壇百高速公路路面微表處混合料配比設(shè)計(jì)及應(yīng)用

馬月梅，周獻(xiàn)高

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西　南寧　530029)

壇百高速公路路面微表處混合料配比設(shè)計(jì)及應(yīng)用

馬月梅，周獻(xiàn)高

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧530029)

馬月梅(1980—)，女，工程師，主要從事道路、橋梁工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。

摘要：微表處是路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的主要手段，文章以廣西壇百高速公路路面車轍修復(fù)工程為例，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕煌ê蜌夂驐l件，介紹了微表處混合料的配比設(shè)計(jì)及使用方法，為當(dāng)?shù)匚⒈硖幖夹g(shù)工藝應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：改性乳化瀝青；級(jí)配設(shè)計(jì)；稀漿混合料；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

0引言

我國(guó)地域遼闊，自然因素變化復(fù)雜，從北向南分別處于寒帶、溫帶和熱帶，而廣西就屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，夏長(zhǎng)冬短、雨熱同季，光、溫、水氣候資源豐富。多年年均氣溫21.4 ℃，極端最高氣溫40 ℃，極端低溫-2.5 ℃。年均有霜期5 d；多年平均降雨量為1 310.4 mm。平均蒸發(fā)量為1 396.5 mm。在這樣的氣候條件及現(xiàn)代化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速增長(zhǎng)下，道路在交通量、軸重均大幅增加，及瀝青路面對(duì)氣溫、雨水、日照等自然因素十分敏感，各種病害類型出現(xiàn)相對(duì)較高，在提升道路服務(wù)水平，恢復(fù)道路服務(wù)功能，進(jìn)行病害處治時(shí)也相應(yīng)采取對(duì)策及防范，而對(duì)于在保持交通不間斷，同時(shí)保證施工的可操作性和安全性病害處治方面，瀝青路面大面積輕度車轍需進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，采用微表處填補(bǔ)或路面罩面處治就具有無(wú)需養(yǎng)護(hù)時(shí)間，快速開放交通，提高路用性能的優(yōu)點(diǎn)。

1工程概況

壇百高速公路是廣西南寧市至百色市的一條高速公路，是國(guó)家高速公路網(wǎng)G80廣昆線的重要組成部分。道路于2007年建成通車以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，交通量不斷增長(zhǎng)，道路隨之出現(xiàn)不同程度病害，其中車轍是該道路瀝青路面病害的主要破壞現(xiàn)象之一，為改善道路的行車舒適性及安全性，決定對(duì)該道路進(jìn)行維修處治。本次通過調(diào)查所在地區(qū)的地理環(huán)境、氣候條件和車轍狀況，針對(duì)南方高溫多雨地區(qū)的氣候特點(diǎn)，分析其出現(xiàn)車轍的主要原因，研究適合該道路的車轍修補(bǔ)技術(shù)，形成整套車轍修復(fù)技術(shù)體系。

2試驗(yàn)材料與方法

2.1　改性乳化瀝青

表1　改性乳化瀝青性能檢測(cè)結(jié)果表

本實(shí)驗(yàn)所用基質(zhì)瀝青為廣東茂名A級(jí)70號(hào)道路石油瀝青，A級(jí)70號(hào)道路石油瀝青符合道路石油瀝青技術(shù)要求，則改性乳化瀝青的配制為：(1)乳化劑CMK-20：1.8%；(2)改性劑SBR膠乳：3.0%；(3)水：35.2%；(4)基質(zhì)瀝青：60%；(5)PH值：1.8。改性乳化瀝青各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)后結(jié)果見表1。

考慮到工程所處地區(qū)為南方炎熱地區(qū)，對(duì)瀝青路面的熱穩(wěn)定性和抗車轍能力要求較高，且道路交通量、軸重均較大的情況下，改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的軟化點(diǎn)選擇控制在57 ℃以上，其他技術(shù)指標(biāo)通過檢測(cè)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中改性乳化瀝青的技術(shù)要求。

2.2　集料試驗(yàn)

集料選用百色市田東縣采石場(chǎng)的輝綠巖，其具有堅(jiān)硬、耐磨耗的良好性能，用于路面微表處能很好地提高路面的抗沖擊、抗滑性能，集料經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)后得出的各項(xiàng)指標(biāo)見表2。

表2　粗細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果表

從表2可知，輝綠巖的壓碎值、磨耗損失較要求值小，能很好地提高路面的抗滑性能，恢復(fù)路面表面功能。

2.3　礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

為更好地提高道路使用性能，提升道路服務(wù)水平，改善行車舒適性，微表處將用于道路的車轍填補(bǔ)和罩面處治工程，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件及車轍狀況，分別采用微表處MS-3型和MS-4型級(jí)配。根據(jù)0~3 mm、3 mm~5 mm和5 mm~10 mm三種材料的篩分結(jié)果以及微表處MS-3型和MS-4型級(jí)配范圍要求，可確定該微表處填補(bǔ)車轍和罩面處治工程所用的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)MS-3型為0~3 mm∶3~5 mm∶5~10 mm=37∶38∶25(質(zhì)量比)，MS-4型為0~3 mm∶3~5 mm∶5~10 mm=35∶35∶30(質(zhì)量比)。

