冷拌冷鋪瀝青混合料在農(nóng)村公路中的應(yīng)用

張建孔

（中公高科養(yǎng)護(hù)科技股份有限公司，北京 100089）

引言

我國(guó)農(nóng)村公路分布廣且總里程長(zhǎng)，若采用熱拌瀝青混凝土路面，往往需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，大大增加道路建設(shè)成本，同時(shí)，可能由于溫度損失影響攤鋪和使用性能。冷拌冷鋪瀝青混合料降低了瀝青混合料的生產(chǎn)與拌和溫度，不依賴龐大的拌合設(shè)備以及保溫運(yùn)輸技術(shù)，使在遠(yuǎn)離城市的農(nóng)村道路應(yīng)用瀝青混合料成為可能［1］。

1 試驗(yàn)路概況

試驗(yàn)路位于南方某鄉(xiāng)村，南起省道307，北至縣城南大道，全長(zhǎng)約4 km，沿線經(jīng)過7 個(gè)村莊，主要交通組成為小客車及摩托車。原路面設(shè)計(jì)為山嶺重丘四級(jí)公路，采用砂石路面，路基寬度4.5 m（3.5 m 車行道+2×0.5 m 路肩）。本次對(duì)該四級(jí)公路進(jìn)行改造，路面設(shè)計(jì)采用單軸雙輪100 kN，設(shè)計(jì)使用年限6 a，路面總厚度為24 cm（4 cm 冷拌冷鋪AC-13 瀝青混凝土面層+20 cm 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石（水泥含量3%））。試驗(yàn)路采用機(jī)械拌和冷拌冷鋪瀝青混合料，以1 000 kg 為每盤，堆放在儲(chǔ)料點(diǎn)待用。

2 試驗(yàn)路材料選取

2.1 粗集料

粗集料采用以方解石為主要成分的石灰?guī)r碎石，碎石中伴有少量菱鎂礦和白云石，參數(shù)見表1。

表1 粗集料技術(shù)指標(biāo)

2.2 細(xì)集料

細(xì)集料為不含雜質(zhì)的石灰?guī)r質(zhì)機(jī)制砂，粉塵含量低，顆粒飽滿，耐嵌擠性能良好。參數(shù)見表2。

表2 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

2.3 填料

填料為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，保證礦粉干燥、潔凈、無團(tuán)塊，能從料倉(cāng)自由流出。填料的參數(shù)指標(biāo)見表3。

表3 礦粉指標(biāo)

2.4 瀝青

采用70#道路石油瀝青，指標(biāo)見表4。

表4 項(xiàng)目用瀝青指標(biāo)

2.5 溶劑（柴油）

考慮到汽油溫度敏感性高、揮發(fā)較快，不利于冷拌瀝青施工的長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，采用0#柴油作為稀釋劑，指標(biāo)見表5。

表5 溶劑技術(shù)指標(biāo)

2.6 添加劑

采用的添加劑為深綠色油狀，凝固點(diǎn)-4.8℃，閃點(diǎn)302 ℃，無刺激性氣味，性質(zhì)穩(wěn)定，使用摻量為3%。

3 冷鋪瀝青混合料配比設(shè)計(jì)

3.1 礦料級(jí)配確定

瀝青混合料選擇懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)，面層結(jié)構(gòu)為4 cm，礦料最大粒徑13.2 mm。由于瀝青結(jié)構(gòu)形成與礦料的比表面積有直接關(guān)系，且礦粉對(duì)孔隙率有重要影響，間接決定路面的耐久性能。因此，試驗(yàn)采用與項(xiàng)目相同的集料、瀝青、添加劑等材料，以3%、5%、7%三組礦粉含量成型馬歇爾試件，對(duì)不同油石比下瀝青性能與礦粉的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果見表6。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，為了兼顧混合料的施工和易性及強(qiáng)度，礦粉含量確定為5%。

