冷鋪瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)

裴忠慶

我國(guó)對(duì)冷鋪混合料的研究起步較晚。自從國(guó)外材料供應(yīng)商進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)人力推銷(xiāo)冷鋪瀝青混合料以后,我國(guó)也開(kāi)始進(jìn)行廣泛研究,由于技術(shù)上的困難,特別是高分子添加材料的研制一直沒(méi)有更大的進(jìn)展,但鑒于冷拌冷鋪路面具有無(wú)污染、施工方便、即時(shí)通車(chē)、不受天氣影響等優(yōu)越性,對(duì)冷拌冷鋪瀝青混合料的研究已逐漸成為國(guó)內(nèi)瀝青混合料加工的研究熱點(diǎn)。目前我國(guó)對(duì)冷拌瀝青混合料產(chǎn)品研究很少,對(duì)于這種材料的技術(shù)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法嚴(yán)格來(lái)說(shuō)還只是建議。在國(guó)外除前蘇聯(lián)提出了一些指標(biāo)和方法外,其他國(guó)家也大都沒(méi)有非常明確的指標(biāo),有的國(guó)家甚至認(rèn)為主要用于路面修補(bǔ)的材料無(wú)須有什么指標(biāo)。但是作為一種工程應(yīng)用材料,它必須滿(mǎn)足一定的要求,并且要將其作為鋪筑道路而不僅僅是修補(bǔ)材料來(lái)看,更需要用某些指標(biāo)來(lái)加以控制。例如,對(duì)于疏松性和壓實(shí)性的控制,壓實(shí)后的強(qiáng)度,又如由于冷拌冷鋪瀝青混合料在鋪設(shè)后不能一次壓實(shí)到足夠的密度,初期空隙率較大,如果混合料沒(méi)有足夠的抗水損害能力,則容易引起路面松散,故混合料還需要具有一定的水穩(wěn)性。因此在配制混合料之前不但需要對(duì)影響混合料的因素進(jìn)行分析,還需要研究判斷和控制冷鋪瀝青混合料路用性能的技術(shù)指標(biāo),以便規(guī)范化和推廣應(yīng)用。

1 冷鋪瀝青混合料疏松性和壓實(shí)性評(píng)價(jià)

西班牙Cantabria大學(xué)提出了磨耗損失率法。該方法本來(lái)是用來(lái)評(píng)價(jià)排水性瀝青混合料抗松散性能的一種方法,經(jīng)過(guò)改進(jìn)用來(lái)評(píng)定冷補(bǔ)材料的疏松性和壓實(shí)性。其試驗(yàn)方法是將1 000 g混合料在15℃下正反擊實(shí)20次成型為馬歇爾試件,稱(chēng)重后在15℃下保溫4 h,然后將試件放入洛杉磯磨耗機(jī)內(nèi),不放入鋼球,旋轉(zhuǎn)100轉(zhuǎn)后從滾筒中取出最大的一塊稱(chēng)重,以損失質(zhì)量與原試件重之比作為指標(biāo),稱(chēng)為磨耗損失率。若磨耗損失率大,則表示混合料疏松性好,而壓實(shí)性差;反之,若磨耗損失率小,則壓實(shí)性好,疏松性差。同濟(jì)大學(xué)指出,為兼顧兩者,磨耗損失率宜在5%～20%范圍內(nèi)取值。雖然采用磨耗方法能反映混合料的性能,但試驗(yàn)比較麻煩,費(fèi)時(shí)費(fèi)事,同時(shí)一般瀝青混凝土廠也沒(méi)有洛杉磯磨耗機(jī),所以這種方法還是存在局限性。

最佳含水量法。在反復(fù)試拌冷補(bǔ)混合料的過(guò)程中,常常抓起一把混合料捏緊,看混合料能否結(jié)合成團(tuán),然后另一只手再拍打一下,看混合料能否松散。這使我們聯(lián)想起在路基施工現(xiàn)場(chǎng)施工人員檢驗(yàn)土壤是否具有最佳含水量而常用的簡(jiǎn)便方法。由于冷補(bǔ)瀝青混合料的疏松性和壓實(shí)性與其用油量有關(guān),如果混合料捏緊能成團(tuán),則表明混合料經(jīng)碾壓可以成型而不松散;如混合料捏緊后不能一下子被拍散,則表明混合料疏松性不好,儲(chǔ)存中易結(jié)團(tuán),結(jié)團(tuán)后難以松散,因此這一方法完全可以用來(lái)評(píng)價(jià)混合料的疏松性和壓實(shí)性。雖然該方法沒(méi)有數(shù)據(jù),全憑經(jīng)驗(yàn),但卻簡(jiǎn)單實(shí)用,能方便并能較為準(zhǔn)確地檢驗(yàn)混合料的壓實(shí)性和疏松性。

