一種新型瀝青路面坑槽修補(bǔ)材料的性能研究

鄧玉訓(xùn)，謝 群

1. 九江市公路管理局，江西 九江 332000 2. 江西省贛北公路勘察設(shè)計(jì)院，江西 九江 332000

0 引 言

采用冷補(bǔ)瀝青混合料是在常溫或低溫條件下修補(bǔ)瀝青路面坑槽最有效的方式，其具有不受天氣影響、施工簡(jiǎn)單、維修方便、封閉交通時(shí)間短、剩料可重復(fù)利用及節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，具有較高的推廣價(jià)值[1-4]。但是，由于國(guó)內(nèi)對(duì)冷補(bǔ)料路用性能和評(píng)價(jià)指標(biāo)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致市面上的冷補(bǔ)料良莠不齊，不能充分體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)；而且目前瀝青的冷補(bǔ)料仍普遍存在初期強(qiáng)度不高、耐久性差、接縫黏結(jié)力弱、易受水損壞產(chǎn)生二次病害等問(wèn)題[5]。國(guó)外對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料的理論研究和實(shí)際應(yīng)用起步較早且技術(shù)較為成熟，尤其在冷補(bǔ)料級(jí)配理論方面相對(duì)全面，最具有代表性的包括：前蘇聯(lián)研發(fā)的懸浮密實(shí)型，它的細(xì)集料多、礦粉多、粗集料少，初期強(qiáng)度高，但和易性差；加拿大研發(fā)的骨架空隙型強(qiáng)調(diào)粗集料的嵌擠，細(xì)集料少、礦粉少，和易性好，但難以壓實(shí)；美國(guó)研發(fā)的骨架密實(shí)型兼具兩者的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)對(duì)于冷補(bǔ)料的礦料級(jí)配形成、強(qiáng)度形成等理論研究較晚， 最有代表的就是呂偉民教授對(duì)冷補(bǔ)料的設(shè)計(jì)原理、級(jí)配理論等方面的研究，提出了適用于中國(guó)的冷補(bǔ)瀝青混合料的技術(shù)要求，推動(dòng)了該技術(shù)的研發(fā)和實(shí)踐推廣[6]。

本文針對(duì)冷補(bǔ)料現(xiàn)存的問(wèn)題，研發(fā)一種基于高分子樹(shù)脂材料的瀝青路面坑槽冷補(bǔ)料，并針對(duì)影響高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料路用性能的集料類型、級(jí)配類型、擊實(shí)方法、養(yǎng)生條件等進(jìn)行試驗(yàn)研究，證明這種高分子樹(shù)脂型瀝青路面坑槽冷補(bǔ)料的性能優(yōu)異且具有一定的發(fā)展前景和市場(chǎng)推廣價(jià)值。

1 影響冷補(bǔ)瀝青混合料性能的因素

冷補(bǔ)液性質(zhì)、礦料類型以及礦料級(jí)配決定著冷補(bǔ)料的骨架結(jié)構(gòu)，施工技術(shù)、碾壓流程（室內(nèi)試驗(yàn)中擊實(shí)方法和養(yǎng)生條件）等決定等冷補(bǔ)料的嵌擠程度、體積參數(shù)以及稀釋劑的揮發(fā)速率等。本文將著重考慮集料類型、級(jí)配類型、擊實(shí)方法及養(yǎng)生條件等對(duì)高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料性能的影響。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

本文基于對(duì)重慶地區(qū)的氣候特征、交通條件以及路面結(jié)構(gòu)類型等方面[8-9]的調(diào)查，考慮該地區(qū)瀝青路面常用的集料類型、級(jí)配類型對(duì)高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料性能的影響，并根據(jù)不同的擊實(shí)和養(yǎng)生條件，研究適用于重慶地區(qū)的高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料設(shè)計(jì)方法。

