孫立霞，譚憶秋，周沛延

（1.遼寧科技大學 土木工程學院，遼寧 鞍山 114051；2.哈爾濱工業(yè)大學交通科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090）

0 引 言

溫拌瀝青混合料一般是采用物理或化學方法來降低瀝青的黏度，使其能在較低的溫度下進行拌合施工，并具有較好的流動性與潤滑性。溫拌瀝青混合料在整個生產(chǎn)和施工過程中具有可減少有害氣體排放、節(jié)約能源、減輕瀝青的老化程度、延長可施工時間等優(yōu)點；但由于拌合溫度降低，易造成集料干燥不徹底，導(dǎo)致集料與瀝青之間的相互作用能力下降，從而影響混合料的路用性能［1］。

溫拌瀝青混合料當中瀝青與集料之間的交互作用同時受到材料特性和外部環(huán)境因素的影響，外部環(huán)境因素主要是通過測試條件來影響瀝青與集料的交互作用，所以只要能夠嚴格且合理化模擬真實條件下瀝青與集料之間的交互作用，就可以消除環(huán)境因素的影響。因此，材料特性是影響瀝青與集料之間交互作用能力的核心因素［2－3］。目前國內(nèi)研究大多是從瀝青性質(zhì)和集料性質(zhì)出發(fā)，單獨分析集料拌合溫度和集料含水率對瀝青與集料之間交互作用能力的影響。其中，對含水率對集料與瀝青之間的相互作用的影響研究亟待進一步深入和提高。本文采用動態(tài)剪切流變儀嚴格控制試驗外部環(huán)境條件，并且在試驗階段將集料的拌合溫度與集料含水率二者進行耦合控制，對中溫拌合下瀝青－潮濕集料交互作用的影響因素進行高精度的分析。

1 試驗原材料

1.1 集料與瀝青

本文所采用的集料為0.3mm玄武巖細集料，所采用的瀝青為遼河90?；|(zhì)瀝青，其常規(guī)性能指標見表1。

表1 基質(zhì)瀝青的常規(guī)性能

1.2 溫拌劑

溫拌劑采用的是Sasobit型和AM6505型。Sasobit是一種合成飽和碳氫化合物混合物，會引起瀝青中蠟含量偏高從而影響瀝青材料性能［4－7］。當溫度高于115℃時Sasobit將會完全融解，使瀝青的黏度降低，從而降低瀝青混合料的拌合與壓實溫度；在溫度低于熔點時，則可在瀝青中形成網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)，提高路面抗車轍性能。AM6505是無水表面活性溫拌劑，主要成分為潤滑劑，使用時可直接加入到瀝青中，降低瀝青的黏度，從而使瀝青混合料在溫度較低的條件下仍有較好的施工性能。溫拌劑的物理性質(zhì)見表2。

表2 溫拌劑物性參數(shù)

2 試驗方案設(shè)計

瀝青膠結(jié)料是一種黏彈性材料，瀝青與填料之間的交互作用能力很大程度上影響著其流變特性。瀝青膠結(jié)料體系中填料的表面瀝青呈現(xiàn)出“自由態(tài)”和“結(jié)構(gòu)態(tài)”2種狀態(tài)，其中結(jié)構(gòu)態(tài)瀝青的比例越大則瀝青膠結(jié)料的復(fù)數(shù)剪切模量G＊和復(fù)數(shù)黏度系數(shù)η＊越大，相位角δ反而越小，因此可以用G＊／sinδ來反映膠結(jié)料的性能，即抗車轍能力。G＊／sinδ越大，瀝青與集料交互作用能力越強。因此，本文從瀝青膠結(jié)料的流變特性出發(fā)，以復(fù)數(shù)黏度系數(shù)η＊、復(fù)數(shù)模量G＊、相位角δ等參數(shù)評價溫拌狀況下瀝青與潮濕集料之間的交互作用能力。

為了研究溫拌條件下不同含水率的集料與瀝青交互作用能力，本文采用遼河90?；|(zhì)瀝青、0.3 mm的細集料和Sasobit、AM6505兩種溫拌劑制備瀝青膠結(jié)料。其中，溫拌劑的摻量為瀝青質(zhì)量的3%，細集料用量為瀝青質(zhì)量的50%。每組試樣的混合體積不小于50mL，使用布氏黏度儀剪切攪拌，當瀝青膠結(jié)料表面不再有氣體產(chǎn)生時即為瀝青膠結(jié)料的攪拌終止時間［8－10］。瀝青膠料黏度的變化曲線如圖1所示。

