微表處混合料路用性能影響因素分析

呂建偉

(山西省交通控股集團(tuán)呂梁南高速公路分公司，山西 汾陽 032200)

0 引言

微表處是瀝青路面常用的一種養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)，可修復(fù)瀝青路面病害，提高路面抗滑性能，延長道路的使用壽命。然而，在瀝青路面采用微表處技術(shù)養(yǎng)護(hù)維修過程中，會(huì)受到很多因素的影響，如果控制不當(dāng)會(huì)大大降低其養(yǎng)護(hù)維修效果。通過試驗(yàn)研究，確定集料、礦料級(jí)配和纖維含量三個(gè)指標(biāo)對(duì)微表處混合料路用性能的影響，分析確定合適的集料種類和級(jí)配類型，分析摻入纖維的作用，提高微表處混合料的質(zhì)量，提高養(yǎng)護(hù)維修效果。

1 組成材料對(duì)混合料性能的影響

1.1 集料對(duì)混合料的影響分析

為了研究不同集料對(duì)微表處混合料路用性能的影響，選取石灰?guī)r和玄武巖制備混合料，兩種集料各方面技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 微表處混合料集料技術(shù)指標(biāo)

選取石灰?guī)r和玄武巖為集料，分別在油石比5.5%，6.0%，6.5%，7.0%，7.5%拌制微表處混合料，開展?jié)褫喣ズ暮洼嗈H變形試驗(yàn)，通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定混合料路用性能，6 d濕輪磨耗試驗(yàn)和輪轍變形試驗(yàn)結(jié)果如表2，表3和圖1所示。

表2 不同集料6 d濕輪磨耗試驗(yàn)結(jié)果

表3 不同集料輪轍變形試驗(yàn)結(jié)果

分析6 d濕輪磨耗試驗(yàn)結(jié)果，在不同油石比下，以石灰?guī)r為集料的微表處混合料濕輪磨耗值較玄武巖大，說明玄武巖微表處混合料的抗水損性能更好。分析不同集料輪轍變形試驗(yàn)結(jié)果，在油石比相同的情況下，以玄武巖為集料的微表處混合料的寬度變形率較石灰?guī)r小，說明玄武巖微表處混合料的抗車轍變形能力優(yōu)于石灰?guī)r。綜合分析其原因，這是由于玄武巖的磨耗性和堅(jiān)固性均優(yōu)于石灰?guī)r，因此以其為集料的微表處混合料抗水損性能和抗車轍性能均優(yōu)于石灰?guī)r，應(yīng)優(yōu)先選用玄武巖作為微表處集料。

1.2 水泥用量對(duì)混合料路用性能的影響

水泥能調(diào)節(jié)微表處混合料的拌和時(shí)間、破乳時(shí)間等指標(biāo)，可有效提高混合料的路用性能。但隨著水泥用量的增加，混合料性能改善的幅度逐步趨緩，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求和工程造價(jià)，合理確定水泥用量。為了合理確定最佳水泥用量，分別選取油石比為5.5%,6%,6.5%,7%,7.5%，水泥用量為1%，2%，3%制備微表處混合料，分別開展性能試驗(yàn)分析混合料的抗磨耗性能和車轍性能，收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制1 h磨耗值和6 d磨耗值變化曲線如圖2，圖3所示，車轍性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

分析圖2,圖3混合料磨耗值曲線變化情況，隨著水泥含量的增加，混合料1 h和6 d的濕輪磨耗值逐步下降，說明隨著水泥含量增加抗磨耗性能得到了明顯提升。分析圖2和圖3曲線變化趨勢(shì)，水泥用量由1%增加到2%濕輪磨耗值下降趨勢(shì)較由2%增加到3%變緩，說明抗磨耗性能增長幅度隨水泥含量增加有所下降。

表4 不同水泥含量混合料輪轍變形試驗(yàn)結(jié)果

分析表4輪轍變形試驗(yàn)結(jié)果，在微表處混合料中加入水泥后，寬度變形和厚度變形試驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于沒有添加水泥的混合料。隨著水泥含量的增加，寬度變形率不斷下降，厚度變形率總體趨勢(shì)也是下降的，說明隨著水泥用量的增長混合料的抗車轍性能有所提高，但幅度不大。與水泥用量對(duì)混合料抗磨性相比，水泥對(duì)混合料抗車轍能力的提高效果不明顯，應(yīng)以抗磨耗性試驗(yàn)結(jié)果作為確定水泥用量的主要依據(jù)。

總之，水泥用量不是越高越好，應(yīng)通過試驗(yàn)合理確定用量范圍。在工程應(yīng)用中，混合料設(shè)計(jì)在滿足抗磨耗性能、稀漿和易性和施工要求的前提下，還要充分考慮經(jīng)濟(jì)性，合理確定最佳水泥用量，通?？刂圃?%以內(nèi)。

