微表處瀝青混合料稠度影響關(guān)鍵因素分析及驗證

謝福榮

(廣東能達高等級公路維護有限公司， 廣東 廣州 510030)

微表處是一種常見路面病害處治方式。微表處對材料、施工等要求較高，其中對混合料配比的要求更高，需通過試驗確定最佳配比組合。受施工工藝及材料性能的影響，微表處施工質(zhì)量的變異性較大，常出現(xiàn)脫皮、泛油等病害。如微表處混合料含水率較大時，容易導(dǎo)致細集料上浮，從而影響攤鋪層的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致攤鋪不均等現(xiàn)象；油石比過小會導(dǎo)致路面和新鋪層的黏結(jié)力不足，過大則造成泛油等現(xiàn)象；級配過細會導(dǎo)致路面抗滑構(gòu)造小，過大則會產(chǎn)生較大噪音。目前，微表處施工中對材料含水率、油石比、級配組成的控制較為滯后，一般是將現(xiàn)場材料取回到實驗室進行試驗研究，會延誤微表處現(xiàn)場施工質(zhì)量控制。瀝青混合料的稠度是微表處瀝青混合料性能的關(guān)鍵指標，常用坍落度表征，瀝青混合料的含水量、油石比、級配粗細程度等均會影響坍落度。 由于不同地區(qū)材料的差異，材料占比對瀝青混合料稠度的影響存在差異。該文采用廣東揭普惠路面微表處瀝青混合料進行稠度分析，以含水量、油石比、級配為變量進行試驗，確定最重要影響因素，同時結(jié)合稠度曲線對含水量、瀝青含量進行反算，檢驗試驗結(jié)果的可靠性。

1 原材料

(1) 集料。粗、細集料分別選用5～10 mm英安巖碎石、0～5 mm石灰?guī)r機制砂，其各項性能指標均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

(2) 瀝青。采用BCR型改性乳化瀝青，其技術(shù)指標見表1，均滿足要求。

表1 BCR型改性瀝青的技術(shù)指標

(3) 級配。為分析級配對瀝青混合料稠度的影響，結(jié)合項目施工現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)及設(shè)計配比提出5種配比設(shè)計(見圖1)，其中級配5為設(shè)計級配。設(shè)計其他4種級配時，主要對篩孔2.36、0.075 mm的通過率進行調(diào)整,如級配1、級配2改變粉膠比例，級配3、級配4改變混合料粗細程度。

圖1 5種配比設(shè)計結(jié)果

2 微表處瀝青混合料稠度影響因素研究

2.1 試驗設(shè)置

將瀝青混合料含水量、油石比、級配作為變量進行試驗，試驗中控制單一變量變化，研究不同變量變化對瀝青混合料稠度的影響。試驗變量設(shè)置見表2。

表2 試驗變量設(shè)置

試驗時，保持3個變量中的2個變量不變，進行另外1個變量變化下稠度試驗。試驗嚴格按JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行。最后進行各因素變量的顯著性分析，確定影響最大的因素。

2.2 水的影響

不同含水量下5種級配瀝青混合料的稠度試驗結(jié)果見圖2～6。

由圖2～6可知：不同油石比下，隨著含水量的增大，不同級配瀝青混合料的稠度呈現(xiàn)相同的增大趨勢，但不同級配下含水量的影響程度有差異。同一級配下，如級配5(設(shè)計級配)，隨含水量增大，瀝青混合料的稠度逐漸增大，16.3%含水量、8.2%油石比下的稠度達到2.1，而8.3%含水量下稠度為零。混合料的含水量顯著影響瀝青混合料的稠度。