2 冷鋪瀝青混合料初始強(qiáng)度評(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)外在對(duì)初始強(qiáng)度的評(píng)價(jià)上基本一致,多采用馬歇爾穩(wěn)定度進(jìn)行評(píng)價(jià)。參考日本大有株式會(huì)社對(duì)冷鋪瀝青混合料提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1),他們把瀝青初始穩(wěn)定度細(xì)分為三個(gè)部分:1)作業(yè)穩(wěn)定度:拌合料作業(yè)時(shí)的控制指標(biāo)。將混合料在常溫下正反面錘擊50次或75次,制作成馬歇爾穩(wěn)定度試塊,脫模后測(cè)定的常溫下馬歇爾穩(wěn)定度即為初始穩(wěn)定度。它既可以用來(lái)評(píng)價(jià)混合料初始強(qiáng)度,又可以評(píng)價(jià)混合料壓實(shí)性。2)初期穩(wěn)定度:攤鋪碾壓后第7天的穩(wěn)定度。3)使用穩(wěn)定度:瀝青混合料在鋪筑碾壓通車(chē)7 d后使用的穩(wěn)定度。

表1 日本冷鋪瀝青混合料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3 冷鋪瀝青混合料的水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

抗水損壞能力是冷拌瀝青混合料的薄弱環(huán)節(jié),由于冷拌瀝青混合料必須選用粘度小的基質(zhì)瀝青作為結(jié)合料,瀝青的粘度小,對(duì)抵抗水分的置換能力就不強(qiáng),而混合料在路面壓實(shí)后,存在一定空隙率,水分極易進(jìn)入,而且瀝青與集料的粘附性較差,再加上交通荷載的反復(fù)沖擊作用,氣候條件等影響,很容易在早期產(chǎn)生嚴(yán)重的水損害。因此對(duì)冷鋪瀝青混合料的抗水損害能力進(jìn)行評(píng)價(jià)顯得尤為重要。對(duì)于混合料水穩(wěn)定性的方法,我國(guó)常采用浸水馬歇爾試驗(yàn)。該方法試驗(yàn)簡(jiǎn)單,易于操作,且能區(qū)分開(kāi)不同瀝青等級(jí),不同性質(zhì)集料水穩(wěn)性好壞,所以本文建議用此方法來(lái)鑒別冷鋪瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試件分兩組:一組在60℃水浴中保養(yǎng)0.5 h后測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度S1;另一組在60℃水浴中恒溫保養(yǎng)48 h后測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度S2。然后計(jì)算殘留穩(wěn)定度S0。

而同濟(jì)大學(xué)模擬連續(xù)3 d下雨的路用狀況,將試件在常溫下浸水3 d,測(cè)其馬歇爾強(qiáng)度S1,并以殘留馬歇爾強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)性,即P=S1/S0×100%,并提出 P應(yīng)大于70%。

4 冷鋪瀝青混合料的成型強(qiáng)度評(píng)價(jià)

冷拌冷鋪瀝青混合料在鋪筑之后,隨著添加劑的揮發(fā),瀝青粘度的增大,混合料的強(qiáng)度是不斷增大的。為了保證瀝青路面在夏季高溫季節(jié)行車(chē)荷載反復(fù)作用下,不致產(chǎn)生諸如波浪、推移、車(chē)轍等病害,混合料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度以抵抗永久變形能力。瀝青路面高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)有許多方法,馬歇爾試驗(yàn)、單軸蠕變?cè)囼?yàn)、三軸蠕變?cè)囼?yàn)、輪轍試驗(yàn)等。馬歇爾穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)混合料穩(wěn)定性的一種經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo),經(jīng)研究表明用它來(lái)衡量混合料高溫穩(wěn)定性存在著局限性。但是考慮到馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)在我國(guó)較為普及,在一般瀝青加工廠由于試驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)限制較大,故希望從易于掌握的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)中獲得較為理想的評(píng)價(jià)辦法。