圖1 不同集料拱干時間下溫拌膠結(jié)體黏度與攪拌時間的關(guān)系

由圖1得到：潮濕集料烘干1h時，膠結(jié)體攪拌時間是8min；集料烘干2h時，膠結(jié)體攪拌時間是5min；瀝青集料烘干3.5h時，瀝青膠結(jié)體攪拌時間小于3min。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 復(fù)數(shù)剪切模量隨溫度的變化規(guī)律

復(fù)數(shù)剪切模量G＊包含黏性和彈性兩部分，實數(shù)部分代表瀝青材料形變過程中彈性形變貯存的能量；虛數(shù)部分代表黏性形變所損耗的能量大小。G＊越大，則瀝青材料勁度越大，即抗流動變形能力越強。不同烘干程度下，集料在2種溫拌瀝青膠結(jié)料中復(fù)數(shù)剪切模量G＊隨溫度T的變化曲線如圖2所示。

由圖2可知，集料烘干時間越長，含水率越小，溫拌瀝青膠結(jié)料的復(fù)數(shù)剪切模量G＊越大，集料烘干時間在3.5h和2h之間時，含水率變化并不大，但是Sasobit膠結(jié)體復(fù)數(shù)剪切模量G＊變化較大，而AM6505變化較小，可以說明集料含水率對Sasobit型溫拌膠結(jié)料的復(fù)數(shù)剪切模量G＊的影響比較大，對AM6505型溫拌膠結(jié)料的影響較小。

圖2 不同烘干時間下瀝青溫拌膠結(jié)體G＊－T曲線

3.2 相位角δ隨溫度的變化規(guī)律

瀝青在通常狀況下是一種彈性固體與黏性流體共存的黏彈性體系，因此瀝青的應(yīng)變將會滯后一個相位角δ，其范圍是0°＜δ＜90°。相位角δ越大，黏性成分越多；δ越小，彈性成分越多。因此，本文采用δ表示瀝青膠結(jié)料的變形狀況。瀝青相位角δ越大表征其低溫狀況較好，具有較強的變形能力；相位角δ越小則彈性較大，高溫性能越好，抵抗變形能力越強。不同烘干時間的集料所制備的2種膠結(jié)料相位角δ隨溫度的變化曲線如圖3所示。

由圖3可知：隨著集料烘干時間的增加，含水率減小，溫拌瀝青膠結(jié)體的相位角δ減??；集料烘干時間在3.5h和2h之間時，含水率變化并不大，但是Sasobit膠結(jié)體的相位角δ變化較小，而AM6505膠結(jié)體變化較大，可以說明集料含水率對Sasobit型溫拌膠結(jié)料δ的影響比較小，對AM6505型溫拌膠結(jié)料的影響較大。

圖3 不同烘干時間溫拌膠結(jié)體δ－T曲線

3.3 抗車轍因子G＊／sinδ隨溫度的變化規(guī)律

當荷載作用在瀝青膠結(jié)料上會出現(xiàn)彈性（可恢復(fù)）和黏性（不可恢復(fù)）2種效應(yīng)，Superpave以車轍因子G＊／sinδ來表征瀝青膠結(jié)料的抗車轍能力。瀝青與集料的交互作用就越強，瀝青膠結(jié)料的流變性能就越差，車轍因子就越大，則混合料的高溫性能越好。不同烘干時間的集料所制備的2種膠結(jié)料的抗車轍因子G＊／sinδ隨溫度的變化曲線如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著填料烘干時間延長，集料含水率降低，抗車轍因子G＊／sinδ越大，即抗車轍能力越強，說明G＊／sinδ完全可以評價溫拌瀝青與潮濕集料的交互作用能力。