2.3.1礦料篩分結(jié)果

表3　礦料篩分結(jié)果表

由礦料篩分結(jié)果(見表3)可知：0~3 mm的礦粉能有效改善礦料的級(jí)配，同時(shí)5 mm以下部分的礦料含量對(duì)于稀漿混合料改性劑發(fā)揮的改性效果起顯著影響?？赏ㄟ^篩分了解各型號(hào)原有的級(jí)配情況，為稀漿混合料的礦料組成級(jí)配設(shè)計(jì)提供參數(shù)。

2.3.2礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

2.3.2.1礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果

礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見表4~5。

表4　MS-3型設(shè)計(jì)級(jí)配結(jié)果表

表5　MS-4型設(shè)計(jì)級(jí)配結(jié)果表

結(jié)合本工程道路的車轍狀況以及交通量、軸載組成狀況，對(duì)MS-4型礦料級(jí)配組成設(shè)計(jì)時(shí)采用國(guó)際稀漿罩面協(xié)會(huì)的Ⅳ型級(jí)配范圍。

2.3.2.2設(shè)計(jì)級(jí)配曲線圖

設(shè)計(jì)級(jí)配曲線見圖1~2。

圖1　微表處MS-3型級(jí)配曲線圖

圖2　微表處MS-4型級(jí)配曲線圖

3稀漿混合料初擬配合比設(shè)計(jì)

3.1　拌和試驗(yàn)

由于微表處施工時(shí)是通過專門設(shè)備調(diào)配成稀漿混合料后冷鋪冷拌而成厚度為1 cm左右的薄層瀝青混合料，因此要求稀漿混合料的成漿狀態(tài)和可拌和時(shí)間較嚴(yán)，通過將油石比按5%、6%、7%、8%進(jìn)行拌和，了解稀漿混合料的配伍性情況，從而為混合料的攪拌及施工攤鋪時(shí)間控制提供可靠保證。各油石比拌和時(shí)間試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6　拌和試驗(yàn)結(jié)果表

從表6的拌和試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在保證稀漿混合料的成漿狀態(tài)能滿足施工攤鋪條件和稀漿稠度適宜的情況下，通過調(diào)整改性乳化瀝青及水的摻入量，稀漿混合料的可拌和時(shí)間均能夠滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

3.2　破乳時(shí)間試驗(yàn)

稀漿混合料攤鋪到路面至混合料表面用吸水紙輕壓后看不到褐色斑點(diǎn)的時(shí)間為破乳時(shí)間，是決定稀漿混合料攤鋪到路面能否成型的施工控制條件。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7　破乳時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果表

由破乳時(shí)間試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果(表7)可看出，稀漿混合料通過調(diào)整不同的改性乳化瀝青及水的摻入量，能使破乳時(shí)間達(dá)到相同時(shí)間，為稀漿混合料的施工成型提供有利的時(shí)間準(zhǔn)備。

3.3　粘聚力試驗(yàn)

受施工不封閉的條件要求，對(duì)于稀漿混合料施工后的初凝時(shí)間和開放交通時(shí)間提出了更高要求，然而如何掌握稀漿混合料具備開放交通時(shí)間的條件，可通過對(duì)稀漿混合料的粘聚力是否滿足技術(shù)要求進(jìn)行控制，各油石比按要求進(jìn)行拌和后進(jìn)行的粘聚力試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8　粘聚力試驗(yàn)結(jié)果表

從表8可以看出，稀漿混合料的粘聚力滿足技術(shù)指標(biāo)30 min(初凝時(shí)間)1.2(N/m)、60 min(開放交通時(shí)間)2.0(N/m)的要求。

3.4　濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷車輪粘砂試驗(yàn)

通過在成型后的稀漿混合料上用濕輪磨耗儀磨耗一定時(shí)間后，測(cè)定試件磨耗前后單位磨耗面積的質(zhì)量差，用于確定稀漿混合料的最小瀝青用量和評(píng)價(jià)混合料配伍性以及混合料的抗水損壞能力。為了確定稀漿混合料最大瀝青用量，需進(jìn)行負(fù)荷車輪粘砂試驗(yàn)。對(duì)用于車轍填補(bǔ)的MS-3型混合料和罩面處治的MS-4型混合料，各油石比按要求進(jìn)行拌和后，其濕輪磨耗損失和負(fù)荷車輪的粘附砂量情況見表9~10。

表9　MS-3型濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷車輪粘砂試驗(yàn)結(jié)果表

表10　MS-4型濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷車輪粘砂試驗(yàn)結(jié)果表

