摘 要：采用等体积设计法进行泡沫沥青温拌AC-13混合料的配合比设计，确定其最佳击实成型温度为120℃，拌和温度为130℃。为定量评价泡沫沥青温拌混合料的施工和易性，采用和易性试验仪测定泡沫沥青温拌和普通热拌AC-13混合料的拌和阻力，试验结果表明泡沫沥青温拌混合料在130℃时与普通热拌沥青混合料在160℃时的施工和易性相当，说明其具有良好的施工操作性能。

关键词：泡沫沥青温拌混合料|等体积设计法|和易性|施工操作性

在道路工程建设中，传统的热拌沥青混合料需要在较高温度下进行生产施工，拌和温度通常为150～180℃，生产施工过程中不仅能源消耗大，而且会排放大量的烟气和粉尘，污染环境，危害作业人员的身体健康。同时沥青还会产生热老化从而影响其路用性能。温拌技术的出现，有效解决了上述问题。按照其工作原理，温拌技术可以分为表面活性温拌技术、有机降黏温拌技术和泡沫沥青温拌技术3大类[1-2]。其中，泡沫沥青温拌技术是通过在高温沥青中同步添加一定比例的水，使沥青在水的急速汽化中体积膨胀、黏度降低，从而能够在较低的温度下与矿料拌和均匀，生成温拌混合料。采用泡沫沥青温拌技术拌制的混合料施工操作性能良好、路用性能指标能够达到热拌沥青混合料的技术要求，同时可降低混合料生产的能耗、减少废气和粉尘的排放、明显改善施工作业环境。泡沫沥青温拌技术在满足道路使用性能的前提下，既节能环保又兼具经济性，是一项绿色低碳技术[2]。笔者侧重研究泡沫沥青温拌混合料的施工可操作性能，采用等体积设计法进行泡沫沥青温拌混合料的配合比设计，科学、合理地确定混合料的拌和击实温度；通过采用和易性试验，定量分析评价泡沫沥青温拌混合料的拌和特性。

1  采用等体积设计法确定泡沫沥青温拌混合料的成型温度

泡沫沥青温拌混合料是一种由工艺上的创新而形成的新的路面材料，其在工艺上需要引入少量的水，当沥青中含有一定的水分时能有效降低沥青的黏度，使其在较低的温度下与矿料拌和均匀。如何进行混合料的配合比设计并确定适宜的拌和成型温度，保证泡沫沥青温拌混合料在满足可操作性能的前提下，使体积参数与力学指标能达到同热拌沥青混合料相同的技术要求并具有良好的路用性能，是道路工作者需要关注的问题。

笔者基于马歇尔设计体系，采用等体积设计法进行泡沫沥青温拌混合料的配合比设计。所谓等体积设计法，就是指泡沫沥青温拌混合料的体积参数应最大限度地接近相同配合比的热拌沥青混合料的体积参数，当泡沫沥青温拌混合料空隙率最接近相同配合比的热拌沥青混合料空隙率时，所对应的击实成型温度确定为泡沫沥青温拌混合料的最佳成型温度[3]。下面以AC-13型沥青混合料为例介绍等体积设计法。

1.1  试验用原材料

沥青结合料采用滨州中海A级70号道路石油沥青，通过沥青发泡试验检测其膨胀率和半衰期确定该沥青的最佳发泡条件为发泡温度150℃、发泡用水量1%。膨胀率为泡沫沥青在发泡状态下的最大体积与未发泡时沥青体积的比值，半衰期为泡沫沥青从最大体积衰减到最大体积的50%所用的时间。沥青发泡试验结果见表1。

粗集料选用保定满城10～15、5～10、3～5mm石灰岩碎石；细集料采用满城0～5mm石灰岩机制砂；矿粉采用石灰岩矿粉。以上原材料的各项技术指标均满足JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》[4]的要求。

1.2  普通热拌沥青混合料配合比设计

按照马歇尔试验配合比设计方法进行普通热拌AC-13型混合料设计，确定的最佳油石比为4.8%，矿料级配见表2。

在最佳油石比下成型标准马歇尔试件，混合料的拌和温度为160℃，成型温度为150℃，检测其体积参数和力学指标均符合规范要求，结果见表3。

1.3  采用等体积法进行泡沫沥青温拌混合料配合比设计

泡沫沥青温拌AC-13混合料采用与热拌AC-13混合料相同的矿料级配及最佳油石比。在150～110℃的范围内，每间隔10℃拌制1组泡沫沥青温拌混合料，采用击实法成型马歇尔试件，各工序温度控制见表4。

