1. 引言
目前，我国公路沥青路面建设面临着资源紧张和环境保护的双重压力，在道路建设中，沥青混合料作为最主要的路面基础建筑材料，不仅要消耗大量的沥青和石料资源，而且高温拌和过程也会排放大量的有害气体，这与绿色可持续发展的道路理念背道而驰，因而，在保证沥青混合料路用、力学性能前提下，通过一种可控的生产拌合方式来降低沥青含量和拌和温度，并延长混合料使用寿命的技术是十分必要的。
研究发现 [1] - [8]，基于分步拌和技术生产的沥青混合料其集料与胶结料拌合更均匀，混合料性能更稳定，沥青膜厚度增大，沥青用量可以减少约10%，燃料油用量可降低15%，路面使用寿命可延长30%，投资回报率增加30%，以AC-13类沥青混合料500元/吨计，则每吨沥青混合料可节约78.5元，为其单价的15.6%，我国每年生产的沥青混合料大约在2.4亿吨，照此计算，可节约188.4亿元，因此，无论是从能源经济的角度还是沥青混合料性能的角度分析，分步拌和技术都应得到重视和发展。
沥青混合料的新型分步拌和技术是通过改变拌合过程中各种类型颗粒进入混合料拌合体系的顺序，实现集料与沥青胶结料的靶向结合，最大化的发挥沥青混合料中各组分的优势，改善混合料的和易性，提高其均匀性，从而达到减少沥青用量，提升沥青混合料质量和节能环保的目的。
2. 试验
2.1. 原材料
2.1.1. 集料
粗、细集料均选用优质的石灰岩矿料(0~3 mm，3~5 mm，5~10 mm，10~15 mm，15~20 mm)，矿粉由优质石灰岩集料加工而成，集料各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》要求。
2.1.2. 沥青
沥青选用SBS(I-D)改性沥青，其主要技术指标见表1，从表1来看，沥青的各项技术指标均满足规范要求。
Table 1. Performance indicators of SBS modified asphalt
表1. SBS改性沥青性能指标
2.2. 配合比设计
本文级配采用AC-20型沥青混合料，根据各档筛集料筛分结果和混合料级配范围，确定混合料级配组成如表2所示，级配曲线如图1所示。其中，分步拌合技术沥青混合料采用沥青用量为4.2%，常规拌合技术沥青混合料沥青用量为4.4%。
Table 2. AC-20 gradation composition
表2. AC-20级配组成
2.3. 试验方案
在相同的试验条件下，按照试验规程 [9] 对常规拌合(即沥青和集料一次投放入拌合设备中进行混合料拌合)与分步拌合技术(首先将沥青与粗集料先行拌和，然后加入填充料，最后将细集料加入)生产的沥青混合料进行车辙试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验、四点弯曲疲劳及单轴压缩动态模量试验，对分步拌合与常规拌合技术生产的混合料的路用、力学性能进行对比分析。
3. 基于不同拌合工艺的沥青混合料性能评价
3.1. 高温性能
按我国标准车辙试验对不同拌合工艺生产的沥青混合料进行车辙试验，试验结果如图2所示。
Figure 2. Dynamic stability of asphalt mixtures with different mixing technologies
图2. 不同拌和技术沥青混合料动稳定度
由图2分析可知，两种拌合工艺生产的沥青混合料动稳定度均 > 2800 Mpa，均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTC F40-2004)要求的对于改性沥青混合料动稳定度不小于2800 Mpa的技术指标要求；分步拌合技术生产的混合料动稳定度为5943 Mpa是常规拌和技术生产的5556 Mpa的1.07倍，分步拌和技术生产的沥青混合料表现出的高温性能略高于常规拌合技术生产，表明分步拌和技术在降低0.2%沥青含量后，使得沥青混合料的高温稳定性升高。
3.2. 水稳定性
对不同拌合工艺生产的沥青混合料进行冻融劈裂试验，对混合料的水稳定性进行分析，试验结果如图3所示。
