水泥瀝青混凝土在高速公路通信工井周邊路面修補(bǔ)中的應(yīng)用

李香可

摘要：文章以南寧環(huán)城高速公路工程為例，將水泥瀝青混凝土作為高速公路通信工井外圍材料，經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)施工驗(yàn)證等方式與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的工井外圍材料進(jìn)行分析與比較，以評(píng)估水泥瀝青混凝土應(yīng)用于工井外圍材料的可行性。試驗(yàn)結(jié)果顯示，水泥瀝青混凝土的感溫性低，且在高溫下可加速水化反應(yīng)而產(chǎn)生有利于力學(xué)強(qiáng)度的發(fā)展，在水泥瀝青混凝土的路面試驗(yàn)中均表現(xiàn)出較好的性能;應(yīng)用于回填及修補(bǔ)材料方面，水泥瀝青混凝土兼具高工作性與好開(kāi)挖的特性，證明其應(yīng)用于開(kāi)挖頻繁的工井外圍具有較好的效果。

關(guān)鍵詞：工井;修補(bǔ)材料;回填材料;水泥瀝青混凝土

0 引言

市區(qū)道路由于道路交通頻繁，工井設(shè)置密集，導(dǎo)致面層材料常因無(wú)法抵抗車(chē)轍而產(chǎn)生沉降量與路面高低差，其中尤以柔性路面材料最為明顯。本研究以乳化瀝青與水泥常溫拌和成水泥瀝青膠漿（CAP）作為粘結(jié)料，再與粒料拌制成水泥瀝青混凝土。由于水泥瀝青混凝土的力學(xué)特性界于剛性材料與柔性材料之間，將其應(yīng)用于工井外圍面層作為補(bǔ)強(qiáng)材料，對(duì)抵抗路面車(chē)轍與提升材料本身的力學(xué)性質(zhì)與耐久性質(zhì)定能有所助益。

1 項(xiàng)目概況

南寧繞城高速公路原稱南寧環(huán)城高速公路，全長(zhǎng)約82 km，于2003-12-28全線貫通。2016-07-31起，南寧繞城高速安吉互通立交至南北高速公路那馬北互通立交段移交南寧市政府，并升級(jí)為那安快速路，周邊部分落地段增設(shè)通信工井等配套結(jié)構(gòu)設(shè)施，在施工后，由于種種原因，工井頂面與周邊路面高差較大，故需采取一定手段補(bǔ)平此高差，確保行車(chē)安全。

根據(jù)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位與施工單位三方聯(lián)合研究決定，本次路面修補(bǔ)需根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)情況確定最終修補(bǔ)材料。通過(guò)咨詢多家本地科研團(tuán)隊(duì)后，決定選取熱拌密級(jí)配瀝青混凝土（DGAC）、樹(shù)脂瀝青混凝土（RAC）及水泥瀝青混凝土（CAC）作為工井外圍材料，經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段試驗(yàn)，評(píng)估試驗(yàn)效果后，找出適合本地區(qū)交通特性的工井外圍材料及工法。

