冷拌冷鋪乳化瀝青混合料配合比設計試驗研究

關鍵詞：道路工程；乳化瀝青混合料；冷拌冷鋪；試驗方法；設計參數中圖分類號：U414.1文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.004文章編號：1673-4874（2025）03-0013-04

0 引言

冷拌冷鋪乳化瀝青材料可常溫施工，碳排放顯著降低，有效助推可持續發展戰略和雙碳發展目標，近年來成為研究熱點[1。國外對乳化瀝青的研究與應用起步早，相關研究成果為我國提供了有用借鑒，從20世紀90年代初，我國逐漸著手開發冷拌冷鋪瀝青混合料并推廣應用2。乳化瀝青是冷拌冷鋪混合料的關鍵材料，其混合料強度形成需要經歷破乳-水分蒸發等過程，造成了冷拌冷鋪乳化瀝青混合料配合比設計中所使用的試驗方法與條件無法完全參考熱拌瀝青混合料的方法，目前尚缺乏統一的標準方法，有必要開展進一步研究，為低排放型冷拌冷鋪乳化瀝青的推廣應用提供基礎。國內不少學者如李思童3、趙志超4、陳帆5等均對乳化瀝青混合料的試驗方法進行了研究，提出了拌和方法、成型方法和指標測試方法等。對比發現，不同研究中所使用的試驗方法均存在一定的差異，但整體上均遵循了相同的原則，充分考慮乳化瀝青混合料的材料特性，在拌和時對石料進行預濕，以提高集料與乳化瀝青的拌和均勻性，同時防止由于失水過多造成乳化瀝青提前破乳；擊實或碾壓分為兩階段，且期間設置養生時間，用于模擬實際水分或溶劑蒸發[6-7]。在配合比設計參數方面，由于提前加水進行了預拌，需確定最佳的外摻水用量，進而確定最佳乳化瀝青用量8；在預拌水、乳化瀝青固含量差異化以及乳化瀝青“油-水”共混特性條件下，冷拌冷鋪乳化瀝青混合料如何合理確定最佳設計參數尚需進一步研究。

本文對冷拌冷鋪乳化瀝青混合料拌和、成型試驗方法進行研究，推薦合理的試驗控制條件，進一步研究不同外摻水用量、乳化瀝青油石比等關鍵設計參數條件下乳化瀝青混合料性能變化規律，提出最佳的外摻水用量和最佳乳化瀝青油石比，進而對混合料的路用性能進行測試驗證，形成冷拌冷鋪乳化瀝青混合料配合比設計方法，為冷拌冷鋪乳化瀝青混合料的應用提供參考。

1材料組成設計

1.1 原材料

1.1.1乳化瀝青

采用SBR改性乳化瀝青，其技術指標測試結果如表1所示。

1.1.2礦料

本研究所使用的粗集料、細集料、礦粉如表2所示，各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40一2004）相關技術要求。

1.2礦料級配設計

本研究以AC-13型瀝青混合料為例，對各檔礦料進行篩分，設定調整各檔礦料摻配比例為 10～15：5～ 10：3～5：0～3：π 廣粉 =20：40：6：32：2. 外摻 2% 水泥。礦料級配設計曲線如圖1所示。

2試驗方法研究

擬對冷拌冷鋪乳化瀝青混合料的拌和方法、馬歇爾試件成型方法、車轍板成型方法進行研究，為優化試驗量，混合料級配如前文所述。參照相關參考文獻和經驗，乳化瀝青混合料外摻水摻量暫取 2.0% 、乳化瀝青油石比暫取 8.0% 。

2.1混合料拌和方法

由于乳化瀝青混合料存在多種添加劑材料，不同的添加順序將會對拌和效果產生顯著的影響，從而影響瀝青混合料的性能。該材料的拌和主要考慮以下因素：

（1）乳化瀝青的破乳控制，避免拌和過程中瞬時失水而破乳。（2）纖維等改性劑的拌和均勻性，避免分散不均勻和團聚現象。（3）礦粉表面乳化瀝青裹覆的均勻性，避免出現花白料。

