冷拌瀝青混合料在干線公路上面層的應(yīng)用及跟蹤觀測研究

文/高壯元、王金華、秦彤、安豐偉

1 前言

近些年來，隨著我國對于環(huán)境問題的日益重視，建立布局科學(xué)、生態(tài)友好、清潔低碳、集約高效的綠色交通運輸體系已成為道路建設(shè)的一個重點指導(dǎo)方向。瀝青混合料冷拌技術(shù)因其低能耗、低排放、低污染，施工簡單，可以及時改善路面病害，增加路面使用年限，節(jié)省養(yǎng)護費用等優(yōu)點而備受關(guān)注，被廣泛用于病害修補、薄層處治等工程[1][2][3]。然而，相比于熱拌瀝青混合料，冷拌再生瀝青混合料的路用性能相對較差，基本只能是應(yīng)用在低等級公路路面的罩面層施工中[4]。為研究冷拌瀝青混合料作為干線公路瀝青路面面層的可行性與實用性，文章基于干線公路改造工程，進行了冷拌瀝青混合料設(shè)計與應(yīng)用，并對其進行了跟蹤觀測，為以后冷拌瀝青混合料在干線公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層中的應(yīng)用提供借鑒依據(jù)。

2 冷拌瀝青混合料設(shè)計

2.1 原材料

文章選擇SBS復(fù)合改性乳化瀝青作為膠結(jié)料，其技術(shù)指標(biāo)滿足拌合用乳化瀝青技術(shù)要求[5]。礦料選擇滿足規(guī)范要求的石灰?guī)r集料和石灰?guī)r礦粉；固化劑采用可形成冷拌瀝青混合料早期強度和調(diào)整瀝青路面剛?cè)嶂笜?biāo)的添加劑（白色粉末狀固體）；水選用干凈的飲用自來水。

2.2 冷拌瀝青混合料配合比

目前，由于國內(nèi)尚無冷拌乳化瀝青混合料的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因此，文章基于已有工程經(jīng)驗，選擇了不會輕易發(fā)生離析現(xiàn)象的連續(xù)級配乳化瀝青混合料，同時考慮到混合料空隙率不能太大，以免水穩(wěn)定性較差，空隙率也不能太小，從而不利于強度的形成等因素，參考熱拌瀝青混合料AC-13的級配范圍進行級配選擇和調(diào)試，設(shè)計結(jié)果如圖1所示。

基于該級配對混合料進行馬歇爾試驗，成型方法參考冷補料成型的方法[5]，并在110℃、24h條件下進行室內(nèi)加速養(yǎng)生條件。綜合混合料的空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度及流值等試驗結(jié)果，確定了冷拌瀝青混合料的最佳油石比為5.9%（殘留物），用水量為2.5%，對應(yīng)的混合料體積指標(biāo)如表1所示。

3 路用性能驗證

通過浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗和低溫小梁彎曲試驗，對冷拌混合料的抗水損害性能，高、低溫穩(wěn)定性能進行了驗證[6]，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 路用性能試驗結(jié)果

表2試驗結(jié)果表明，該冷拌瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能優(yōu)異，動穩(wěn)定度結(jié)果高于改性瀝青熱拌混合料的技術(shù)要求；水穩(wěn)定性能滿足半干、干旱區(qū)普通瀝青混合料的技術(shù)要求；低溫性能滿足冬寒區(qū)普通熱拌瀝青混合料的技術(shù)要求?？傮w來講，該冷拌瀝青混合料已經(jīng)達到了熱拌瀝青混合料路用性能技術(shù)水平[7]。

4 工程實施驗證

在江蘇省原省道S226響水段路面維修工程中，進行了冷拌瀝青混合料AC-13試驗段鋪筑，鋪筑厚度4cm。采用改裝的稀漿封層車現(xiàn)場拌和，通過熱拌瀝青混合料攤鋪機攤鋪。由于乳化瀝青破乳及強度形成需要一定的時間間隔，路面鋪筑結(jié)束后需進行嚴(yán)格的交通管制，本試驗段鋪筑完成后封閉交通6小時左右。

圖2 混合料攤鋪

圖3 混合料碾壓

圖4 碾壓完成后路面

5 跟蹤觀測

試驗段鋪筑完成后，由于乳化瀝青混合料強度形成是一個循序漸進的過程，與周圍環(huán)境（如氣溫、風(fēng)速等）和齡期等密切相關(guān)[8]，在試驗段實施完成20天后進行了取芯、滲水等試驗檢測。為驗證冷拌瀝青混合料面層應(yīng)用效果，于通車23個月后再次進行跟蹤觀測，兩次跟蹤觀測試驗段外觀如圖5所示。

圖5 試驗段外觀狀況

如圖5所示，兩次跟蹤觀測試驗段外觀整體狀況較好，未出現(xiàn)開裂、坑槽等病害現(xiàn)象。但是路肩位置，由于施工時邊緣碾壓不足，出現(xiàn)了明顯的松散現(xiàn)象。

將兩次跟蹤觀測滲水試驗結(jié)果匯總于表3之中，壓實度檢測結(jié)果繪于圖6之中。

表3 滲水試驗結(jié)果

圖6 試驗路段路面取芯試驗結(jié)果

從表3滲水試驗結(jié)果可以看出，通車23個月后路面滲水系數(shù)明顯小于通車20天后路面滲水系數(shù)。這是由于在20天時，混合料內(nèi)部仍有部分乳化瀝青未完全破乳，水分未完全蒸發(fā)，隨著行車荷載和外界環(huán)境的影響，水分逐漸蒸發(fā)混合料也逐漸密實。另外通車20天時距土路肩3.5m處的路面滲水系數(shù)明顯小于距土路肩2m處，而通車23個月后，檢測結(jié)果卻相反。這主要由于通車初期，路面的壓實狀況及滲水系數(shù)主要受施工過程碾壓效果的影響，而隨著通車時間的延長，行車荷載的反復(fù)作用對其產(chǎn)生了較大的影響，距土路肩2m處基本位于大多數(shù)車輛的行車帶范圍，來往車輛碾壓次數(shù)遠(yuǎn)超過道路中間位置。

圖6中兩次壓實度試驗結(jié)果也表明，隨著通車時間的延長，在行車荷載的反復(fù)作用下，路面壓實度逐漸增大。

6 結(jié)論

6.1 滲水試驗和芯樣壓實度檢測結(jié)果表明，冷拌瀝青路面通車后在行車荷載的作用下會進一步密實，導(dǎo)致滲水系數(shù)減小，壓實度增加；

6.2 兩次跟蹤觀測表明，試驗段外觀整體狀況較好，未出現(xiàn)開裂、坑槽等病害現(xiàn)象。但路肩位置，出現(xiàn)了明顯的松散現(xiàn)象，建議冷拌混合料在后期應(yīng)用過程中加強接縫以及邊緣的碾壓。

6.3 試驗段實施狀況及通車近兩年的實施效果，驗證了冷拌瀝青混合料作為干線公路路面路面結(jié)構(gòu)層具有很好的可行性與實用性，尤其是對于半干、干旱區(qū)等水穩(wěn)定性要求較低的地區(qū)的綠色公路建設(shè)具有重要的參考意義。