2.1 集料類型的影響

不同類型集料的化學(xué)成分、酸堿性、表面形態(tài)、力。重慶地區(qū)瀝青路面常用的集料類型為石灰?guī)r、玄武巖，試驗(yàn)對(duì)這2種集料采用規(guī)范推薦的LB-13型級(jí)配（圖1），根據(jù)確定的最佳油石比成型2套馬歇爾試件，并分別對(duì)其穩(wěn)定度及物理指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比、分析，結(jié)果如表1所示。

圖1 LB-13級(jí)配設(shè)計(jì)

表1 不同集料的冷補(bǔ)料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知：4種級(jí)配的普通馬歇爾穩(wěn)定度和浸水馬歇爾穩(wěn)定度，從大到小依次為SMA-13、AC-13、LB-13、OGFC-13；4種級(jí)配的殘留穩(wěn)定度從大到小依次為SMA-13 、LB-13、AC-13、OGFC-13?？傮w來(lái)看，SMA-13由試驗(yàn)結(jié)果可知：石灰?guī)r冷補(bǔ)料較玄武巖空隙率小、穩(wěn)定度高、流值大，能夠更好地滿足路面使用要求。因?yàn)樾鋷r中SiO2的含量較大，巖性呈酸性，密度、硬度較大，與瀝青膠結(jié)料的黏附性較石灰?guī)r小，在常溫下冷補(bǔ)料的拌合、擊實(shí)過(guò)程中，礦料剛度較大不易被擊實(shí)，礦料間距變化較小，嵌擠程度較弱，所以成型后的空隙率較大、穩(wěn)定度較小、流值小。因此，在考慮高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料性能時(shí)集料類型的影響不容忽略。

2.2 級(jí)配類型的影響

在瀝青混合料的組成中，礦料的質(zhì)量約為總質(zhì)量的95%，礦料的級(jí)配決定著混合料的嵌擠程度，與混合料性能密切相關(guān)，且不同的礦料級(jí)配適用的地域范圍、公路等級(jí)、氣候及交通條件也不同[11]。所以，本試驗(yàn)針對(duì)重慶地區(qū)瀝青路面常用的4種級(jí)配類型SMA-13、AC-13、OGFC-13及LB-13（圖2）進(jìn)行研究。集料選擇石灰?guī)r，測(cè)試不同類型級(jí)配下高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料的高、低溫性能及抗水損壞性能。混合料的穩(wěn)定性和抗水損壞能力明顯優(yōu)于另外3種；LB-13和AC-13 的穩(wěn)定性和抗水損壞能力相差不大，但AC-13浸水后穩(wěn)定度下降較快，抗水損壞的性能較弱；OGFC-13的2種性能均較差。

圖2 不同級(jí)配類型的級(jí)配曲線

2.2.1 級(jí)配類型對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度影響

確定各個(gè)級(jí)配的最佳油石比，分別成型不同級(jí)配的馬歇爾試件，并測(cè)試試件的普通馬歇爾穩(wěn)定度和浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度，結(jié)果如圖3、4所示。

圖3 不同級(jí)配冷補(bǔ)料的穩(wěn)定度

圖4 不同級(jí)配冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度

分析原因?yàn)椋嚎障堵蕦?duì)不同級(jí)配類型瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性具有顯著影響[12]， SMA-13、AC-13、LB-13均為密級(jí)配，細(xì)集料較多，空隙率較??；OGFC-13為開(kāi)級(jí)配，其密實(shí)度相對(duì)較差，空隙率較大，集料間的接觸面積減少，浸水后試件內(nèi)部存在大量應(yīng)力空洞，所以O(shè)GFC-13的穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度都較低。由級(jí)配曲線可以看出，SMA-13級(jí)配要比AC-13和LB-13粗，試件骨架較為明顯，穩(wěn)定性較好，再者SMA-13的細(xì)集料偏多、油量偏大，密實(shí)性較好，浸水后穩(wěn)定度變化較小，殘留穩(wěn)定度較高。AC-13級(jí)配明顯比LB-13偏細(xì)，但AC-13的空隙率較LB-13小，所以兩者的穩(wěn)定度相差不大。