2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)控制

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1 粘結(jié)料

（1）水泥瀝青膠漿：采用水泥瀝青膠漿（CAP）。

（2）改質(zhì)瀝青Ⅲ型：采用某瀝青公司所提供的改質(zhì)瀝青Ⅲ型（PMA3）。

（3）AC-20瀝青膠泥：采用中石油公司所生產(chǎn)的瀝青膠泥（AC20）。

2.1.2 粒料

（1）粗粒料：粗粒料是指停留在NO.8篩的粒料，由本地某預(yù)拌混凝土廠提供。

（2）細(xì)粒料：細(xì)粒料是指通過(guò)NO.8篩而停留在NO.100篩的砂，由本地某預(yù)拌混凝土廠提供。

（3）填充料：采用石粉，以取代停留與通過(guò)NO.200篩的粒料，由本地某材料商處采購(gòu)。

2.2 試驗(yàn)變量

本研究為評(píng)估水泥瀝青混凝土應(yīng)用于工井外圍材料的可行性，因此通過(guò)變換工井外圍材料的種類(lèi)而規(guī)劃出3種材料進(jìn)行探討，組別配置為控制組與對(duì)照組共3種材料的配比設(shè)計(jì)。其中以密級(jí)配瀝青混凝土（DGAC）與現(xiàn)今各管線施工單位所使用的樹(shù)脂瀝青混凝土（RAC）一同列為控制組，其中DGAC分別以AC-20瀝青膠泥（AC20）及改質(zhì)瀝青Ⅲ型（PMA3）作為粘結(jié)料拌制成瀝青混凝土，而將干拌水泥瀝青混凝土（DCAC）作為對(duì)照組進(jìn)行試驗(yàn)室材料試驗(yàn)，以探討水泥瀝青混凝土工井外圍材料的力學(xué)性質(zhì)、路面效果及耐久性質(zhì)等[1]。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 水泥瀝青膠漿（CAP）及干拌水泥瀝青混凝土（DCAC）

本次研究所采用的水泥瀝青膠漿（CAP）是以水泥（C）與乳化瀝青（A）通過(guò)添加界面活性劑（FSP）拌和而成，主要探討水泥與乳化瀝青比例（C/A）、界面活性劑（FSP/A）用量及CAP的力學(xué)性質(zhì)。本研究設(shè)計(jì)3組水泥瀝青比例（C/A=1.0、1.1及1.2）及3組界面活性劑添加量（FSP/A=3%、3.5%及4%）共9組配比，再分別進(jìn)行1 d、7 d及28 d齡期馬歇爾試驗(yàn)值的量測(cè)，以決定本研究水泥瀝青混凝土（DCAC）中CAP材料成分的最佳配比。本研究設(shè)定代號(hào)為DCAP。

3.2 密級(jí)配瀝青混凝土（DGAC）

密級(jí)配瀝青混凝土（DGAC）是采用現(xiàn)行常使用的密級(jí)配瀝青混凝土應(yīng)用于工井外圍材料，以探討其材料性質(zhì)及路面效果。采用的配合設(shè)計(jì)方法為馬歇爾配合設(shè)計(jì)法。馬歇爾法配合設(shè)計(jì)方法為國(guó)內(nèi)外最普遍采用的配比設(shè)計(jì)方法，此方法可參考規(guī)范為ASTMD1559，適用于試驗(yàn)室內(nèi)的材料配合設(shè)計(jì)及工地的質(zhì)量控制。

本試驗(yàn)決定最佳瀝青含量方式，是將最大單位重、最大穩(wěn)定值及4%孔隙率所對(duì)應(yīng)的瀝青含量予以平均，在確定各項(xiàng)性質(zhì)符合規(guī)范后，其平均值即為最佳瀝青含量[2]。

3.3 樹(shù)脂瀝青混凝土（RAC）

采用樹(shù)脂瀝青混凝土（RAC）試體制作時(shí)，將25 kg桶裝打開(kāi)取適當(dāng)?shù)臉?shù)脂瀝青混凝土用量，放入烘箱中（溫度約145 ℃～150 ℃）中烘至恒重，再按照規(guī)范的試體制作方式制作試體，以自動(dòng)夯壓機(jī)夯實(shí)，制作6.35 cm高的馬歇爾試體。

4 試驗(yàn)評(píng)估

4.1 磨耗試驗(yàn)

磨耗試驗(yàn)的主要目的在于評(píng)估多孔隙瀝青混凝土受車(chē)輛輪壓及摩擦力時(shí)，抵抗粒料的飛散能力[3]。通常磨耗率越小代表路面越具有耐久性。本研究將各試驗(yàn)組別進(jìn)行磨耗試驗(yàn)，以檢核其耐久性與服務(wù)效果。試驗(yàn)結(jié)果如表1及圖1所示。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示：除DCAC組1 d齡期時(shí)平均磨耗率為63.15%外，其他組別平均磨耗率分別為：DCAC組7 d齡期平均磨耗率為22.69%、DCAC組28 d齡期平均磨耗率為9.69%、DGAC-PMA3組平均磨耗率為2.70%、DGAC-PMA3組平均磨耗率為3.39%及RAC組平均磨耗率為3.75%，均符合規(guī)范<25%的要求。主要原因?yàn)镻MA3粘滯度較DCAP為高，且PMA3較具柔性，故磨耗率較低。

4.2 車(chē)轍試驗(yàn)

