乳化瀝青稀漿封層混合料配合比設(shè)計(jì)研究

劉開(kāi)俄，邱成江，余明坤

(云南省建筑科學(xué)研究院，云南 昆明 650223)

0 前言

近年來(lái)瀝青混凝土路面在公路工程中以行車(chē)舒適、噪音低、揚(yáng)塵少、養(yǎng)護(hù)維修方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)外大部分高等級(jí)公路路面采用瀝青混凝土面層，我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)中，瀝青混凝土路面占主導(dǎo)地位。而隨著大量的熱拌熱鋪瀝青混凝土的使用，不僅浪費(fèi)了資源，而且也對(duì)環(huán)境造成了污染。為了解決這一系列的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)人不斷的探索，乳化瀝青稀漿封層混合料以耐磨、抗滑、防水、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、用途廣、施工方便等優(yōu)點(diǎn)在公路工程中得到了迅速的發(fā)展。隨著各等級(jí)公路的大量建設(shè)，對(duì)乳化瀝青稀漿混合料的要求也越來(lái)越高，此時(shí)乳化瀝青稀漿混合料配合比就顯得尤為重要。本文以在公路工程建設(shè)中如何對(duì)稀漿封層(ES－2 型)混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

1 稀漿封層混合料配合比設(shè)計(jì)步驟

1.1 乳化瀝青稀漿混合料及稀漿封層

稀漿封層的稠度較稀，形態(tài)似漿狀，鋪筑厚度一般在2.5 ～10 mm 之間。

1.2 稀漿封層混合料配合比設(shè)計(jì)步驟

1)根據(jù)選擇的級(jí)配類(lèi)型，按規(guī)范或設(shè)計(jì)要求確定礦料的級(jí)配范圍。計(jì)算各種集料的配合比例，使合成級(jí)配在要求的級(jí)配范圍內(nèi)。

2)根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)初選乳化瀝青、填料、水和外加劑用量，進(jìn)行稠度試驗(yàn)和粘聚力試驗(yàn)。可拌和時(shí)間的試驗(yàn)溫度應(yīng)考慮最高施工溫度，粘聚力試驗(yàn)的溫度應(yīng)考慮施工中可能遇到的最低溫度。

3)根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果和稀漿混合料的外觀狀態(tài)，選擇1 ～3 個(gè)認(rèn)為合理的混合料配比，按稀漿封層混合料規(guī)定的技術(shù)要求試驗(yàn)稀漿混合料的性能，如不符要求，適當(dāng)調(diào)整各種材料的配合比例再試驗(yàn)，直至符合要求為止。

4)當(dāng)設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)，可將初選的1 ～3個(gè)混合料配比分別變化不同的瀝青用量(瀝青用量一般在6.0%～8.5%之間)，按稀漿封層混合料規(guī)定的技術(shù)要求重復(fù)試驗(yàn)，并分別將不同瀝青用量的1 h 濕輪磨耗值及砂粘附量繪制成瀝青用量—磨耗值關(guān)系曲線圖。以磨耗值接近稀漿封層混合料規(guī)定的技術(shù)要求的瀝青用量作為最小瀝青用量，砂粘附量接近稀漿封層混合料規(guī)定的技術(shù)要求的瀝青用量為最大瀝青用量，從而得出瀝青用量的可選擇范圍。

5)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，在充分考慮氣候及交通特點(diǎn)的基礎(chǔ)上在瀝青用量的可選范圍內(nèi)選擇適宜的瀝青用量，綜合確定混合料配比。

2 稀漿封層(ES－2 型)混合料配合比設(shè)計(jì)要求

1)ES－2 型礦料級(jí)配應(yīng)符合規(guī)范要求，見(jiàn)表1。

表1 ES－2 型礦料級(jí)配技術(shù)指標(biāo)

2)乳化瀝青稀漿封層室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 乳化瀝青稀漿封層室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

3 材料的選取

3.1 乳化瀝青

乳化瀝青在混合料中起粘結(jié)作用，它的性質(zhì)對(duì)骨料的裹覆粘結(jié)力及破乳成型時(shí)間有直接影響，關(guān)系到稀漿封層使用耐久性及鋪后開(kāi)放交通時(shí)間的長(zhǎng)短。本試驗(yàn)通過(guò)多次試驗(yàn)最終選用某公司配置的BC－1 乳化瀝青，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相應(yīng)規(guī)范要求。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果

3.2 礦料

礦料在稀漿封層混合料中起骨架作用，其最大粒徑由稀漿封層的厚度決定，礦料要有良好的級(jí)配，材質(zhì)要堅(jiān)硬、耐磨、表面粗糙，不含泥土雜物和超粒徑顆料。一般按照就地取材原則選用優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r石料生產(chǎn)的機(jī)制砂或石屑，各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足要求。本次試驗(yàn)采用某廠生產(chǎn)的石灰石集料4#料。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4 和表5。