Figure 3. Freeze-thaw splitting residual strength ratio of asphalt mixtures with different mixing technologies
图3. 不同拌和技术沥青混合料冻融劈裂残留强度比
规范 [10] 中对于改性沥青混合料要求其冻融劈裂强度比不小于80%，对以上试验数据分析可知，分步拌合与常规拌合技术生产的沥青混合料冻融劈裂强度比均 > 80%，满足性能指标要求；常规拌合的AC-20沥青混合料冻融劈裂强度比为86.7%，分步拌合技术生产的沥青混合料冻融劈裂强度比为86.9%，两者比值为1，表明混合料的水稳定性相当，分步拌合拌合技术在降低沥青含量后，与常规拌合方法相比仍不失优势。
3.3. 低温抗裂性
对不同拌合工艺生产的沥青混合料进行小梁低温弯曲试验，对混合料的低温性能分析评价，试验结果如图4所示。
Figure 4. Maximum flexural strain of asphalt mixtures with different mixing technologies
图4. 不同拌和技术沥青混合料最大弯拉应变
在我国设计规范中，常以混合料低温时的最大弯拉应变来表征其低温性能，最大弯拉应变越大，则混合料抗低温开裂的能力越好，由图4可知，常规拌合技术生产的沥青混合料最大弯拉应变为3044.61 με，而分步拌合技术生产的沥青混合料最大弯拉应变为2935.57 με，不同拌合工艺生产的沥青混合料最大弯拉应变均 ≥ 2500 με，混合料低温性能均满足规范要求；常规拌合与分步拌合技术生产的沥青混合料最大弯拉应变比为1.04:1，比值接近1，表明分步拌合工艺在降低0.2%的沥青用量后，其混合料低温时仍能保持较好的变形能力。
3.4. 疲劳性能
按照四点弯曲疲劳试验要求对不同拌合工艺生产的沥青混合料疲劳寿命分析，试验结果如图5所示。
Figure 5. Fatigue curves of asphalt mixtures with different mixing technologies
图5. 不同拌合技术沥青混合料疲劳曲线
通过拟合的疲劳曲线及疲劳方程可以看出，在试验条件相同的情况下，两种拌合工艺生产的沥青混合料疲劳寿命相差较小，且混合料的疲劳曲线变化趋势相同，混合料劳寿命均随着应变水平的提高而降低；
在应变水平一定的条件下，混合料疲劳寿命常规拌合的要优于分步拌合工艺的，表明常规拌合工艺的混合料抗疲劳性能更佳，虽然疲劳寿命存在一定差别，但差别较小，表明分步拌合技术在降低混合料沥青含量后，与常规拌合方法相比，混合料的疲劳性能仍不失优势。
3.5. 劲度模量
对不同拌合技术的AC-20型沥青混合料在不同的加载频率和温度下进行SPT单轴压缩动态模量试验，为了更好地模拟实际路面状况，对不同温度、20 Hz条件下的沥青混合料动态模量及相位角分析，结果如图6所示。
Figure 6. Relationship diagram of dynamic modulus and phase angle of asphalt mixtures with different mixing technologies
图6. 不同拌合技术沥青混合料动态模量、相位角关系图
由图6分析可知，在不同试验温度、20 Hz条件下，不同拌合工艺(常规拌合/推荐分步拌合工艺)生产的沥青混合料动态模量及相位角有差别，但差别较小；分步拌合工艺在降低0.2%的沥青用量后，其混合料动态模量略高于常规拌合沥青混合料，且相位角还偏小，表明分步拌合工艺在降低混合料沥青用料后，提高了混合料的动态模量，对混合料的模量指标有一定的促进作用。
4. 结论
通过对分步拌合技术与传统常规拌合技术生产的沥青混合料路用、力学性能对比分析研究，得出以下结论：
1) 分步拌合工艺在降低0.2%的沥青含量后，混合料的高温性能、低温性能、水稳定性、疲劳寿命及劲度模量仍能满足性能评价指标要求；
2) 两种拌合工艺的沥青混合料路用、力学性能随各有优异，但差别较小，分步拌合技术生产的沥青混合料其高温性能、劲度模量更好；常规拌和技术生产的沥青混合料其低温性能、疲劳寿命表现更佳；而两种拌和技术生产的沥青混合料水稳定性相当。
参考文献