混合料加热温度对沥青路面施工质量有重要影响，目前确定拌和温度的通行做法是通过沥青的黏度-温度试验曲线，得到与表观黏度(0.17±0.02)Pa·s对应的温度作为沥青混合料的拌和温度[1-2]．研究资料表明：对于基质沥青，用该方法确定的混合料拌和温度在合理的范围之内，也与工程实际相符；对于改性沥青，由于其与基质沥青在黏温特性和流变特性上存在差异，因此采用该方法确定的拌和温度太高[3-9]．过高的拌和温度不仅会增加混合料生产过程燃油消耗和污染物排放，而且会加剧沥青的老化，影响混合料的性能和成型路面的耐久性[10-13]．随着改性沥青混合料应用的增多，如何确定拌和温度亟待解决．本研究基于课题组研制的具有变频调速功能和搅拌功率自动测试系统的混合料搅拌机，对基质沥青和改性沥青两种类型混合料的搅拌功率进行对比试验，得到采用等功率原则确定改性沥青混合料拌和温度的方法，对基质沥青和改性沥青两种类型混合料进行试验研究，以准确得到改性沥青混合料的拌和温度，并为其他类型沥青混合料确定拌和温度提供理论基础和实用方法．1 基质沥青和改性沥青拌和温度1.1　黏温特性沥青的黏温特性可通过测定沥青在不同温度下的黏度获得．试验得出的沥青温度(t)与黏度(η)试验曲线如图1所示．图中：A为针入度75(0.1 mm)的70#基质沥青；B为针入度72(0.1 mm)的SBS改性沥青．由图1可知：两种沥青的黏度与温度之间具有相似的变化趋势，随温度上升黏度下降，温度低时下降急剧，温度高时下降变缓；所不同的是在相同温度下，SBS改性沥青的黏度明显高于基质沥青的黏度．10.13245/j.hust.210708.F001图1沥青温度与黏度试验曲线1.2　拌和温度若根据黏度-温度试验曲线取黏度(0.17±0.02) Pa·s等黏温度作为混合料拌和温度，70#基质沥青所确定的温度为161 ℃，符合沥青路面施工技术规范的要求；而SBS改性沥青所确定的拌和温度在180 ℃以上，有些改性沥青拌和温度甚至超过200 ℃，已超出了沥青路面施工技术规范对改性沥青混合料出厂废弃温度的规定[14]．在这么高的温度下施工，不仅增加能源消耗，而且会加速沥青老化，降低沥青路面的耐久性．研究表明：由于改性沥青的黏度随试验剪切速率的不同而变化，因此不同的试验方法对混合料拌和温度会产生较大影响，须选择更符合工程实际的方法[15]．本研究采用与施工现场相同原理的混合料搅拌机模拟实际搅拌过程，通过检测搅拌功率，对基质沥青与改性沥青混合料的拌和温度进行对比试验．2 试验装置和材料2.1　试验装置图2为具有变频调速功能、包含功率自动测试系统的试验用混合料搅拌机，搅拌机容量为16 kg，电动机功率为0.75 kW，电加热功率为0.4 kW．在该试验机的电路中设置了变频器调节搅拌转速，转速范围为0~50 r/min；接入了电功率测试系统，测量搅拌混合料所消耗的电功率．电功率测试系统采用PF9830三相智能电量测量仪，测量误差小于0.4%读数+0.1%量程+1字．使用该系统可同时进行电压、电流、频率、功率和功率因数等电参数测量，电信号经过采样和放大后送至A/D转换器，被转换成数字信号传送给计算机．10.13245/j.hust.210708.F002图2试验用混合料搅拌机2.2　试验材料结合料选用盘锦70#基质沥青和SBS改性沥青，基本参数见表1所示，其中：测试针入度的实验条件为温度5 ℃，时间5 s，质量100 g；测试延度的实验条件为5 cm/min，温度15 ℃．试验方法为T0604，T0605和T0606．10.13245/j.hust.210708.T001表1结合料基本参数沥青种类试验项目试验结果技术要求70#基质沥青针入度/mm7.56.0~8.0延度/cm150≥100软化点温度/℃49≥45SBS改性沥青针入度/mm7.26.0~8.0延度/cm41≥30软化点温度/℃63≥60粗集料和细集料选用玄武岩轧制加工碎石，矿粉为石灰岩磨制而成，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)进行性能试验后符合技术要求．