表4 4#集料料篩分結(jié)果

3.3 填料

填料的作用主要是:改善級(jí)配、調(diào)節(jié)破乳速度、提高稀漿封層的穩(wěn)定性和早期強(qiáng)度。一般選用水泥、粉煤灰、礦粉。最常用的填料為普通水泥，也可用石灰粉。使用石灰粉要做篩分試驗(yàn)，小于0.075 mm 的顆粒不小于80%。填料的用量不大于3%(占干骨料的百分比)，在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)也不摻填料。本次試驗(yàn)礦料的級(jí)配良好，在此不選用填料。

表5 集料4#料試驗(yàn)結(jié)果

3.4 外加劑

外加劑一般起緩凝、速凝等調(diào)節(jié)破乳速度的作用。根據(jù)實(shí)際情況選用一種，用量多少根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定。在此次配合比中不做探討。

3.5 水

水在稀漿封層混合料中主要起稀釋作用，用改變加水量來(lái)保證稀漿封層混合料要求的稠度，保證良好的攤鋪狀態(tài)。水量不足稀漿流動(dòng)性差。水量過(guò)多，稀漿則離析流淌，影響封層質(zhì)量。混合料中的水包括骨料中的水、乳液中的水和外加水，外加水的用量為干骨料的6%～11%，而混合料總的含水量為干骨料的12%～20%之間?；旌狭舷{的含水量應(yīng)由坍落度試驗(yàn)確定，一般為2 ～3 cm 之間。

4 稀漿封層ES－2 型混合料配合比試驗(yàn)

1)礦料級(jí)配組成見(jiàn)表6;合成級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

表6 礦料級(jí)配組成

2)稀漿封層混合料稠度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7;稀漿封層混合料稠度與用水量的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖1 ES－2 型合成級(jí)配曲線圖

表7 混合料稠度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 稠度與用水量的關(guān)系圖

從表7 和圖2 中可得出稀漿封層混合料的用水量范圍為5.3%～6.6%，其用水量以6.0%較好。

3)濕輪磨耗WTAT 試驗(yàn)。

不同乳化瀝青用量的試件，進(jìn)行1 h 的磨耗試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8;濕輪磨耗值與乳化瀝青用量的關(guān)系見(jiàn)圖3。

表8 濕輪磨耗試驗(yàn)結(jié)果

從表8 和圖3 中可以得出稀漿封層混合料的最小乳化瀝青用量不得小于10.7%。

4)粘附砂量LWT 試驗(yàn)。

用不同乳化瀝青用量的試件，進(jìn)行負(fù)荷輪粘砂試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9;粘附砂量LWT 與乳化瀝青用量的關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖3 濕輪磨耗值與乳化瀝青用量關(guān)系圖

表9 粘附砂量試驗(yàn)結(jié)果

圖4 粘附砂量與乳化瀝青用量關(guān)系圖

根據(jù)表9 和圖4 中可以得出稀漿封層混合料的最大乳化瀝青用量不得大于15.0%。

5)最佳乳化瀝青用量的確定。

根據(jù)規(guī)范要求及以上試驗(yàn)結(jié)果，可取10.7%～15.0%為乳化瀝青用量容許范圍，取中值為最佳用量。即乳化瀝青用量12.9%為最佳用量，見(jiàn)圖5。

圖5 最佳乳化瀝青用量圖

6)拌和時(shí)間與粘結(jié)力試驗(yàn)。

用最佳乳化瀝青用量為12.9%，用水量為6.0%的混合料進(jìn)行拌和時(shí)間與粘聚力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 拌合時(shí)間與粘聚力試驗(yàn)結(jié)果

5 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述試驗(yàn)，確定乳化瀝青稀漿封層混合料的配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如下:

礦料∶最佳乳化瀝青用量∶水=100 ∶12.9 ∶6.0。

6 結(jié)論

1)要做好一組稀漿封層混合料配合比設(shè)計(jì)，首先要保證原材料的質(zhì)量，其次要提高試驗(yàn)人員的操作技能，保證儀器的精度，嚴(yán)格按試驗(yàn)規(guī)程操作，將試驗(yàn)誤差減到最小。稀漿封層混合料配合比設(shè)計(jì)，是從理論到實(shí)際的關(guān)鍵階段，只有這樣，稀漿封層的質(zhì)量才能得到有效的保障。

2)在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，由于施工時(shí)的季節(jié)與氣候條件以及路面溫度等的變化，對(duì)其施工操作性產(chǎn)生變化;因而在實(shí)際施工中，對(duì)水泥、水、破乳調(diào)節(jié)劑等原材料要進(jìn)行微量調(diào)整。這種因施工條件的變化，而進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)配合比調(diào)整是很重要的，也是必要的。在實(shí)際施工過(guò)程中，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)整的稀漿封層混合料的配合比為準(zhǔn)。

3)對(duì)于稀漿封層的施工質(zhì)量的好壞，取決于施工地段氣候、道路交通載重量、材料質(zhì)量、乳化瀝青質(zhì)量、施工工藝等多種因素。

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