淺談冷鋪瀝青在道路養(yǎng)護中的應(yīng)用

周汝成

(衡水衡通公路工程監(jiān)理咨詢有限公司)

1 前 言

瀝青路面在長期的使用過程中,會出現(xiàn)松散、坑洞、剝落等病害。路面病害不僅降低了路面的服務(wù)能力,而且主要影響道路正常交通,在高速道路上的坑洞甚至可能引發(fā)交通事故。因此對于路面出現(xiàn)的坑洞、破損需要及時加以修補。

目前,修補路面坑洞大都采用熱拌瀝青混合料,它對于地點集中,工程量較大的路面維修是可行的,但對于地點分散,工程量小的路面維修,不僅因數(shù)量太少而瀝青拌和廠難以生產(chǎn),而且施工單位對熱瀝青混合料的保溫和修補操作也感到不便,特別在冬季和雨水較多的春季,因此道路養(yǎng)護部門十分需要一種能夠隨時可以用于路面修補的材料。

路面修補用的瀝青混合料不同于普通熱拌瀝青混合料,它是事先將瀝青混合料預拌好,用袋裝好儲存起來,當發(fā)現(xiàn)路面上出現(xiàn)坑洞時,隨時運到現(xiàn)場,進行路面修補。由于平時儲存在倉庫內(nèi),使用時在常溫下進行攤鋪和壓實,因而將這種材料稱之為儲存式冷鋪瀝青混合料。

近年來,許多外國企業(yè)看好我國廣闊市場,紛紛來華推銷他們的冷鋪材料,但外商的冷鋪料大多價格昂貴,用戶難以承受,除少量使用外,無法在工程中大量使用。因此積極開展儲存式冷鋪瀝青混合料配制技術(shù)的研究,開發(fā)我們自己的價廉物美產(chǎn)品是非常必要的。

2 冷鋪瀝青材料的特點

(1)這種混合料存放在密閉的袋內(nèi),可儲存幾個月,甚至更長的時間,都能保持良好的疏松狀態(tài)而不結(jié)成團塊,即使結(jié)成團塊,經(jīng)拍打就能散開。

(2)混合料在路面坑洞中攤鋪后,經(jīng)過壓實即能粘結(jié)成型而不松散,這就要求混合料具有良好的粘結(jié)性能和壓實性。

正是由于冷鋪瀝青混合料具備這樣的特性,因而所鋪路面具有以下優(yōu)點。

①路面在行車作用下會逐漸壓實,強度慢慢提高。如果在路面修補時,未能使用碾壓設(shè)備,路面在使用過程中經(jīng)行車碾壓會逐漸密實。

②由于在常溫下施工,且使用簡單工具即可進行坑洞修補,操作頗為方便。

③冷鋪瀝青混合料預先在工廠生產(chǎn)并儲存起來,隨時可供使用,因而適合常年路面坑洞修補,或供路面開挖埋設(shè)管線后恢復路面使用。

經(jīng)過碾壓成型的冷鋪瀝青路面,具有與熱鋪瀝青路面基本一樣的使用性能,且冷鋪瀝青路面不易出現(xiàn)溫度收縮裂縫。

3 冷鋪瀝青混合料配制原理與方法

冷鋪瀝青混合料必須具有良好的疏松性和壓實性,而這兩者既相矛盾又統(tǒng)一,這是冷鋪瀝青混合料配制技術(shù)的難點,但又是配制技術(shù)的關(guān)鍵和依據(jù)。試驗研究表明,影響冷鋪瀝青材料的性能主要有以下因素。

