青混合料相比，乳化沥青温拌混合料由于易于形成骨料的框架结构，因此，高温稳定性提高，相关的技术标准也有所提高，其他的技术要求相同。下面介绍在最佳胶结料用量下，分别对乳化沥青胶结料、改性乳化沥青胶结料和相应热沥青胶结料拌制的混合料的高温性能、抗裂性能和水损坏性能等所进行的对比试验研究的结果。
3.1. 高温性能
在最佳胶结料用量下，成型车辙标准试件进行车辙试验，试验结果如表2所示。
表2动稳定度技术要求与测试结果
胶结料类型 普通热沥青 普通乳化沥青 改性乳化沥青
规范 实测 技术要求 实测 技术要求 实测
动稳定度(次/mm) 800 980 1000 1200 2600 3126
从表2试验结果可知，乳化沥青及改性乳化沥青温拌混合料高温性能优于相应的普通热沥青混合料，尤其是改性乳化沥青温拌混合料的高温性能已远高于高等级公路改性沥青混合料的规范要求。
3.2 抗水损坏性能
在最佳胶结料用量下，成型三种不同类型胶结料的马歇尔试件进行48h的浸水马歇尔残留稳定度试验和冻融劈裂试验，试验结果如表3所示。
表3水稳定性技术要求及试验检测结果
胶
从表3的试验结果可知，两种温拌混合料都满足了沥青混合料关于水稳定性能的技术要求。
3.3低温抗裂性能
乳化沥青温拌混合料的低温抗裂性能可以通过低温弯曲试验及低温劈裂试验来评价。试验结果见表4。
表4 低温抗裂试验检测结果
胶结料类型 普通热沥青 普通乳化沥青 改性乳化沥青
规范要求及实测结果( )
规范 实测 技术要求 实测 技术要求 实测
2000 2200 2200 2800 2800 3100
低温劈裂强度(MPa) 1.52 1.63 1.76
4. 结论
经过以上实验结果可得知：
l、乳化沥青温拌混合料的配合比设计方法与普通HAM混合料的设计方法相似；
2、由于乳化沥青温拌混合料的特性，其成型温度条件及步骤不同于普通HAM混合料，但成型仪器完全相同；
3、乳化沥青温拌混合料中乳化沥青最佳用量的确定有两种方法：一是直接使用乳化沥青成型试件，根据混合料的稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度等指标的控制范围确定最佳用量；二是采用生产乳化沥青的基质沥青或相同标号的沥青按热沥青混合和料的马歇尔法确定最佳沥青用量，然后根据乳化沥青的固含量反算出乳化沥青的最佳用量；
4、乳化沥青温拌混合料的路用性能与普通HAM混合料相当，但抗车辙性能明显改善，抗裂及抗水损害性能也有提高，三种混合料性能优劣顺序为SBR乳化沥青温拌混合料>乳化沥青温拌混和料>HMA。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
[关键词]：温拌沥青混合料；乳化沥青；改性乳化沥青；路用性能
1. 绪论
热拌沥青混合料是将沥青从常温加热到150～175℃左右，矿料从常温加热到160～190℃，然后再将沥青和矿料进行拌合，拌合后的热拌沥青混合料温度为150～180℃，以保证正常的摊铺和碾压。而将沥青和矿料加热到如此高温度，不仅要消耗大量的燃料，排放大量的废气，而且在拌合生产和施工的过程中，热拌沥青混合料还会排放出大量的废气和热量，严重影响周围的环境质量。因此急需采用一种绿色环保的新型沥青混合料。温拌沥青混合料是一种新型的沥青混合料，绿色环保。它是在沥青混合料中使用一种具有合适粘度的调和沥青，从而能在较低温度下进行拌合及施工。其拌合温度一般保持在100～120℃。摊铺和压实路面温度为80～90℃，比热拌沥青混合料温度降低大约30℃。
目前，实现沥青混合料温拌的方式有：沥青-矿物法、泡沫沥青温拌混合料法、有机添加剂法。由于技术、经济、原材料供用、生产与施工等多种因素，这三种技术的应用效果不理想。乳化沥青温拌混合料法是最近几年开始的生产温拌混合料的新方式，是将特制的80℃左右的乳化沥青与加热到130℃左右的矿料直接拌和，其拌和及施工有较大的温度范围，混合料在100℃～120℃时可充分搅拌，在60℃～70℃条件下也有较好的碾压效果，施工所需设备和施工工序与热拌沥青混合料基本相同，温拌与热拌沥青混合料的性能相似。乳化沥青温拌混合料无论经济合理性方面还是在技术可行性方面都最符合我国的材料设备与技术现状以及交通与气候对道路材料的要求。因此，结合北京地区的特点，对乳化沥青温拌混合料技木进行相关的研究，解决乳化沥青及改性乳化沥青温拌混合料实际应用中的关键技术问题。
2. 温拌沥青混合料配合比设计
2.1. 原材料
2.1.1温拌乳化沥青
用于北京地区温拌料的乳化沥青所用的机制沥青同热拌料的—致，即90#A级道路石油沥青，其各项指标均满足规范的相关技术要求。在此基础上，利用乳化剂调制了适用于北京地区温拌料生产的乳化沥青和SBR改性乳化沥青，由检测结果知两种胶结料的各项指标均满足公路沥青路面施工技术规范的相关技术要求。
2.1.2粗集料
沥青混合料中的粗集料必须干净、干燥、表面粗糙，本设计采用粗集料为河北三河产石灰岩碎石，其技术指标均符合施工技术规范要求。
2.1.3细集料
沥青路面所用细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，本设计所采用机制砂为三河石灰岩机制砂，天然砂为京北产天然砂，细集料的各项技术指标均符合施工技术规范的要求。
2.1.4填料
