級配對冷補瀝青混合料性能的影響分析

李旭 楊群

瀝青混合料是一種高科技道路修補材料,由添加劑、瀝青、稀釋劑和集料按一定的加工工藝混合制成,在寒冷的冬季和雨雪天氣等惡劣條件下,可以隨時隨地使用簡單工具修補道路,具有高效、節(jié)能、快速、及時等優(yōu)點。因此,近年來國內(nèi)外紛紛開展了冷補瀝青混合料的研究,取得了一定的成果。本文通過設(shè)計不同的級配,對冷補瀝青混合料性能進行了綜合的對比分析,并依據(jù)不同的環(huán)境對冷補料級配的選擇提出了建議。

1 級配設(shè)計

1.1 級配的選擇

礦料骨架的形成首先靠合理的集料級配組成,其次靠合理的施工工藝。通過對混合料級配組成研究發(fā)現(xiàn),主要是關(guān)鍵篩孔通過率對級配曲線有明顯的影響。本文依據(jù)不同的級配類型,通過控制關(guān)鍵篩孔的通過率,有針對性的選擇了4種級配(見表1)。

表1 配合比設(shè)計級配表

從表1中可以看出,4種級配的2.36 mm關(guān)鍵篩孔的通過率大小關(guān)系為:級配D＞級配C＞級配B＞級配A。從整體級配曲線上來看,級配A接近下限,相當于開級配類型;級配D則接近上限,類似于密級配;級配B和級配C則位于兩者之間,屬于半開級配。

1.2 貝雷法評價

下面將采用貝雷法中兩個重要的指標CA比和FAc比對選取的級配進行評價(見表2)。其中CA比過大則不能形成粗集料骨架結(jié)構(gòu),太小則容易出現(xiàn)離析和壓實方面的問題,貝雷法要求CA比=0.2～0.5。細集料FAc比對空隙率和礦料間隙率等體積指標影響較大,FAc比增加時,混合料的空隙率和礦料間隙率有所下降。如果細集料FAc比太高,細集料中填充空隙的細顆粒增加,級配容易壓實,但高溫穩(wěn)定性差。反之,若FAc比太低,細集料中粗顆粒間隙體積沒有被足夠的細料填充,這種混合料級配不均衡的且難于壓實。

表2 貝雷法評價

從表2中可以看出,4種級配的CA比均在0.2～0.5范圍之內(nèi),都能形成粗骨料骨架結(jié)構(gòu),且不易產(chǎn)生離析,其中CA比的大小關(guān)系為:級配D＞級配B＞級配A＞級配C,而 FAc比的大小關(guān)系為:級配C＞級配D＞級配B＞級配A。從以上兩種大小關(guān)系可以簡單看出,級配C的CA比最小而FAc比最大,其骨架性和密實性要優(yōu)于其他3種級配。

2 配合比設(shè)計

2.1 瀝青用量的確定

同濟大學根據(jù)大量試驗數(shù)據(jù),總結(jié)出了一套適合于冷補瀝青混合料最佳瀝青用量的經(jīng)驗公式:

其中,P為瀝青用量,%;a為大于2.36 mm顆粒質(zhì)量百分率,%;b為0.3 mm～2.36 mm顆粒質(zhì)量百分率,%;c為0.075 mm～0.3 mm顆粒質(zhì)量百分率,%;d為小于0.075 mm顆粒質(zhì)量百分率,%。

根據(jù)上述公式可以算出4種級配的最佳瀝青用量,具體數(shù)值如表3所示。

表3 最佳瀝青用量

從計算結(jié)果可以看出瀝青用量和級配有著密切關(guān)系,細集料越少,瀝青用量也相應越少。

2.2 拌合配制

本文所選用的粗集料(2.36～9.5)為玄武巖,細集料(0～2.36)為石灰?guī)r,填料為磨細礦粉,按照不同的級配配制石料,采用由安固補路通廠家提供的液體瀝青在常溫下進行拌和。

級配D拌合時間為180 s,級配A僅需要90 s就能基本拌勻,這是由于常溫下液體瀝青的粘度過大,隨著細集料的增多,拌合難度也相應增大,具體表現(xiàn)為瀝青不能裹附石料,花白料偏多。因此從拌合角度來講,細集料不能過多。

3 級配對冷補料強度的影響

以下將通過馬歇爾穩(wěn)定度試驗來對初始強度和成型強度進行評價。

從圖1,圖2中可以看出,級配C冷補料的初始強度達到2.4 kN,成型強度為8.7 kN,明顯高于其他三種級配冷補料,其對應的空隙率也小于其他三種級配,這主要是由于級配C的CA比最小,FAc比最大,粗骨料能相互嵌擠,細集料能基本填充多余的空隙,其結(jié)構(gòu)最接近于骨架密實狀態(tài),可使混合料具備較高的強度。

4 級配對冷補料耐水性能的影響

試驗方法:將成型馬歇爾試件按熱瀝青混合料的試驗方法進行殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗。試驗結(jié)果如圖3,圖4所示。

從圖3,圖4中易知,4種冷補料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強度隨著空隙率的增大而減小,可見耐水性能的好壞與試件空隙率之間有著密切的關(guān)系,即空隙率越大其耐水性越差。

5 結(jié)語

1)如果采用密級配(如級配D),由于細集料比較多而使混合料顆粒間的接觸點較多,容易造成混合料結(jié)塊,喪失疏松性,瀝青用量大且不易拌和。而從施工和易性方面考慮,雖然級配A最優(yōu),但其屬于開級配,空隙率大,強度和耐久性都不好。綜合各方面技術(shù)要求,級配C既有較好的骨架結(jié)構(gòu)又有適當?shù)募毤咸畛?性能較優(yōu)。2)對于LB-10型的冷補瀝青混合料級配,關(guān)鍵篩孔(2.36 mm)的通過率宜控制在18%～22%,貝雷法評價CA比宜在0.24～0.29范圍內(nèi),FAc比宜在 0.45～0.50之間。3)冷補瀝青混合料所應滿足的技術(shù)性能要求大都是內(nèi)在相關(guān)的,在改進某一技術(shù)性能的同時往往會給其他性能帶來影響。應結(jié)合坑槽修補的時機、氣候條件以及路面等級來確定選用哪種冷補料,比如在南方熱帶地區(qū),混合料應突出對穩(wěn)定性的要求;在北方寒冷地區(qū),應強調(diào)混合料具有良好的和易性;而在潮濕多雨地區(qū),應該重點要求混合料的耐水性。

[1]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]曉 聞.冷鋪瀝青混合料的研究[M].北京:人民交通出版社,1955.

[3]宋建生,呂偉民.儲存式瀝青混合料組成設(shè)計的研究[J].同濟大學學報,1998(6):31-32.