按《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)，配制成AC-20混合料．筛孔尺寸为0.075，0.150，0.300，0.600，1.180，2.360，4.750，9.500，13.200，19.000和26.500 mm，对应的通过率为5.0%，6.7%，9.8%，12.6%，17.5%，26.0%，39.6%，63.1%，74.3%，94.0%和100%．通过试验确定的最佳沥青用量为4.0%．3 试验方案和数据处理3.1　试验方案为了得到搅拌功率与沥青混合料温度之间的关系，制定了如下试验方案：搅拌器转速设置为50 r/min，试验温度分别设置为130，140，150，160和170 ℃，在不同温度下测定搅拌功率．试验过程中发现瞬时搅拌功率(Q)有明显的波动(见图3，图中N为测点序号)，是由于混合料的非均质性和各种随机因素共同作用所致．为了提高试验结果的准确性，须基于统计学进行试验设计和结果处理．10.13245/j.hust.210708.F003图3搅拌功率测试曲线在试验过程中，环节多、时间长、影响因素多，加之试验方法和试验人员等因素的影响都会产生误差．为了保证试验结果能够真实地反映混合料的搅拌功率，并获取准确的试验结果，进行以下重复性和复现性试验．3.2　试验设计与数据处理3.2.1　试验设计理论上重复性和复现性试验组数越多越好，但是由于试验必须在统一管理下进行，对参加试验的人员技术水平和设备精度等要求较高，为了便于控制，组数宜为3．试样质量水平决定于试验精度和仪器设备的容量范围，试样水平不宜少于3，分别取额定容量的50%，75%和100%三个水平．本项试验采用的搅拌机容量16 kg，则试样质量分别为8，12和16 kg．为了评价试验结果的重复性，进行平行试验，计算重复性标准差．平行试验的次数不应过少，也不宜过多；对于每个水平重复性标准差具有同样函数关系的情况，平行试验的次数宜为3．3.2.2　试验数据将试样分为8，12和16 kg三个水平，根据重复性和复现性条件，试验在三个时间段进行，分别为1#，2#和3#时间段，在每个时间段进行了三次平行试验．表2为搅拌功率试验结果．10.13245/j.hust.210708.T002表2搅拌功率试验结果时间段试样水平/kg812161#165.4302.1691.7147.5323.9667.5147.2325.1684.02#167.5327.7749.5168.8330.2720.1166.6317.4724.83#163.1339.5701.8174.4317.4744.0173.5307.1719.3W3.2.3　试验数据分析设子样平均值x¯、子样标准偏差s、各子样平均值的平均值x̿、子样平均值的偏差d、子样平均值的标准偏差sx¯、重复性标准偏差sr、复现性标准偏差sR*、各时间段试验结果一致性统计量h及时间段内试验结果一致性统计量k，对应公式如下x¯=∑1nx/n；(1)s=∑1n(x-x¯)2/(n-1)；(2)x̿=∑1px¯/p；(3)d=x¯-x̿；(4)sx¯=∑1pd2/(p-1)；(5)sr=∑1ps2/p；(6)sR*=sx¯2+sr2(n-1)/n；(7)h=d/sx¯；(8)k=s/sr.(9)式中：x为每个子样的试验结果；n为子样的试验次数；p为试验时间段数．3.2.4　一致性统计量的假设检验与试验结果分析不同时间段试验结果一致性假设检验统计量h指每个时间段试验结果的平均值与所有时间段试验结果平均值的差值，再与时间段间标准偏差进行比较，从而确定是否存在平均值偏离总平均值太大的时间段，以反映在复现性条件下时间段之间的试验结果变化情况．各时间段内试验结果一致性假设检验统计量k指在重复性条件下时间段内的试验结果变化情况指标，可以通过F分布进行假设检验．