2.2.2 級(jí)配類型對(duì)高溫性能的影響

各縣市區(qū)每年按當(dāng)年新增土地流轉(zhuǎn)面積，由財(cái)政部門獎(jiǎng)勵(lì)、村集體補(bǔ)助、流入主體提取一定標(biāo)準(zhǔn)，建立土地流轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)保障金（每年每公頃提取8～10元），當(dāng)流入主體因遭受重大自然災(zāi)害、死亡、破產(chǎn)等原因致使合同無(wú)法繼續(xù)履行時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)保障金用于支付農(nóng)戶土地流轉(zhuǎn)費(fèi)，化解了土地流轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

按照最佳油石比成型不同級(jí)配的冷補(bǔ)料車轍板，并在60 ℃條件下測(cè)試試件的動(dòng)穩(wěn)定度，結(jié)果如圖5所示。固性材料性能的發(fā)揮，所以表現(xiàn)出動(dòng)穩(wěn)定度相比AC-13和OGFC-13較小。

2.2.3 級(jí)配類型對(duì)低溫性能的影響

冷補(bǔ)料低溫性能采用大梁低溫三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，將不同級(jí)配的成型試件在－10 ℃的溫度下保存 5 h，測(cè)試各試件的三點(diǎn)彎曲指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖6所示。

表2 不同級(jí)配類型冷補(bǔ)料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

圖6 不同級(jí)配冷補(bǔ)料的低溫勁度模量

圖5 不同級(jí)配冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度

由試驗(yàn)結(jié)果可知：4種級(jí)配都具有較高的動(dòng)穩(wěn)定度，完全滿足抗車轍性能要求，其中級(jí)配AC-13和OGFC-13的高溫穩(wěn)定性要明顯高于 SMA-13和LB-13。

分析原因?yàn)椋河捎诓捎玫姆磻?yīng)型樹(shù)脂膠結(jié)料本身具有熱固性，使這4種級(jí)配冷補(bǔ)混合料的動(dòng)穩(wěn)定度都比較高；熱固性材料隨著溫度的上升、時(shí)間的延長(zhǎng)，其硬度不斷增大，OGFC-13級(jí)配混合料的空隙率較大，冷補(bǔ)液中的稀釋劑易于揮發(fā)，加快了樹(shù)脂材料的反應(yīng)速率，提高了冷補(bǔ)料的強(qiáng)度；AC-13比LB-13、SMA-13的級(jí)配較細(xì)，其冷補(bǔ)料結(jié)構(gòu)類型為懸浮密實(shí)型，強(qiáng)度的形成大部分依靠膠結(jié)料的性能，測(cè)試?yán)溲a(bǔ)料的高溫性能時(shí)，正好體現(xiàn)出熱固性材料的優(yōu)勢(shì)，而SMA-13、LB-13的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)阻礙了熱

由試驗(yàn)結(jié)果可知：低溫條件下LB-13、OGFC-13、SMA-13三組級(jí)配的彎拉強(qiáng)度差別不大，但明顯高于AC-13型級(jí)配；級(jí)配AC-13和LB-13的彎拉應(yīng)變差別不大，級(jí)配SMA-13和OGFC-13的彎拉應(yīng)變差別不大，但前兩者的彎拉應(yīng)變明顯高于后者的彎拉應(yīng)變；級(jí)配OGFC-13和SMA-13的勁度模量差別較小，LB-13勁度模量適中，AC-13最差。