3.1 瀝青的粘度

瀝青在混合料中起著粘結(jié)松散集料成為整體的作用。根據(jù)粘附理論,瀝青要粘附在集料表面,充分而必要的條件是能夠浸潤集料表面,為此瀝青必須具有一定的流動性以易于鋪展。液體瀝青在不很高的溫度下已成流動液體,有利于浸潤集料表面。當溫度降至常溫時,粘度增大,內(nèi)聚力也增大,于其他物體粘結(jié)性降低,使所拌混合料易于分散;但由于其表面仍存在微弱的粘結(jié)性,當在外力作用下使它們緊密接觸時,則又會形成粘結(jié)而成為整體。同時在低溫下瀝青又不致粘度過大而使混合料無法操作,因此必須使用液體瀝青,但其輕質(zhì)油分應(yīng)不致?lián)]發(fā)過快。

根據(jù)研究,液體瀝青應(yīng)屬于一種中凝或慢凝的液體瀝青,而且其粘度宜控制在 1～10Pa·s范圍內(nèi)。

3.2 瀝青用量

當瀝青用量較多時,集料表面瀝青膜較厚,自由瀝青較多,相互之間容易粘結(jié),混合料易結(jié)塊成團,結(jié)團后也不易打散。當瀝青用量較少時,不足以充分裹覆集料表面,瀝青與集料之間形成弱界面,雖混合料有較好的疏松性,但集料顆粒之間粘結(jié)性差,碾壓不能使混合料形成整體,路面容易出現(xiàn)松散。因此,冷鋪瀝青混合料有一適宜的瀝青用量,但不能用常規(guī)馬歇爾試驗方法確定。根據(jù)試驗資料歸納適宜的結(jié)合料用量可按以下經(jīng)驗公式估算

式中:P為冷鋪瀝青混合料結(jié)合料用量,%;a為大于2.36mm顆粒重量百分率,%;b為0.3～2.36mm顆粒重量百分率,%;c為0.075～0.3mm顆粒重量百分率,%;d為小于0.075mm顆粒重量百分率,%。

3.3 瀝青中的添加劑

(1)改性劑。經(jīng)過試驗比較,在瀝青中添加樹脂改性劑,有利于提高混合料的粘結(jié)性,改善儲存性,尤其是改善混合料使用初期的穩(wěn)定性。

(2)增水劑。在瀝青中添加增水劑,有利于混合料抵抗雨水的侵蝕,并使得能在潮濕狀態(tài)下緊急修補使用。

(3)催干劑。在某些國外文獻中有介紹在瀝青中添加催干劑,如亞硫酸鹽廢液(Sulphitewasteliquor)、環(huán)烷酸皂(Naphthenatesoap)等,以便使混合料顆粒表面的瀝青膜適當?shù)馗稍?降低粘結(jié)性,保持混合料的疏松性。使用催干劑必須經(jīng)過細致的選擇和反復的試驗,使用不當反而影響其粘結(jié)性。

3.4 集料級配與礦粉用量

冷鋪材料是用于路面修補的材料,需要廣泛的適應(yīng)性,既可用于修補淺的坑洞,又可用于修補深的坑洞,為此最好有較粗和較細兩種不同粒徑的混合料,但養(yǎng)護部門只愿意使用一種規(guī)格的材料,同時較粗粒徑又易造成掉粒,所以冷鋪材料宜設(shè)計成一種較細級配的混合料。

為提高混合料的承載能力和表面粗糙度,其集料宜設(shè)計成近似 SMA以能形成骨架結(jié)構(gòu)的級配,但礦粉用量控制在1%～3%范圍內(nèi),這樣有利于提高混合料疏松性和強度。

所用集料由 3～5mm和 0～3mm碎石材料配合而成,其中 3～5mm碎石應(yīng)采用硬質(zhì)巖石軋制而成,具有良好的棱角性。

4 冷鋪瀝青混合料技術(shù)要求

冷鋪瀝青材料作為路面修補材料,需要滿足一定的技術(shù)要求以判斷其性質(zhì),但不能按熱拌瀝青混合料的概念來進行評定。

4.1 疏松性與壓實性

如何評定冷鋪混合料的疏松性和壓實性,國際上大都采用經(jīng)驗判斷的方法。我們借鑒工地現(xiàn)場檢驗土壤最佳含水量的簡便方法,即用手將混合料捏緊,松開手混合料能成團,則表明混合料可壓實成型而不松散;將成團的混合料拍一下,混合料就能散開,則表明混合料疏松性良好,方法簡單而解決問題。