一致性统计量的假设检验临界值，通常取假设检验的显著性水平为0.5%[16]．统计量h的临界值(hcrit)取决于时间段数p；统计量k的临界值(kcrit)取决于时间段数p和每个时间段重复试验次数n，在0.5%的显著水平下h和k的临界值见表3．10.13245/j.hust.210708.T003表3在0.5%的显著水平下h和k的临界值phcritn2345631.151.721.671.611.561.5241.491.951.821.731.661.6051.742.111.921.791.711.6561.922.221.981.841.751.68由表3可得：kcrit为1.67，hcrit为1.15，将试验得到的h和k值与临界值进行比较，越接近临界值表明复现性和重复性越差；当大于临界值时，试验结果的准确性不能接受．根据表2中的试验数据，由式(8)和式(9)可得在0.5%显著水平下h和k计算值，见表4．10.13245/j.hust.210708.T004表4在0.5%显著水平下h和k计算值时间段统计量试样水平/%50751001#h1.11.01.1k1.51.00.72#h0.41.00.8k0.20.50.93#h0.70.00.4k0.91.31.3表4表明：试样水平为50%和100%时，1#时间段的h值非常接近临界值，表明其试验结果的平均值偏离总平均值较大，复现性较差，存在着较大的系统误差．试样水平50%时，1#时间段的k非常接近临界值，表明试验结果重复性较差，试验出现了较大的随机误差，试验数据不可靠．综合分析表4及试验结果可以得出：试样水平75%(12 kg混合料)具有较小的系统误差和随机误差，试验数据的准确性较高．3.3　确定改性沥青混合料拌和温度根据以上试验结果，采用12 kg混合料(试样水平75%)的搅拌功率试验数据，得到拟合曲线，见图4．图中：两种沥青混合料的搅拌功率均随着温度升高而降低，在相同温度下改性沥青混合料的搅拌功率大于基质沥青混合料．将黏度(0.17±0.02) Pa·s确定的基质沥青拌和温度161 ℃带入搅拌功率拟合公式，得到基质沥青混合料的搅拌功率．取与基质沥青混合料拌和功率相等的改性沥青混合料对应温度，即为由等功率确定的改性沥青混合料拌和温度，该拌和温度为169 ℃．10.13245/j.hust.210708.F004图4搅拌功率试验数据拟合曲线以上试验结果表明：根据搅拌功率确定的改性沥青混合料拌和温度，较改性沥青黏度-温度曲线确定的拌和温度显著降低．其原因是在沥青混合料中，改性沥青裹附于集料表面形成很薄的结构沥青，在此状态下沥青黏度的影响变小．采用该温度进行改性沥青混合料拌和试验，混合料拌和均匀，无花料、结团等现象(见图5)，质量完全满足施工技术规范(MH/T 5011—2019)要求．10.13245/j.hust.210708.F005图5拌和均匀的混合料4 结论采用具有变频调速功能和搅拌功率自动测试系统的混合料搅拌机，对基质沥青和改性沥青两种类型混合料的搅拌功率进行了对比试验，得出以下结论．a. 混合料加热温度是施工质量控制的重要参数，对于改性沥青混合料，采用沥青的黏度-温度试验曲线确定的拌和温度过高，会加剧沥青的老化，影响混合料性能；由于不同的试验方法对确定混合料拌和温度会产生较大影响，因此应采用更符合工程实际的混合料搅拌机，模拟现场实际搅拌过程，通过测定拌和功率采用等功率法确定改性沥青混合料拌和温度．b. 采用搅拌机在进行混合料搅拌功率试验过程中，由于混合料的非均质性和随机因素的影响，搅拌功率有明显的波动．为了提高试验结果的准确性，通过进行重复性和复现性试验研究，确认试样水平75%时，系统误差和随机误差较小，试验数据准确可靠．c. 取试样水平为75%进行搅拌功率试验，依据等功率法确定了改性沥青混合料的拌和温度，该温度较沥青黏度-温度曲线确定的拌和温度显著降低；在该温度下进行改性沥青混合料拌和试验，质量完全满足施工技术规范要求；研究成果也为其他类型混合料确定拌和温度提供了理论基础和实用方法．