冷拌瀝青混合料路用性能研究

程廣庭

冷拌瀝青混合料在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中具有廣泛用途，本文使用高聚物改性乳化瀝青為膠結(jié)料，選擇適宜的礦料，進(jìn)行獨(dú)特的高聚物改性乳化瀝青冷拌混合料配合比設(shè)計研究，并對冷拌瀝青混合料的路用性能展開評價，包括水穩(wěn)定性檢驗、高溫性能試驗、低溫彎曲試驗、強(qiáng)度隨時間的變化性能等，通過冷拌瀝青混合料的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行測試研究，為冷拌瀝青路面的設(shè)計提供所需的參數(shù)。

1 混合料配合比設(shè)計

對于冷拌瀝青混合料的配合比設(shè)計，國際上尚無公認(rèn)的成熟方法。冷拌瀝青混合料的配合比設(shè)計主要包括礦料級配類型及瀝青用量的確定這兩方面的內(nèi)容。其在原材料選定之后的組成設(shè)計應(yīng)基于兩個原則：一方面是從瀝青路面各種可能的破壞形式進(jìn)行綜合考慮，使混合料在性能上得到保證，避免瀝青路面可能出現(xiàn)的破壞；另一方面是對瀝青混合料設(shè)計與瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行綜合考慮。本文主要基于當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，結(jié)合高聚物改性乳化瀝青應(yīng)用于冷拌瀝青路面的具體要求，通過試驗研究，進(jìn)行材料的組成設(shè)計研究。通過配合比設(shè)計確定冷拌瀝青混合料的礦料級配及瀝青用量［1］。

1.1 礦料級配的確定

好的礦料級配組成，應(yīng)該是在熱穩(wěn)定性容許的條件下礦料孔隙率最小，以及為保證有足夠的裹附瀝青所需的結(jié)構(gòu)比表面積，以保證礦料之間處于最緊密的狀態(tài)，并為礦料與瀝青之間相互作用創(chuàng)造良好條件，使瀝青混合料最大限度地發(fā)揮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的效應(yīng)，從而獲得更好的使用性能。

（1）礦料的最大粒徑。冷拌瀝青混合料的礦料最大粒徑除了普通瀝青混合料需要考慮的結(jié)構(gòu)厚度、耐疲勞性能、和易性、施工密實性和平整度外，冷拌瀝青混合料的問題在于鋪筑深處的強(qiáng)度不易保證，為了提高其深處的強(qiáng)度，施工時建議分層壓實，每層厚度不超過2.5 c m，則其最大粒徑應(yīng)小于12.5 mm；另外考慮混合料的維修養(yǎng)護(hù)功能，為保證路面坑洞大小、深淺不一的隨機(jī)情況下都能修補(bǔ)使用，冷拌材料的最大粒徑宜小不宜大。綜合考慮上述各因素，本課題選取的混合料最大粒徑為9.5 mm。

（2）礦料級配類型。對于冷拌瀝青混合料的級配類型，目前國際上各國之間差異很大。我國規(guī)范［2］規(guī)定冷拌料的級配應(yīng)符合補(bǔ)坑的需要，粗集料級配必須具有充分的嵌擠能力，以便在未經(jīng)充分碾壓的條件下可開放通車碾壓而不松散。級配范圍見表1。

表1 我國規(guī)范推薦冷補(bǔ)料級配

本文主要針對LB－10型冷拌料進(jìn)行研究，在規(guī)范建議基礎(chǔ)上，結(jié)合實際材料進(jìn)行配合比設(shè)計。相關(guān)指標(biāo)見表2。

表2 3種礦料的合成級配通過率明細(xì)表

（3）級配檢驗。參照以往瀝青路面冷拌料目標(biāo)配合比的工程應(yīng)用情況，選擇油石比（純殘留物含量）4.5%作為3種試級配用油石比，按如下方法成型馬歇爾試件。

先加水2%（占集料總重）潤濕集料，常溫下拌和；待拌和完1 h（根據(jù)具體瀝青種類而定），混合料由褐色轉(zhuǎn)為黑色的時候裝模，雙面擊實各50次；擊實完后補(bǔ)脫模放在110℃烘箱24 h，取出再雙面擊實25次，常溫1 d脫模。馬歇爾試驗結(jié)果匯總見表3。

表3 3種試級配馬歇爾試驗結(jié)果匯總表

由表3可見，級配3體積指標(biāo)滿足要求，級配1和級配2體積指標(biāo)不滿足要求，根據(jù)經(jīng)驗本次設(shè)計選擇級配3為設(shè)計級配。

1.2 乳化瀝青用量的確定

用于拌制冷拌瀝青混合料的乳化瀝青，一般是采用有機(jī)溶劑將基質(zhì)瀝青稀釋而得到?；|(zhì)瀝青的質(zhì)量在稀釋前后及有機(jī)溶劑揮發(fā)后是不會發(fā)生變化的，有機(jī)溶劑只是改變了基質(zhì)瀝青的工作性，并沒有改變其質(zhì)量。因此，用于確定熱瀝青混合料最佳瀝青用量的方法，對冷拌瀝青混合料同樣適用。