國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量的研究,日本大有株式會(huì)社要求瀝青混合料在鋪筑碾壓通車(chē)7 d后的使用穩(wěn)定度大于3.0 kN。這種試驗(yàn)方法需要鋪筑試驗(yàn)路及鉆探取芯,操作起來(lái)非常麻煩,且未對(duì)通車(chē)7 d的交通量進(jìn)行定量。同濟(jì)大學(xué)采用相同組成配合比的混合料作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn),考慮到溶劑尚未完全揮發(fā),要求穩(wěn)定度大于5.0 kN即可。而標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)要求很高的溫度,這將非常不利于溶劑的安全性,易發(fā)生危險(xiǎn),因此這種試驗(yàn)方法也不太適合。長(zhǎng)安大學(xué)則采用了烘箱加熱法,促進(jìn)溶劑揮發(fā),使混合料快速成型。他們制定了兩種試驗(yàn)方案,方案A:將儲(chǔ)存好的松散瀝青混合料放入盤(pán)子中,均勻攤鋪成厚50 mm的一層,放入105℃烘箱中24 h后取出,立即按標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件成型方法擊實(shí)成型,冷卻后脫模,放入60℃水浴中保溫30 min～40 min,測(cè)其60℃馬歇爾穩(wěn)定度。方案B:將儲(chǔ)存的松散瀝青混合料先擊實(shí)成型為標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,不脫模橫向放置于105℃的烘箱中24 h后取出,立即兩面分別擊實(shí)25次,冷卻后脫模,采用上述相同方法測(cè)其60℃馬歇爾穩(wěn)定度。兩種方案的測(cè)試結(jié)果分別是:方案A成型穩(wěn)定度4.12 kN,方案 B成型穩(wěn)定度 2.18 kN。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看到,方案A得到的試驗(yàn)結(jié)果比方案B得到的試驗(yàn)結(jié)果明顯大,這說(shuō)明試驗(yàn)方法A能更有效的表示出試驗(yàn)的目的,較真實(shí)的反映瀝青混合料的成型強(qiáng)度,而且顯而易見(jiàn),試驗(yàn)方法A操作簡(jiǎn)便,與規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件成型方法相同,易于推廣。他們提出了成型穩(wěn)定度的建議值應(yīng)大于4 kN。他們的分析和試驗(yàn)方法較為科學(xué),不失為一個(gè)評(píng)價(jià)混合料成型穩(wěn)定度的好辦法。

我國(guó)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定冷補(bǔ)瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)方法:稱(chēng)取混合料1 180 g在常溫下裝入試模中,雙面各擊實(shí)50次,連同試模一起以側(cè)面豎立方式置入110℃烘箱中養(yǎng)生24 h,取出后再雙面各擊實(shí)25次,再連同試模在室溫中豎立放置24 h,脫模后在60℃恒溫水槽中養(yǎng)生30 min,進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn),并且要求得出的冷補(bǔ)瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度不小于3 kN。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)冷拌瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究,提出了冷拌冷鋪瀝青混合料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法及推薦值:1)冷鋪瀝青混合料的初始強(qiáng)度采用馬歇爾初始穩(wěn)定度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定,其推薦范圍為2.5 kN～3.0 kN。2)冷鋪瀝青混合料的疏松性和壓實(shí)性采用最佳含水量法來(lái)評(píng)價(jià),雖然該方法沒(méi)有數(shù)據(jù),但卻簡(jiǎn)單實(shí)用,能方便并能較為準(zhǔn)確地檢驗(yàn)混合料的壓實(shí)性和疏松性。3)冷鋪瀝青混合料的成型強(qiáng)度采用馬歇爾成型穩(wěn)定度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定,其推薦范圍為4.0 kN以上。4)冷鋪瀝青混合料的水穩(wěn)定性采用25℃水浴箱中保溫48 h測(cè)定殘留穩(wěn)定度,其推薦范圍為70%以上。

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