4.2 初始強度

冷鋪混合料在壓實后需要達到一定強度,以承受車輪荷載。由于馬歇爾試驗方便,故以穩(wěn)定度評定其初始強度。取冷鋪混合料 1000g,在常溫下正反面各錘擊 75次,脫模后在常溫下測定馬歇爾穩(wěn)定度。

4.3 殘留穩(wěn)定度

儲存性冷鋪瀝青混合料壓實后,初始空隙率大,抗水性差,因此需要檢驗其水穩(wěn)性。將常溫下成型的馬歇爾試件浸泡在水中一晝夜,測試浸水后的穩(wěn)定度Sw,該穩(wěn)定度 Sw與原穩(wěn)定度So之比值K=Sw·So,作為評定混合料的水穩(wěn)性。

4.4 低溫粘結(jié)性

為檢驗混合料在冬季低溫下的粘結(jié)性能,將混合料裝入塑料袋內(nèi),然后放在 -10℃的冰箱內(nèi)冷凍 4h以上,取出后將 1000g樣品立即裝入試模,每面錘擊 150次,觀察是否能粘結(jié)成型,在常溫下測試馬歇爾穩(wěn)定度,其值要求大于1.5kN。

5 冷鋪瀝青混合料生產(chǎn)與應(yīng)用

5.1 冷鋪混合料現(xiàn)場生產(chǎn)

先配制改性稀釋瀝青結(jié)合料,采用重交通道路瀝青、樹脂、石油溶劑、添加劑配合而成,其粘度分別調(diào)配成適合于冬春季節(jié)和夏秋季節(jié)兩種。

集料采用0～3mm和356mm兩種集料進行配合,結(jié)合料用量先按上述經(jīng)驗公式計算,然后根據(jù)試拌情況加以調(diào)整。

混合料在 60～80℃的溫度下進行拌和,出料后采取措施令其快速冷卻,然后裝袋儲存。取現(xiàn)場生產(chǎn)的冷鋪瀝青混合料,在室內(nèi)進行試驗,檢驗疏松性與壓實性良好。

5.2 冷鋪混合料現(xiàn)場應(yīng)用

2000年3月生產(chǎn)的冷鋪瀝青混合料,經(jīng)過3個月的儲存后于 6月進行實地使用。在經(jīng)歷了夏季 36～37℃的高溫和3次臺風暴雨的襲擊,又經(jīng)歷了冬季低溫考驗,修補路面保持良好狀態(tài),沒有脫粒、松散等現(xiàn)象。在施工時,為模擬雨天施工,還曾特地帶水作業(yè),以考驗這種材料的抗水性,至今路面未發(fā)現(xiàn)脫粒、松散現(xiàn)象,說明材料具有較好的抗水性?，F(xiàn)在,這種冷鋪材料已逐漸在城市道路和郊區(qū)公路上得到應(yīng)用,其效果與國外同類產(chǎn)品相比毫不遜色。

6 成本經(jīng)濟比較

配制儲存式冷鋪瀝青混合料,在材料配方上與熱拌瀝青混合料有所區(qū)別,成本相對較高,同時由于冷鋪瀝青材料生產(chǎn)量很少,管理、包裝要求較高,也使成本有所提高。粗略測算,這種冷鋪材料可能的價格大概是熱拌瀝青混合料的2～3倍左右,這樣生產(chǎn)廠家能既有利可圖,而養(yǎng)路部門又能承受。同國外經(jīng)銷的冷鋪材料相比,因國外產(chǎn)品經(jīng)遠距離運輸、加收關(guān)稅和高額利潤,價格差不多為熱拌料的 10～20倍。由此可見,所開發(fā)的產(chǎn)品性能既好,成本又低,故具有良好的應(yīng)用前景。