為解決上述技術問題，綜合現有研究成果及乳化瀝青混合料的材料特征，本研究設計了三種拌和方法如表3所示，并對成品料的表觀性狀進行定性評價，對成品料馬歇爾穩定度指標進行定量評價，以推薦合理的拌和方法。

由表3可以看出，方法A2的拌和工藝效果更佳，混合料更加均勻，并且馬歇爾穩定度值達到8.32KN，較方法A1和方法A3分別提高了 135.7%.61.6% 。因此后續研究混合料的拌和采用方法A2。

2.2馬歇爾試件成型方法

2.2.1成型工序的影響

通過對比規范和現有研究成果發現，乳化瀝青混合料馬歇爾穩定度試驗方法主要的差異在于第1次和第2次擊實后的養生溫度、養生時間。本研究設置了三種不同馬歇爾成型方法如表4所示，并測試其馬歇爾穩定度。

由表4可以看出，方法B3所制備的馬歇爾穩定度最高，相較于方法B1和方法B2分別提高了31. 2% 、17.7% 。分析其原因主要是改性乳化瀝青混合料摻入了部分水硬性膠凝材料，對擊實時機和養生溫度有一定要求：養生溫度不宜過高，以免抑制膠凝材料的水化反應；在初凝前完成全部的擊實工作，避免對材料強度造成不可逆的破壞。

2.2.2養生時間的影響

相關研究表明，乳化瀝青基材料的最終強度形成依賴于乳化瀝青中的水分蒸發和破乳。在上述優選的方法B3基礎上，進一步考察擊實后在 60^°C 中的合理養生時間，在試驗中分別取24h、48h、72h、96h、120h，其馬歇爾穩定度測試結果如表5所示。

由表5試驗結果可以看出，隨著養生時間的延長，馬歇爾穩定度總體呈上升趨勢，經歷了快速增長后趨于平緩這兩個階段，其中48h為主要分界點，相對于養生24h其馬歇爾穩定度提高了39. 1% ；48h后其強度增幅不大，120h時其增幅僅為 3.6% 。由于乳化瀝青混合料中含有水分，在養生過程中水分會不斷蒸發而造成質量損失，水分蒸發的過程即是混合料強度形成的過程。從上述質量損失率指標來看，當養生時間達48h后，質量損失率基本無明顯變化，說明混合料中的水分已基本蒸發完成。

綜上，建議馬歇爾成型方法采用方法B3，其中養生時間控制在48h更為合適。

2.3車轍板試件成型方法

本研究設計的車轍板成型方法及所測得的動穩定度結果如表6所示。

由表6可以看出，三種成型方法的動穩定度大小的排序為方法 方法" 2 gt;方法C1，相較于方法C2和方法C1，方法 的動穩定度分別提高了2倍和3倍以上。究其原因，與馬歇爾試件成型方法類似。由于水泥性材料的摻入，需要控制好加熱溫度和壓實時機。根據試驗結果建議采用方法C3成型車轍板試件。

3關鍵設計參數研究

3.1最佳外摻水用量

水的用量對乳化瀝青冷拌混合料的拌和狀態有重要影響。在制備乳化瀝青混合料過程中，需要提前將合理用量的外摻水與礦料混合，使礦料表面濕潤，以便于乳化瀝青與礦料更好地拌和均勻。外摻水用量從零開始，以礦料質量的 0.5% 為間隔逐漸遞增進行調試。具體方法為：先將粗集料和細集料拌和均勻，加入不同摻量的外摻水并拌制均勻，觀察混合料拌和狀態，當混合料拌和過程中乳液能夠均勻裹附在集料表面，無結團、無離析等現象產生，則可作為初擬外摻水用量。進一步測試混合料的馬歇爾穩定度，綜合確定作為最佳外摻水用量。

乳化瀝青油石比采用經驗值為 8.0% ，外摻水用量分別取礦料質量的 0.5%.1.0%.1.5%.2.0%.2.5% ，先將粗集料和細集料拌和均勻，加入上述外摻水并拌制均勻，再加入冷拌瀝青拌制均勻，各混合料的拌和狀態如圖2所示。