填料选用河北三河产的石灰岩矿粉，其各项技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTJF40—2004)的技术要求。
2.2. 矿料级配设计
用于乳化沥青温拌的矿料级配设计方法及要求与热拌料的相同，可參照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)执行。以试验路所采用的AC—16C为例说明如下：
根拥各档集料的筛分结果进行矿料级配设计，AC—16C型矿料级配设计依据是规范规定的级配上下限范围，各档集料配比如表1所示。
表1 各档集料在矿质混合料中的比例
粒径(mm) 10~20 5~10 机制砂 天然砂 矿粉
比例(%) 28 27 25 15 5
2.3. 乳化沥青温拌混合料强度形成机理与试件成型方法
乳化沥青温拌料的强度形成机理在于乳化沥青温拌混和料中存在着少量的水分，这些分散的水分大部分成游离态，由于水的粘度远低于沥青，因此，在压实成型过程中这些水分在混合料中甚至起着“润滑剂”的作用，降低矿料间的内摩阻力。所以乳化沥青温拌混合料所需要的压实温度及压实功要低，便于形成矿料的骨架和碾压成型，一旦矿料的骨架形成以后，其抗变形能力迅速提高。
室内成型时建议使用旋转压实仪成型，根据交通量和气候条件，选择旋转压实次数。混合料试样在压实成型之前要在压实温度条件下养护2小时，成型后的试件在25℃的烘箱中养护24小时。没有条件的实验室也可选用马歇尔击实法成型试件。
2.4. 最佳乳化沥青用量确定
尽管乳化沥青温拌混合料与热拌沥青混合料具有不同的成型特点，但两者确定最佳胶结料用量的控制指标和步骤是相同的，控制指标有马歇尔稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度。乳化沥青温拌混合料中乳化沥青最佳用量的确定有两种方法：一是直接使用乳化沥青成型试件，根据混和料的稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度等指标的控制范围确定最佳用量；二是采用生产乳化沥青的基质沥青或相同标号的沥青按热沥青混合料的马歇尔法确定最佳沥青用量，然后根据乳化沥青的固体含量反算出乳化沥青的最佳用量。
本研究和试验路以北京地区常用的90#A级道路石油沥青为胶结料配制乳化沥青和SBR改性乳化沥青，采用90#A级道路石油沥青按热沥青混合料配合比方法确定了最佳油石比为4.6％。按照固体含量，反算乳化沥青和SBR改性乳化沥青两种胶结料的最佳用量分别为6.9％和6.6％。
3. 乳化沥青温拌混合料路用性能评价
乳化沥青温拌混合料路用性能评价指标与热拌混合料的相同，即高温抗车辙、低温抗裂、抗水损坏等。同热拌沥青混合料相比，乳化沥青温拌混合料由于易于形成骨料的框架结构，因此，高温稳定性提高，相关的技术标准也有所提高，其他的技术要求相同。下面介绍在最佳胶结料用量下，分别对乳化沥青胶结料、改性乳化沥青胶结料和相应热沥青胶结料拌制的混合料的高温性能、抗裂性能和水损坏性能等所进行的对比试验研究的结果。
3.1. 高温性能
在最佳胶结料用量下，成型车辙标准试件进行车辙试验，试验结果如表2所示。
表2动稳定度技术要求与测试结果
胶结料类型 普通热沥青 普通乳化沥青 改性乳化沥青
规范 实测 技术要求 实测 技术要求 实测
动稳定度(次/mm) 800 980 1000 1200 2600 3126
从表2试验结果可知，乳化沥青及改性乳化沥青温拌混合料高温性能优于相应的普通热沥青混合料，尤其是改性乳化沥青温拌混合料的高温性能已远高于高等级公路改性沥青混合料的规范要求。
3.2 抗水损坏性能
在最佳胶结料用量下，成型三种不同类型胶结料的马歇尔试件进行48h的浸水马歇尔残留稳定度试验和冻融劈裂试验，试验结果如表3所示。
表3水稳定性技术要求及试验检测结果
胶
从表3的试验结果可知，两种温拌混合料都满足了沥青混合料关于水稳定性能的技术要求。
3.3低温抗裂性能
乳化沥青温拌混合料的低温抗裂性能可以通过低温弯曲试验及低温劈裂试验来评价。试验结果见表4。
表4 低温抗裂试验检测结果
胶结料类型 普通热沥青 普通乳化沥青 改性乳化沥青
规范要求及实测结果( )
规范 实测 技术要求 实测 技术要求 实测
2000 2200 2200 2800 2800 3100
低温劈裂强度(MPa) 1.52 1.63 1.76
4. 结论
经过以上实验结果可得知：
l、乳化沥青温拌混合料的配合比设计方法与普通HAM混合料的设计方法相似；
2、由于乳化沥青温拌混合料的特性，其成型温度条件及步骤不同于普通HAM混合料，但成型仪器完全相同；
3、乳化沥青温拌混合料中乳化沥青最佳用量的确定有两种方法：一是直接使用乳化沥青成型试件，根据混合料的稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度等指标的控制范围确定最佳用量；二是采用生产乳化沥青的基质沥青或相同标号的沥青按热沥青混合和料的马歇尔法确定最佳沥青用量，然后根据乳化沥青的固含量反算出乳化沥青的最佳用量；
4、乳化沥青温拌混合料的路用性能与普通HAM混合料相当，但抗车辙性能明显改善，抗裂及抗水损害性能也有提高，三种混合料性能优劣顺序为SBR乳化沥青温拌混合料>乳化沥青温拌混和料>HMA。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。