在道路養(yǎng)護(hù)中采用快速經(jīng)驗公式法確定其瀝青用量，本文擬先用經(jīng)驗公式法估算最佳初始瀝青用量，再用馬氏試驗對其進(jìn)行修正。

經(jīng)驗法估算采用下式進(jìn)行：

式中：P為冷拌瀝青混合料瀝青含量，%；a為留存在2.36 mm篩上集料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；b為通過2.36 mm篩孔留存在0.3 mm篩上集料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；c為通過0.3 mm篩孔留存在0.075 mm篩上集料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；d為通過0.075 mm篩孔的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

級配3由上式算得P為4.5。以4.5為標(biāo)準(zhǔn)，采用4種油石比進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 LB－10設(shè)計級配馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗取設(shè)計油石比為4.8%。

2 冷拌瀝青混合料抗水損害性能

抗水損壞能力是冷拌瀝青混合料的“弱項”，由于冷拌瀝青混合料的膠結(jié)料粘度較小，對抵抗水分的置換能力本身就不強(qiáng)，而混合料在路面壓實后，存在一定孔隙率，在有機(jī)溶劑和水揮發(fā)后，又產(chǎn)生空隙，雖然可以通過再次壓實減輕揮發(fā)的影響，但水分還是會很容易進(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，尤其是在春秋兩季，很容易產(chǎn)生水損害。

冷拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性通過凍融劈裂試驗進(jìn)行評價。值得一提的是冷拌瀝青混合料凍融劈裂試件的制備，跟前面馬歇爾試驗試件一樣，這部分試件也是經(jīng)過二次成型的。具體操作是常溫拌和1 h后，裝模雙面各擊實25次，放入110℃烘箱中24 h取出立即再雙面各擊實25次，常溫1 d脫模，后續(xù)過程與熱拌瀝青混合料凍融劈裂試件的步驟一致。試驗結(jié)果見表5。

表5 凍融劈裂試驗結(jié)果

由表5可見，該冷拌瀝青混合料滿足抗水損害的要求，其TSR值還要稍高于泡沫瀝青冷再生混合料，但其相應(yīng)的劈裂強(qiáng)度絕對值要低于泡沫瀝青，其解釋如下。

（1）冷拌瀝青混合料的初始強(qiáng)度均較低，其強(qiáng)度會隨著時間的延長而有所增長。

（2）試驗溫度不同，冷拌瀝青混合料的水浴溫度為60℃，而泡沫瀝青混合料的水浴溫度僅為40℃。

3 冷拌瀝青混合料高溫性能

冷拌瀝青混合料在鋪筑之后，隨著有機(jī)溶劑和水的揮發(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高溫季節(jié)行車荷載反復(fù)作用下，不致產(chǎn)生諸如波浪、推移、車轍、擁包等病害，混合料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度以抵抗永久變形能力。

評價瀝青路面高溫穩(wěn)定性的方法有單軸蠕變試驗、三軸蠕變試驗、車轍試驗等。本課題采用車轍試驗進(jìn)行評價。需要說明的是，車轍試驗試件亦是經(jīng)過二次碾壓成型制備的。具體做法是，常溫拌和1 h后裝模碾壓若干遍，后放入110℃烘箱中24 h取出，再次換方向碾壓若干遍，室溫1 d脫模。每次碾壓的次數(shù)以成型的試件孔隙率指標(biāo)與馬氏試驗的試件孔隙率相接近為準(zhǔn)，進(jìn)行靈活調(diào)整。試驗條件仍在（60±1）℃，（0.7±0.05）MPa下進(jìn)行，其車轍試驗結(jié)果見表6，表7。

表6 車轍試驗動穩(wěn)定度

表7 車轍試件空隙率匯總表

由表6、表7可見，該冷拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度也是完全能滿足要求的。

4 冷拌瀝青混合料低溫性能

檢驗冷拌瀝青混合料的低溫性能主要是考慮在冬季的低溫天氣，修補(bǔ)材料易變脆變硬，為防止其產(chǎn)生溫度裂縫，坑槽中的修補(bǔ)材料應(yīng)具有良好的低溫抗裂性。另外，為了與熱拌料相比較，采用小梁低溫彎曲試驗［3］進(jìn)行低溫性能的評價。

低溫彎曲試驗所用試件為上述車轍試驗試件切割成規(guī)定尺寸的小梁進(jìn)行的。試驗結(jié)果見表8。

表8 小梁彎曲試驗結(jié)果

由表8可見，該冷拌瀝青混合料的低溫性能也能滿足要求，而且比普通乳化瀝青混合料低溫性能要好。

5 結(jié)語

通過室內(nèi)試驗對比分析，對冷拌瀝青混合料設(shè)計方法、路用性能進(jìn)行了研究，研究表明，冷拌混合料具有較好的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性能。

［1］ 彭 勇，孫立軍，史玉金.瀝青混合料離析評價方法的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2005（4）：484－486.

［2］ JTG F40－2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ JTG E20－2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.