3.4 復(fù)數(shù)黏度系數(shù)η＊隨溫度的變化規(guī)律

瀝青與集料發(fā)生交互作用后，瀝青的化學組分將重新排列。溫拌及集料潮濕2個因素都會影響到“結(jié)構(gòu)瀝青”和“自由瀝青”的比例，因此不同烘干時間的集料所制備的瀝青膠漿的流動性也有很大區(qū)別，從而導(dǎo)致瀝青膠漿的黏度不同。不同烘干時間的集料所制備的2種膠結(jié)料的復(fù)數(shù)黏度系數(shù)η＊隨溫度變化如圖5所示。

由圖5可知，隨著集料含水率增大，膠結(jié)料的η＊將減小，即集料與瀝青的交互作用減弱。在2～3.5h的烘干時間下，集料含水率變化不大，對Sasobit型溫拌膠結(jié)料的η＊影響比較小，對AM6505型溫拌膠結(jié)料的影響較大。因此，集料含水率變化對膠結(jié)體的相位角η＊影響比較顯著，對AM6505型膠結(jié)料的影響較大。

圖4 不同烘干時間溫拌膠結(jié)體G＊／sinδ與溫度的關(guān)系曲線

圖5 不同烘干時間溫拌膠結(jié)體η＊－T曲線

3.5 各評價指標對瀝青混合料的靈敏度分析

為了評價含水率、試驗溫度及溫拌劑種類與瀝青－潮濕集料交互作用能力分析指標（δ、G＊、G＊／sinδ、η＊）的相關(guān)程度，應(yīng)用Spearman相關(guān)分析方法做相關(guān)分析，結(jié)果如表3所示。

表3 Spearman分析結(jié)果

由表3可知以下幾點。

（1）含水率、試驗溫度及溫拌劑種類對δ的Spearman相關(guān)系數(shù)分別為0.610、0.362、0.113，其相關(guān)性程度由大到小排列為含水率、試驗溫度、溫拌劑。因此，含水率增大會削弱瀝青與集料的交互作用。

（2）含水率、試驗溫度及溫拌劑種類對G＊的Spearman相關(guān)系數(shù)分別為－0.908、－0.33、0.134，其相關(guān)性程度由大到小為含水率、試驗溫度、溫拌劑。G＊隨含水率增大而減小，會削弱瀝青與集料的交互作用。

（3）含水率、試驗溫度及溫拌劑對G＊／sinδ的Spearman相關(guān)系數(shù)分別為－0.906、－0.337、0.133，其相關(guān)性程度由大到小為含水率、試驗溫度、溫拌劑。G＊／sinδ隨含水率的增大而減小，會削弱瀝青與集料的交互作用。

（4）含水率、試驗溫度及溫拌劑對η＊的Spearman相關(guān)系數(shù)分別為－0.92、－0.333、0.132，其相關(guān)性程度由大到小為含水率、試驗溫度、溫拌劑。η＊隨含水率增大而減小，會削弱瀝青與集料的交互作用。

分析結(jié)果表明，含水率、溫拌劑種類、試驗溫度與溫拌瀝青和集料交互作用能力評價指標（δ、G＊、G＊／sinδ、η＊）均顯著相關(guān)，且含水率相關(guān)程度最大。因此，在采用溫拌技術(shù)時，應(yīng)盡量降低集料的含水率，從而增大集料與瀝青的交互作用。

4 結(jié) 語

（1）集料的含水率大，將影響瀝青與集料的裹附性，會造成瀝青混合料的水損害，從而嚴重影響瀝青路面的使用壽命。

（2）含水率隨著集料烘干時間的延長逐漸減小，當集料烘干時間在2～3.5h，含水率對Sasobit型溫拌膠結(jié)料的復(fù)數(shù)剪切模量G＊、δ、η＊影響比較大，對AM6505型溫拌膠結(jié)料的影響較小，說明集料的含水率對不同溫拌瀝青膠結(jié)料的每一個指標影響程度不同。

（3）對溫拌劑種類、試驗溫度、含水率與復(fù)數(shù)剪切模量G＊、復(fù)數(shù)黏度系數(shù)η＊、抗車轍因子G＊／sinδ、相位角δ作了Spearman相關(guān)性分析，結(jié)果均表現(xiàn)出顯著相關(guān)，且相關(guān)程度由大到小依次為含水率、試驗溫度、溫拌劑種類。

（4）復(fù)數(shù)剪切模量G＊和復(fù)數(shù)黏度系數(shù)η＊在評價瀝青與集料交互作用能力時表現(xiàn)最為敏銳。