車(chē)轍輪跡試驗(yàn)是模擬行駛中車(chē)輛碾壓路面所造成的垂直壓密及橫向推擠現(xiàn)象，試驗(yàn)時(shí)以特定的輪胎荷載作用于瀝青混凝土試體上，并且反復(fù)滾動(dòng)碾壓，試驗(yàn)結(jié)果可用以評(píng)估瀝青混凝土抵抗永久變形的能力[4]。為了解不同輪壓對(duì)瀝青混凝土車(chē)轍行為的影響程度，本研究以試驗(yàn)溫度60 ℃，輪壓16.8 kgf/cm 2進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表1及圖2所示。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，各組別中以DCAC組動(dòng)穩(wěn)定值最高、DGAC組次之，RAC組最低，而由DGAC中DGAC-PMA3組的動(dòng)穩(wěn)定值高于DGAC-AC20組。就整體試驗(yàn)結(jié)果而言，瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定值受到孔隙率、瀝青種類(lèi)、粒料粒徑及粒料級(jí)配等的影響甚大。而在比較各組別的動(dòng)穩(wěn)定值發(fā)展趨勢(shì)后，DCAC組中可觀察到動(dòng)穩(wěn)定值隨齡期增加而增加，且7 d齡期動(dòng)穩(wěn)定值分別高于RAC組47.4%、DGAC-AC20組50.1%及DGAC-PMA3組37.6%，在28 d齡期時(shí)更分別高于RAC組62.8%、DGAC-AC20組84.3%及DGAC-PMA3組51.6%。

由于瀝青混凝土為粘彈性材料，故其變形量為荷載作用時(shí)間的函數(shù)，變形量是由瞬時(shí)彈性變形、粘彈性變形與粘塑性變形組成。瀝青混凝土卸除后，彈性變形立即恢復(fù)，粘彈性變形則隨時(shí)間增加而逐漸恢復(fù)，塑性與粘塑性變形則因無(wú)法立即恢復(fù)而成為永久變形，此變形即為路面車(chē)轍的主要原因之一。DCAC組主要由于乳化瀝青內(nèi)的水分，可提供水泥水化所需的水分，增加其抵抗永久變形的能力，且可限制瀝青膠泥受溫度軟化的塑性變形，使得粒料受力減少相對(duì)位移，因此DCAC組的車(chē)轍較其他組別車(chē)轍量為小。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)南寧環(huán)城高速公路現(xiàn)狀工井周邊路面情況進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際情況提出了幾種路面修補(bǔ)的材料方案，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到如下結(jié)論：

（1）水泥瀝青膠漿（DCAP）基本性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果為水泥含量與DCAP強(qiáng)度成正比，與DCAP工作性成反比，若DCAP欲在高水泥含量下得到良好的工作性則需增加界面活性劑的用量。

（2）常溫拌和的DCAP漿體性質(zhì)不具感溫性，且由于添加水泥的緣故，材料于高溫下強(qiáng)度并未折減，反而加速水化反應(yīng)而提高早期強(qiáng)度。路面效果方面，DCAC內(nèi)水泥的水化反應(yīng)可限制瀝青膠泥受溫度軟化的塑性變形，減少粒料間的相對(duì)位移而提高抵抗車(chē)轍的能力。

（3）整體而言，干拌水泥瀝青混凝土（DCAC）在路面效果及耐久性質(zhì)的表現(xiàn)均較目前國(guó)內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)材料佳，且經(jīng)試鋪驗(yàn)證效果良好，故DCAC可應(yīng)用于工井外圍材料。[KG-1mm][XCW.TIF，JZ]

參考文獻(xiàn)：

[1]單 社.淺談現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)在高速公路瀝青混凝土路面修補(bǔ)中的應(yīng)用[J].甘肅科技，2012，28（16）：141-144，131.

[2]梅建峰，朱錦海.淺談環(huán)氧混凝土在通信井維修中的應(yīng)用[J].江蘇交通科技，2013（6）：18-19.

[3]馬步方，張 魁.單層瀝青混凝土在高速公路水泥路面罩面工程中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（35）：238-240.

[4]郭素軍.裂縫密封膠在京秦高速公路路面坑槽和伸縮縫修補(bǔ)中的應(yīng)用[J].交通世界，2009（11）：66-67.