分析原因?yàn)椋涸诘蜏貤l件下樹(shù)脂膠結(jié)料呈現(xiàn)變硬、變脆的特性，成型試件的低溫彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變大部分取決于礦料級(jí)配特征，即礦料的嵌擠程度、礦料級(jí)配的連續(xù)性；AC-13冷補(bǔ)瀝青混合料的骨架結(jié)構(gòu)為懸浮密實(shí)型，礦料間嵌擠程度較弱，而低溫條件下樹(shù)脂膠結(jié)料的黏結(jié)性、塑性又差，所以AC-13的低溫彎拉強(qiáng)度較低；低溫條件下，粗集料的收縮性比細(xì)集料小，SMA-13和OGFC-13級(jí)配的粗集料含量較多且級(jí)配類型為間斷級(jí)配，粗細(xì)集料間的冷縮性不均勻，彎拉應(yīng)變的大小取決于粗集料的嵌擠程度，所以SMA-13和OGFC-13的低溫彎拉應(yīng)變較小；勁度模量表示混合料抵抗變形的能力，SMA-13和OGFC-13級(jí)配冷補(bǔ)料粗集料含量較多，骨架結(jié)構(gòu)明顯，所以具有較高的勁度模量。

綜上所述，不同級(jí)配類型下，高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料的高、低溫性能以及水穩(wěn)定性能都能夠很好地滿足路用性能的要求，但不同級(jí)配混合料之間的差別也較大，所以要根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料的級(jí)配。

2.3 擊實(shí)方法和養(yǎng)生條件的影響

現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于冷補(bǔ)瀝青混合料的擊實(shí)方法和養(yǎng)生條件沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行探索、研究。室內(nèi)冷補(bǔ)料的馬歇爾擊實(shí)方法和養(yǎng)生條件能夠?yàn)閷?shí)際工程冷補(bǔ)料攤鋪和碾壓提供參考。

2.3.1 擊實(shí)方法的影響

不同擊實(shí)次數(shù)下，LB-13型冷補(bǔ)瀝青混合料的吸水率、密度、空隙率、穩(wěn)定度等如表3所示。

表3 不同擊實(shí)次數(shù)下冷補(bǔ)料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表3知：隨著擊實(shí)次數(shù)的增加，高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)瀝青混合料的吸水率、空隙率明顯減小，穩(wěn)定度明顯增加，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程條件確定冷補(bǔ)料的擊實(shí)次數(shù)。

2.3.2 養(yǎng)生條件的影響

將制備的馬歇爾試件在不同溫度下保溫，觀察溫度對(duì)高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料性能的影響，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知：隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高、養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料的初始穩(wěn)定度不斷提高，所以在實(shí)際施工過(guò)程控制好溫度，可以快速提高冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度，縮短封閉交通時(shí)間。

圖7 不同養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)冷補(bǔ)料性能的影響

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了重慶地區(qū)常見(jiàn)的集料類型、級(jí)配類型以及擊實(shí)方法和養(yǎng)生條件對(duì)高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料路用性能的影響，結(jié)論如下。

（1）對(duì)比LB-13級(jí)配條件下石灰?guī)r和玄武巖冷補(bǔ)料的穩(wěn)定性，結(jié)果表明：石灰?guī)r型的高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料穩(wěn)定度較高。

（2）礦料級(jí)配類型對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料高、低溫性能及水穩(wěn)定性的影響尤為重要。SMA-13水穩(wěn)定性好，AC-13高溫穩(wěn)定性好，LB-13的低溫性能優(yōu)越且綜合性能好。由此可見(jiàn)，高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料的水穩(wěn)定性主要受空隙率影響，高溫穩(wěn)定性受其礦料的骨架結(jié)構(gòu)影響較大，低溫穩(wěn)定性主要與其級(jí)配的連續(xù)性有關(guān)。

（3）對(duì)比不同擊實(shí)次數(shù)、不同養(yǎng)護(hù)溫度下高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料的馬歇爾穩(wěn)定度可知，隨著擊實(shí)次數(shù)的增加，高分子樹(shù)脂冷補(bǔ)料的吸水率、空隙率減小，穩(wěn)定度增加，隨著養(yǎng)護(hù)溫度升高、養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，其初始穩(wěn)定度不斷提高。

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