表9~10的試驗(yàn)結(jié)果為確定稀漿混合料的最小瀝青用量和最大瀝青用量提供了參數(shù)依據(jù)。

4確定稀漿混合料最佳油石比

根據(jù)拌和試驗(yàn)表(見表6)、破乳時(shí)間試驗(yàn)表(見表7)、粘聚力試驗(yàn)表(見表8)的試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合稀漿混合料的外觀狀態(tài)，4個(gè)不同的油石比5%、6%、7%、8%在進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)檢測(cè)后，以MS-3型和MS-4型不同油石比的1 h濕輪磨耗值及粘附砂量繪制成關(guān)系曲線，見圖3~4，以1 h濕輪磨耗值接近540 g/m2時(shí)的油石比6%作為最小油石比Pb min，粘附砂量接近450 g/m2時(shí)的油石比8%為最大油石比Pb max，得出油石比的可選擇范圍為6%~8%。

通過得出的油石比可選范圍6%~8%及該微表處罩面處治工程的要求，綜合原路面狀況、當(dāng)?shù)貧夂蚣敖煌ㄒ蛩?，選出適宜的油石比為6.5%，在該油石比下的稀漿混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足該項(xiàng)施工工藝的要求。

通過確定各材料各項(xiàng)指標(biāo)及礦料級(jí)配成果，以及最佳油石比后，稀漿混合料配合比為礦料∶瀝青=100∶6.5，總用水量包括改性乳化瀝青中水量和外加水量。MS-3型和MS-4型稀漿混合料配合比見表11~12及圖3~4。

表11　MS-3型稀漿混合料配合比表

注：水泥外摻質(zhì)量占礦料質(zhì)量的2.0%。

表12　MS-4型稀漿混合料配合比表

注：水泥外摻質(zhì)量占礦料質(zhì)量的2.0%。

圖3　MS-3型稀漿混合料瀝青用量曲線圖

圖4　MS-4型稀漿混合料瀝青用量曲線圖

5施工應(yīng)用

通過對(duì)壇百高速公路的車轍修復(fù)及罩面處治工程施工，經(jīng)檢測(cè)微表處各項(xiàng)指標(biāo)均符合質(zhì)量檢驗(yàn)要求。

6結(jié)語(yǔ)

(1)改性乳化瀝青同礦料拌和時(shí)，加入的水對(duì)瀝青起稀釋作用，降低了瀝青乳液的黏度，使之能更好地流動(dòng)分散，加之瀝青微粒與礦料表面的離子電荷吸附作用，能使瀝青微粒完全裹覆在所有礦料的表面上，形成一定厚度的瀝青薄膜，使瀝青在骨料表面均勻分布，形成既有足夠的結(jié)構(gòu)瀝青粘附礦料，又無(wú)過多的自由瀝青，從而保證稀漿混合料硬化后的熱穩(wěn)性和強(qiáng)度。因此，對(duì)于加水量宜結(jié)合施工溫度，礦料含水量等情況適當(dāng)調(diào)整，保證稀漿混合料的成漿和易性，從而保證道路的路用性能、使用壽命等。

(2)微表處混合料用礦料質(zhì)量其4.75 mm以下部分的砂當(dāng)量指標(biāo)關(guān)系著改性劑的發(fā)揮改性效果，因此需對(duì)微表處用礦料的砂當(dāng)量從嚴(yán)要求。

(3)水泥為化學(xué)活性的填料，可適當(dāng)調(diào)整用量，從而調(diào)節(jié)混合料的可拌和時(shí)間、稠度等施工性能。

(4)添加劑影響混合料的施工性能及混合料的路用性能，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況通過試驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的選擇。

(5)微表處施工為邊攤鋪邊上料連續(xù)不間斷施工，為保證施工的順利進(jìn)行，保證施工質(zhì)量，因此拌和試驗(yàn)時(shí)攪拌速率應(yīng)與施工機(jī)械的攪拌速率接近，同時(shí)在施工前先調(diào)制好各種材料的配合比，攤鋪效果、配備的專用V字形車車轍攤鋪槽等均滿足施工條件要求后才能進(jìn)行車轍填補(bǔ)或罩面處治施工。

參考文獻(xiàn)

[1]交通部公路科學(xué)研究院.微表處和稀漿封層技術(shù)指南[R].

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

[3]JTG E42-2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

Gradation Ratio Design and Application of Micro-surfacing Mixtures in Tanbai Expressway Pavement

MA Yue-mei，ZHOU Xian-gao

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Abstract：Micro-surfacing is the primary means for preventive pavement maintenance，and with Guangxi Tanbai Expressway pavement rutting restoration project as the example，and combined with local traffic and weather conditions，this article introduced the gradation ratio design and application method of micro-surfacing mixtures，thereby providing the reference basis for the applications of local micro-surfa-cing process technology.

Key Words：Modified asphalt emulsion；Gradation design；Slurry mixtures；Design；Application

收稿日期：2014-10-10

文章編號(hào)：1673-4874(2015)02-0004-05

中圖分類號(hào)：U416.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.002

作者簡(jiǎn)介