2 級(jí)配對(duì)混合料的影響分析

選取不同的礦料級(jí)配，開展試驗(yàn)研究微表處混合料使用性能變化情況。試驗(yàn)級(jí)配選取MS-Ⅲ型級(jí)配中值，并對(duì)礦料級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化，級(jí)配數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 微表處混合料試驗(yàn)級(jí)配

分別選配3種礦料級(jí)配，在最佳油石比下拌制微表處混合料，分別開展6 d濕輪磨耗試驗(yàn)和寬度變形率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 6 d濕輪磨耗試驗(yàn)和寬度變形率試驗(yàn)檢測結(jié)果

分析6 d濕輪磨耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)，礦料級(jí)配從粗到細(xì)6 d濕輪磨耗值不斷下降，粗集料最大，為641 g/m2，最小值為483 g/m2，但均滿足規(guī)范要求。由于粗級(jí)配混合料中大粒徑粒料含量較高，試驗(yàn)中容易被轉(zhuǎn)頭刮出，造成試驗(yàn)檢測結(jié)果偏大。由于粗級(jí)配混合料的抗水損性能較差，對(duì)于降雨量較大地區(qū)應(yīng)優(yōu)先選用中、細(xì)級(jí)配。

分析寬度變形率試驗(yàn)檢測結(jié)果，細(xì)級(jí)配微表處混合料檢測值最大，粗級(jí)配最小。隨著級(jí)配從粗到細(xì)，混合料寬度變形率不斷變大。粗級(jí)配混合料中大粒徑粒料含量較高，組成了良好的骨架結(jié)構(gòu)，大大提高了微表處混合料的抵抗車轍能力，有效控制了車轍變形。在選擇礦料級(jí)配時(shí)優(yōu)先選擇中值與下限之間的級(jí)配，以保證重交通等級(jí)道路的抗車轍能力。

3 纖維對(duì)混合料的影響分析

在微表處混合料中加入纖維，可以起到加筋作用，提高混合料的路用性能。為了檢測纖維對(duì)微表處混合料性能的影響，選取聚丙烯單絲纖維開展試驗(yàn)，所選纖維技術(shù)性能指標(biāo)如下：纖維直徑為(0.02±0.015)mm，拉伸強(qiáng)度不低于450 MPa，斷裂伸長率為15%～20%，纖維密度0.91 g/cm3，熔點(diǎn)為160 ℃～170 ℃，有較強(qiáng)的抗堿性能，且不吸水。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定最佳纖維摻量為2‰。在最佳油石比下，分別選取摻配纖維和不摻配纖維的微表處混合料開展6 d濕輪磨耗試驗(yàn)和寬度變形率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 6 d濕輪磨耗試驗(yàn)和寬度變形率試驗(yàn)檢測結(jié)果

分析表7試驗(yàn)數(shù)據(jù)，摻入纖維后，6 d濕輪磨耗檢測值有所增加，但增長幅度不大。這是由于纖維在加入過程中沒有拌和均勻，出現(xiàn)一定的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致6 d濕輪磨耗檢測值變大。分析寬度變形率試驗(yàn)檢測結(jié)果，加入2‰纖維的微表處混合料試驗(yàn)檢測結(jié)果較沒有加入纖維的混合料寬度變形率略低1%～2%，說明添加纖維可以提高混合料的抗車轍性能。

4 結(jié)語

為了研究集料、礦料級(jí)配和纖維對(duì)微表處混合料路用性能的影響，選取不同的材料制備混合料開展試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

1)分析6 d濕輪磨耗試驗(yàn)和寬度變形率試驗(yàn)結(jié)果，以玄武巖為集料的混合料水穩(wěn)定性明顯優(yōu)于石灰?guī)r，抗車轍變形能力也明顯優(yōu)于石灰?guī)r，在混合料配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選用；

2)隨著水泥用量的增加，微表處混合料的抗磨耗性能和抗車轍性能均得到了不同程度的提高，但抗磨耗性能提高的幅度較大，實(shí)踐中應(yīng)該以抗磨耗性能試驗(yàn)結(jié)果作為最佳水泥用量的依據(jù)，分析得出水泥用量應(yīng)控制在3%以內(nèi)；

3)粗級(jí)配混合料6 d濕輪磨耗試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)偏大，這是由于粗集料含量較大造成的，在降雨量較大地區(qū)應(yīng)優(yōu)先選用中、細(xì)級(jí)配；粗級(jí)配寬度變形率檢測值較小，這是由于粗級(jí)配內(nèi)部的粗集料含量高，形成骨架結(jié)構(gòu)提高了抗車轍能力，應(yīng)優(yōu)先選擇中值與下限之間的級(jí)配；

4)摻入2‰纖維的混合料寬度變形率有小幅度下降，說明摻入纖維可以提高微表處混合料的抗車轍性能。