圖2 級配1下含水量變化對稠度的影響

圖3 級配2下含水量變化對稠度的影響

圖4 級配3下含水量變化對稠度的影響

圖5 級配4下含水量變化對稠度的影響

圖6 級配5下含水量變化對稠度的影響

2.3 油石比及級配的影響

含水量取12.3%、16.3%。不同油石比下不同級配瀝青混合料的稠度試驗結(jié)果見圖7、圖8。

由圖7、圖8可知：同一含水量下，油石比不同，瀝青混合料的稠度也不同，隨著油石比的增大，瀝青混合料的稠度逐漸增大。但不同級配、同一含水量下的稠度受油石比的影響有差異。根據(jù)圖2～6，含水量為8.3%時，混合料的稠度為零，不受油石比和級配的影響，此時含水量對瀝青混合料稠度的影響較顯著。含水量及油石比保持不變時，不同級配下混合料稠度也不同，級配2的稠度最大；級配5的稠度處于中間水平；級配3、級配4對0.075 mm篩孔通過率進行了調(diào)整，兩種級配下級配粗細程度不一致，在很大程度上影響了兩種級配的稠度。盡管級配2展現(xiàn)了最好的和易性，但結(jié)合項目特點，選用級配5也可滿足路面性能要求。

圖7 12.3%含水量時不同油石比下不同級配瀝青混合料的稠度

圖8 16.3%含水量時不同油石比下不同級配瀝青混合料的稠度

2.4 各變量的顯著性分析

根據(jù)上述分析，隨著微表處混合料含水量、油石比、級配的增大，瀝青混合料的稠度增大。為識別稠度的主要影響因素，進行正交試驗，分析3種因素影響混合料稠度的程度。各因素的顯著性分析結(jié)果見表3。

由表3可知：3種因素對混合料稠度的影響程度由大到小為含水量、油石比、級配。25組混合料的稠度均小于7，在實驗儀器的上限內(nèi)。雖然稠度越大混合料的流動性越好，但流動性過大的混合料含水量過多，于混合料不利。含水量關(guān)乎混合料的和易性，但并非越大越有利于施工，需結(jié)合設(shè)計選取。從施工角度，宜采用級配5，油石比取6.4%，含水量為10.3%。

表3 不同含水量、油石比、級配下瀝青混合料稠度正交試驗結(jié)果

3 工程應(yīng)用驗證

收集揭普惠路面微表處施工中所用混合料的相關(guān)數(shù)據(jù)，配合室內(nèi)抽提試驗驗證稠度試驗的可靠性。

(1) 施工現(xiàn)場稠度試驗。采集攤鋪前各分段的混合料，檢驗其級配是否滿足設(shè)計級配的要求。5個標段的混合料級配檢測結(jié)果表明其混合料級配均滿足設(shè)計要求。進而采集攤鋪過程中的混合料，進行混合料現(xiàn)場稠度試驗，記錄各標段混合料的稠度。根據(jù)圖2～6中曲線預(yù)判稠度對應(yīng)的混合料含水量。將做完稠度試驗的混合料稱重后裝入密封容器中，作為后續(xù)抽提試驗樣品。

(2) 室內(nèi)抽提試驗。采集各標段的瀝青混合料，在恒溫的烘烤箱中充分烘烤，然后測量烘烤前后質(zhì)量差值，即混合料的含水量差值。將已烘烤的混合料置入燃燒抽提設(shè)備中進行瀝青抽提，獲得瀝青質(zhì)量，計算油石比。

(3) 含水量與油石比的預(yù)判值及實測值對比。對5個標段的微表處瀝青混合料進行現(xiàn)場稠度試驗、室內(nèi)抽提試驗，結(jié)果見表4。

由表4可知：M2-M1的值較小，均不高于2%，說明室內(nèi)實測含水量與預(yù)判含水量較接近；油石比實測值與預(yù)判油石比的差值不超過0.2%，兩者相當。可見，根據(jù)微表處混合料的稠度值預(yù)判混合料的含水量和油石比可行。

表4 不同標段微表處瀝青混合料含水量及油石比預(yù)判值與室內(nèi)實測值

4 結(jié)論

(1) 含水量、油石比和級配均影響微表處瀝青混合料的稠度，隨著含水量和油石比的增大，在保持單一變量的情況下，混合料的稠度也增大，但增大程度有差異。隨著級配逐漸變粗，混合料的稠度逐漸增大。

(2) 含水量相對于油石比、級配更能影響混合料的稠度，其次是油石比，水量低于8.3%時，在油石比及級配變化的情況下混合料的稠度仍為零。含水量關(guān)乎混合料的和易性，但并非越大越有利于施工，需結(jié)合設(shè)計選取。

(3) 可根據(jù)微表處混合料的稠度曲線對混合料的含水量和油石比進行預(yù)判。