引言
西咸北环线是国家高速公路连霍线的并行线,也是京昆线、包茂线等国家高速公路在西安绕城高速公路外围的便捷联络线。由于该项目穿越了多个产业园区，沿线周围分布着茂陵等多处国家级文物保护单位，所以工程建设对环境保护要求相对较高，被列为交通运输部“生态环保示范工程”。
由中铁十局集团西北工程有限公司承担的LM-1合同段，中上面层设计为AR-SMA-13橡胶沥青路面。为解决橡胶沥青混合料需拌和、摊铺和压实温度要求高、能源消耗大、废气和粉尘排放多等问题，我们开展了温拌橡胶沥青混合料设计与施工关键技术的相关研究。
通过一系列的对比试验，我们选定了Sasobit温拌剂，为达到既定的降温目标及混合料性能，确定温拌剂的掺量和施工温度，采用三种方法对Sasobit温拌橡胶沥青混合料进行了试验研究，并形成了有益结论。
1 等黏温度法确定Sasobit温拌橡胶沥青拌合压实温度研究
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ E20-201l)T0702中的规定，当使用石油沥青时，宜以黏度为(0.17±0.02)Pa·S时的温度作为拌和温度范围，以(0.28±0.03)Pa·S时的温度作为压实成型温度范围，这就是等黏温度法。下面对Sasobit温拌橡胶沥青应用该法进行分析。
掺加2%和3%(质量分数)Sasobit温拌剂的橡胶沥青在不同温度下的旋转黏度检测结果见表1.1，胶粉掺量占基质沥青质量的21%。根据表1.1，绘制橡胶沥青黏度随温度变化的散点图以及拟合曲线如图1.1所示。
表1.1 Sasobit橡胶沥青在不同温度下的黏度检测值
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根据图1.1中的黏温曲线拟合方程，计算Sasobit橡胶沥青在(0.17±0.02)Pa·S黏度时所对应的拌和温度范围，以及(0.28±0.03)Pa·S黏度所对应的压实成型温度范围，结果如表1.2所示。
表1.2 Sasobit橡胶沥青的拌和和压实温度范围 ℃
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从上表中的计算结果来看，Sasobit橡胶沥青的拌和温度和压实温度过高，明显不符合实际。等黏温度法是建立在普通沥青高温牛顿特性基础上的，即沥青黏度不随剪切速率变化而变化，对于温拌橡胶沥青，由于高温时具有非牛顿特性，因此，采用该方法确定Sasobit温拌橡胶沥青混合料的拌和、压实温度是不合适的。
德克萨斯大学奥斯汀分校的Yildirim等人推荐了改性沥青混合料适宜的拌和和压实温度对应的沥青黏度：拌和温度对应黏度（0.275±0.02）Pa·s；压实温度对应黏度（0.550±0.04）Pa·s。根据该推荐黏度和图2.2中的黏温曲线拟合方程，可以计算出Sasobit橡胶沥青混合料的拌和与压实温度范围如表1.3所示。
表1.3 根据推荐黏度计算的拌和及压实温度范围 ℃
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从上表中的计算结果来看， 虽然Sasobit橡胶沥青的拌和、压实温度和表1.2中的数据相比有所降低，但是仍然过高，不符合实际。因此，根据上面推荐黏度计算获得拌和、压实温度的方法对于Sasobit橡胶沥青混合料也是不合适的。
2 等黏温差法确定Sasobit温拌橡胶沥青拌合压实温度研究
为了进一步研究温拌橡胶沥青混合料的拌和温度，在此利用等黏温差的概念。所谓等黏温差，是指温拌橡胶沥青和橡胶沥青在相同的黏度条件下对应温度的差值，从一定程度上反映了温拌剂的降黏效果[1]。根据橡胶沥青和温拌橡胶沥青的黏温曲线，可以计算任意黏度下2种结合料的等黏温度差，结合等黏温度差可以初步确定温拌橡胶沥青的拌和温度。
Sasobit温拌橡胶沥青和原样橡胶沥青在不同温度下的旋转黏度检测结果如表2.1所示，橡胶沥青的制备原材料和制备工艺均相同，胶粉掺量占基质沥青质量的21%，Sasobit橡胶沥青中Sasobit温拌剂的掺量分别为2%和3%（占橡胶沥青的质量百分比）。根据表2.1，绘制Sasobit温拌橡胶沥青和原样橡胶沥青黏度随温度变化的散点图以及拟合曲线如图2.1所示。
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表2.1 原样橡胶沥青和Sasobit橡胶沥青在不同温度下的黏度检测值
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根据图2.1中的黏温拟合曲线的方程，计算出在1.5～4.0Pa·s黏度范围内，相同黏度的Sasobit温拌橡胶沥青和原样橡胶沥青的温度差，其结果如表2.2所示。
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表2.2 Sasobit橡胶沥青与原样橡胶沥青在相同黏度时的温度差
从上表2.2中的计算结果可知，相同黏度时，2% Sasobit橡胶沥青比原样橡胶沥青温度低3～8℃，3% Sasobit橡胶沥青比原样橡胶沥青温度低16～18℃，和温拌沥青混合料技术对温度降低幅度的要求（比相应的热拌沥青混合料施工温度低20～30℃）相比还存在一定的差距。
3 变温马歇尔试验确定Sasobit温拌橡胶沥青拌合压实温度研究