不同温度成型的泡沫沥青温拌AC-13混合料体积参数和力学指标检测结果见表5。

泡沫沥青温拌和普通热拌AC-13混合料空隙率对比见图1。

按照等体积原则，将泡沫沥青温拌混合料空隙率最接近相同配合比热拌沥青混合料空隙率时，所对应的击实成型温度确定为泡沫沥青温拌混合料的最佳成型温度，根据表5和表3的体积参数和力学指标检测结果，最终确定出泡沫沥青温拌AC-13混合料的最佳击实成型温度为120℃，拌和温度为130℃。普通热拌AC-13混合料的成型温度为150℃，拌和温度为160℃，因此泡沫沥青温拌混合料比热拌沥青混合料的拌和击实温度降低30℃。

2  泡沫沥青温拌混合料的和易性评价

沥青混合料的和易性是用于表征沥青混合料摊铺和碾压难易程度特性的一个重要指标[5-6]。和易性良好，则沥青混合料易于摊铺和碾压，因此沥青混合料的和易性也直接影响到沥青路面压实度等施工质量指标及行车舒适性指标。目前的行业规范是以沥青结合料的黏度指标来间接反映沥青混合料的和易性，而没有具体的可直接表征沥青混合料和易性的指标，更没有统一的标准规范[7]。国内一些研究人员采用和易性试验仪测试沥青混合料的和易性。段凌云指出，和易性试验仪可以测定沥青混合料在不同频率、不同温度下的扭矩，通过扭矩的大小反映沥青混合料的黏聚性，从而反映出沥青混合料搅拌摊铺的难易程度，即沥青混合料的和易性；同时对比分析了不同温度下热拌和温拌扭矩值，确定温拌SMA(掺加HH-X型温拌剂)混合料的降温幅度为30℃[5]。侯曙光采用沥青混合料和易性指数测试仪，分别测试了不同转速、不同级配类型、热拌及温拌条件下沥青混合料的和易性[7]。徐敏剑通过和易性试验来评价沥青混合料的施工温度[8]。

借鉴上述研究思路，笔者为论证泡沫沥青温拌混合料在拌和温度降低30℃时是否具有良好的施工可操作性，采用沥青混合料和易性试验仪来定量评价泡沫沥青温拌混合料的施工和易性。 

试验采用JTY-A型沥青混合料和易性试验仪，见图2。该试验仪由变速电动机、搅拌器、加热锅(拌和锅)、扭矩传感器、升降机构、控制面板、数据采集显示系统等组成，加热锅温度在室温至300℃范围内任意设定，并自动控温；搅拌器由搅拌头、电机、扭矩传感器及搅拌叶片组成。其工作原理是通过变速电动机带动转动轴转动，使得和转动轴连在一起的搅拌器工作，搅拌器在搅拌拌和锅中的沥青混合料时，将产生扭矩，扭矩的大小表征了沥青混合料和易性的好坏[7-10]。扭矩越大，沥青混合料的和易性越差；反之，扭矩越小，沥青混合料的和易性越好。

分别对泡沫沥青温拌和普通热拌AC-13混合料进行了6个温度(110、120、130、140、150、160℃)的和易性试验，搅拌速度为30Hz(转速为56r/min)。仪器每秒钟采集10个数据，数据采集时间为80s。将得到的试验数据去掉开始后5s和结束前5s的不稳定数据，取中间稳定数据计算扭矩的平均值和方差，试验结果见表6。根据试验结果，绘制了和易性随温度变化的趋势图，见图3。

从图3中可以看出：

[1]无论是泡沫沥青温拌混合料还是普通热拌沥青混合料，温度越高，混合料的扭矩越小，和易性越好，混合料易于拌和；温度越低，混合料的扭矩越大，和易性越差，混合料拌和难度增加。

[2]相同温度下，泡沫沥青温拌混合料的扭矩均明显小于普通热拌沥青混合料，其和易性优于普通热拌沥青混合料。

[3]泡沫沥青温拌混合料在130℃时扭矩为0.448N·m，普通热拌沥青混合料在160℃时扭矩为0.447N·m，两者基本相同，表明泡沫沥青温拌混合料在130℃时与普通热拌沥青混合料在160℃时的施工和易性相当，泡沫沥青温拌技术对拌和施工温度的降温幅度约为30℃。

3  结论

1)采用等体积法可以较为科学地确定泡沫沥青温拌混合料的最佳成型温度。采用该方法确定的泡沫沥青温拌混合料的击实成型温度比普通热拌沥青混合料降低30℃左右。

2)和易性试验表明在相同温度下泡沫沥青温拌混合料的和易性优于普通热拌沥青混合料，并且泡沫沥青温拌混合料在130℃时与普通热拌沥青混合料在160℃时的施工和易性相当，泡沫沥青温拌混合料在拌和温度比普通热拌沥青混合料降低30℃时，仍具有良好的施工可操作性。这与等体积设计法确定的温拌沥青混合料的成型温度比热拌沥青混合料降低30℃是一致的。

3)泡沫沥青温拌混合料是一种绿色低碳环保的路面材料，在施工操作性方面表现出突出的优势，值得在道路工程中进行广泛的推广应用。