從圖2集料拌和狀態可以看出，當外摻水用量為0.5% 和 1.0% 時，混合料可見較明顯的松散和結團現象，外摻水用量為 1.5% 和 2.0% 時拌和狀態尚可，外摻水用量為 2.5% 時，混合料可見明顯流淌狀態，存在一定的離析現象。進一步采用上述材料成型馬歇爾試件，測試其馬歇爾強度，結果如圖3所示。

根據圖3馬歇爾試驗結果可以看出，當外摻水用量為 2.0% 時，馬歇爾穩定度值達到最大值，結合混合料的拌和狀態和馬歇爾穩定度值，推薦最佳外摻水用量取 2.0% 。

3.2最佳乳化瀝青用量

3.2.1以有效瀝青為基準預估改性乳化瀝青用量

以有效瀝青為基準，結合工程實踐中該級配熱拌瀝青混合料常用的油石比，根據改性乳化瀝青固含量，預估改性乳化瀝青用量。如AC-13熱拌瀝青混合料的常用油石比為 5.0% ，若乳化瀝青固含量為 62% ，則預估乳化瀝青油石比為8. 1% 。

3.2.2經驗計算法校核預估改性乳化瀝青用量

以不同經驗計算法公式校核預估乳化瀝青用量。目前常用的有美國加州經驗法、同濟大學經驗法、交通運輸部經驗法，按照這三種經驗計算法進行乳化瀝青用量預估，其中美國加州經驗法為 3.87% ，同濟大學經驗法為 4.73% ，交通運輸部經驗法為 7.96% 。

由此可見，不同經驗法所計算出來的結果存在較大的差異，而交通運輸部經驗法為專門針對陽離子乳化瀝青回歸得到的預估公式，且與有效瀝青為基準預估的改性乳化瀝青用量接近。因此推薦采用交通運輸部經驗法進行改性乳化瀝青用量預估，得到本次AC-13初擬最佳乳化瀝青油石比為 8.0% 。

3.2.3不同乳化瀝青用量的混合料馬歇爾指標參數

以預估乳化瀝青油石比為中值，按照增減 0.5% 取5個乳化瀝青用量值，并采用最佳外摻水用量進行預濕潤，制備馬歇爾試件，測試馬歇爾各項體積、力學指標，建立乳化瀝青油石比與馬歇爾體積-力學指標關系，按照馬歇爾設計方法確定最佳乳化瀝青油石比。

取 7.0%.7.5%.8.0%.8.5%.9.0% 五組不同的乳化瀝青油石比進行修正馬歇爾試驗，繪制油石比與混合料體積一力學指標關系示意圖（見圖4）。

3.3路用性能驗證

以最佳外摻水用量 2.0% 、最佳乳化瀝青油石比7.7% 拌制冷拌冷鋪乳化瀝青混合料，對其路用性能進行驗證，試驗結果如表8所示。

根據表8試驗結果可知，該冷拌冷鋪乳化瀝青混合料的車轍動穩定度、殘留穩定度、凍融劈裂強度比、低溫彎曲應變等路用性能均滿足現行技術規范相關要求。

4結語

通過上述研究，可以得出以下結論：

（1）通過對比不同試驗方法對乳化瀝青混合料狀態和性能指標的影響，推薦了冷拌冷鋪乳化瀝青混合料的試驗方法和條件：混合料拌和推薦方法A2；馬歇爾成型推薦方法B3，其中養生時間以48h為宜；車轍板試件成型推薦方法 α

（2）本文給出了冷拌冷鋪乳化瀝青混合料最佳外摻水用量的確定方法，提出了基于有效瀝青預估 + 經驗公式計算 + 馬歇爾試驗綜合確定最佳乳化瀝青用量的方法。

（3）在最佳外摻水用量 2% ，最佳乳化瀝青油石比7.7% 條件下，所設計的冷拌冷鋪改性乳化瀝青混合料的各項路用性能良好，其中動穩定度為4655次/mm、殘留穩定度為 91.6% 、凍融劈裂強度為88. 7% 、低溫彎曲應變為283 2μ=0

參考文獻

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