对于沥青混合料，在拌和温度时，客观上要求沥青能够提供足够的润滑，容易裹覆集料；在压实温度时，又要求沥青能够提供足够的胶结，容易密实成型。也就是说，理论上，如果除沥青外的其他变量，如集料、级配、压实功、压实方法都一致的话，沥青混合料都将具有同样的体积性参数，如空隙率等，可称之为等体积原则[2]。
沥青混合料空隙率，指矿料及沥青以外的空隙（不包括矿料自身内部的孔隙）的体积占试件总体积的百分率。空隙率是沥青混合料最重要的体积特征参数，它的大小影响着沥青混合料的稳定性和耐久性，并且国际上橡胶沥青混合料的体积参数主要考虑空隙率和矿料间隙率，因此空隙率在橡胶沥青混合料设计中应作为核心指标来考虑。
基于等体积原则，以未添加温拌剂的热拌橡胶沥青混合料的体积参数、力学参数为依据，通过测试不同温度条件下温拌橡胶沥青混合料试件的空隙率及其他体积、力学参数，绘制空隙率-拌和温度曲线，当某一温度下温拌橡胶沥青混合料与热拌橡胶沥青混合料的体积、力学参数一致时，此时对应的温度即为温拌橡胶沥青混合料的施工温度。
1）试验原材料和试验条件参数
橡胶沥青原材料、制备工艺与前面相同。橡胶沥青制备好以后，首先掺入了占橡胶沥青质量2%的Sasobit温拌剂进行不同拌和温度条件下的标准马歇尔试验，试验发现温拌降温效果较好，因而又进一步进行了Sasobit掺量（占橡胶沥青质量）分别为1%和3%条件下的橡胶沥青混合料马歇尔试验。为了便于对比分析，还进行了Sasobit掺量为0%（即不掺加温拌剂）的橡胶沥青混合料在不同拌和温度条件下的马歇尔试验。
制备温拌橡胶沥青混合料的矿料原材料、级配、油石比、高模量剂、木质素纤维等的要求与热拌橡胶沥青混合料完全一致。
2）试验结果及分析
在拌和温度为180℃～140℃（温度梯度为10℃）范围内，不同Sasobit掺量的温拌橡胶沥青混合料马歇尔试验的体积指标以及稳定度、流值等试验结果见表3.1所示。根据表3.1，做出马歇尔试件的相对密度、空隙率（VV）随拌和温度变化的曲线如图3.1所示。
表3.1 Sasobit温拌橡胶沥青混合料马歇尔试验结果
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图3.1 Sasobit橡胶沥青混合料试件相对密度、空隙率与拌和温度的关系
从图3.1中不同Sasobit掺量的橡胶沥青混合料马歇尔试件毛体积相对密度、空隙率与拌和温度的关系可知：
i Sasobit橡胶沥青混合料试件的毛体积相对密度随着拌和温度的降低逐渐减小，随着橡胶沥青中Sasobit掺量的增加而增大。
ii Sasobit橡胶沥青混合料试件的空隙率（VV）随着拌和温度的降低逐渐变大，随着橡胶沥青中Sasobit掺量的增加而减小。
iii 按照温拌与热拌橡胶沥青混合料等体积原则，从图3.1（b）图可知，当Sasobit温拌橡胶沥青混合料马歇尔试件空隙率为3.9%时，Sasobit掺量分别为1%、2%和3%的橡胶沥青混合料对应的拌和温度分别近似为163℃、155℃和153℃，即比原样橡胶沥青热拌施工拌和温度分别降低了17℃、25℃和27℃。
iv 按照温拌施工比相应的热拌施工温度降低20～30℃的施工要求，显然Sasobit温拌剂掺量为1%时达不到降温幅度的要求，而掺量为2%和3%时已能满足降温幅度要求。然而，Sasobit掺量为3%和掺量为2%时相比，虽然混合料拌和温度能进一步降低，但降低的幅度已比较接近，考虑进口Sasobit价格较高，从节约温拌橡胶沥青混合料施工成本以及避免Sasobit掺量增大对混合料性能带来负面影响考虑，在项目温拌施工时建议采用2%的Sasobit掺量。
v 施工时若按设计空隙率正负偏差0.2%进行控制，即空隙率的施工控制范围为3.9±0.2%，则根据图3.1（b）中Sasobit掺量为2%的曲线可知，温拌橡胶沥青混合料拌和温度的施工控制范围为150～160℃，比相应热拌施工拌和温度（180℃）降低了20～30℃，满足项目施工要求。
4.结论
1）按照等黏温度法确定的Sasobit橡胶沥青的拌和、压实温度过高，不符合实际情况，因此，利用该方法确定Sasobit温拌橡胶沥青混合料的施工温度是不合适的。
2）按照等黏温差法的原理，Sasobit掺入橡胶沥青质量的2%时，其施工温度可比原样橡胶沥青温度低3～8℃，Sasobit掺入橡胶沥青质量的3%时，其施工温度可比原样橡胶沥青温度低16～18℃，但和温拌工艺的要求（施工温度降低20～30℃）还有一定的差距。
3）根据变温击实马歇尔试验和等体积原则，Sasobit掺量分别为1%、2%和3%的橡胶沥青混合料的拌和温度比原样橡胶沥青热拌施工拌和温度分别降低了17℃、25℃和27℃。从满足温度降低20～30℃的施工要求以及兼顾成本和减少对混合料产生负面影响考虑，确定橡胶沥青SMA混合料温拌施工的Sasobit掺量为橡胶沥青质量的2%。
参考文献
[1] 王志祥,霍洋洋,党合欢等.温拌橡胶沥青混合料拌和和压实温度研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）,2015,(3):647-651.DOI:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.03.043.
[2] 吴超凡,曾梦澜,王茂文等.添加Sasobit温拌沥青混合料的拌和与压实温度确定[J].湖南大学学报（自然科学版）,2010,37(8):1-5.