表6 不同油石比下初始穩(wěn)定度與礦粉含量的關(guān)系

3.2 冷鋪瀝青最佳用量確定

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中對(duì)AC-13 瀝青混合料級(jí)配范圍的規(guī)定，確定本項(xiàng)目的集料級(jí)配，同時(shí)考慮所在地區(qū)的載重較大且交通量較大，對(duì)級(jí)配取中值偏下［2］。表7 為級(jí)配組成。

表7 混合料級(jí)配組成情況

項(xiàng)目以0.3%為分檔階梯，分檔油石比選取4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%分別成型馬歇爾試件，測(cè)定馬歇爾指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算最佳瀝青用量。

由圖1 可知，密度與穩(wěn)定度最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量為5%，瀝青飽和度及空隙率范圍中值對(duì)應(yīng)用量為5.5%、5.3%，因此，計(jì)算最佳瀝青用量初始值OAC1=5.2%。各項(xiàng)指標(biāo)均符合瀝青用量范圍為5.0%～5.3%的要求，OACmin=5.0%，OACmax=5.3%，因此，OAC2=5.2%。取OAC1與OAC2的平均值為最佳瀝青用量OAC，則最佳瀝青用量為5.2%。

圖1 瀝青用量與各馬歇爾指標(biāo)的關(guān)系

4 冷拌冷鋪混合料性能

4.1 混合料的初始強(qiáng)度

由于項(xiàng)目所在地為村鎮(zhèn)通往縣城的必經(jīng)道路，需在短暫養(yǎng)生后立即開放交通，要求瀝青混合料在冷鋪后應(yīng)當(dāng)具有足夠的初始強(qiáng)度。根據(jù)表8 試驗(yàn)結(jié)果可知，該冷鋪瀝青混合料的最低初始強(qiáng)度為2.47 kN，滿足冷鋪瀝青混合料初期強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到2.0～3.0 kN的要求［1，3］。

表8 初始馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4.2 混合料的成型強(qiáng)度

將試件養(yǎng)生24 h 后，置于60 ℃恒溫水槽養(yǎng)生30 min，隨即開展馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表9。根據(jù)結(jié)果可知，成型養(yǎng)護(hù)后的冷拌冷鋪瀝青混合料的穩(wěn)定度都在8 kN 以上，冷鋪瀝青混合料成型強(qiáng)度≮4 kN 的要求［1，3］。表明該冷鋪瀝青混合料強(qiáng)度滿足農(nóng)村公路的承載能力要求。

表9 成型馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4.3 混合料的抗車轍性能

采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料的抗車轍性能，結(jié)果見表10。

表10 車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表10 可知：（1）該冷鋪瀝青混合料的最低動(dòng)穩(wěn)定度也超過800 次/mm，滿足要求。（2）t1時(shí)產(chǎn)生了較大變形，t1～t2時(shí)段內(nèi)的變形較小。原因在于前期瀝青膠結(jié)料較軟，在車輪作用下變形明顯，隨著剩余溶劑不斷揮發(fā)，瀝青的黏度增大，集料更為密實(shí)，宏觀上表現(xiàn)為45 min 后的變形增長(zhǎng)率下降，冷鋪瀝青混合料的抗車轍能力逐漸增大。

4.4 混合料的水穩(wěn)定性

對(duì)成型的冷鋪瀝青混合料試件進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，結(jié)果見表11。

表11 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表11 試驗(yàn)結(jié)果，冷鋪瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度不高，但是能夠滿足劈裂強(qiáng)度比≮70%的規(guī)定，具備較好的抗凍融抗水損能力；不同油石比下的冷鋪瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果差異很小。

4.5 對(duì)試驗(yàn)路的跟蹤觀測(cè)

對(duì)修筑后的試驗(yàn)路進(jìn)行了三個(gè)月的跟蹤觀測(cè)。在路面攤鋪成型后，道路平整度較好，實(shí)測(cè)滲水系數(shù)為295 ml/min，相比熱拌瀝青混合料的滲水系數(shù)大，推測(cè)是攤鋪壓實(shí)度不足導(dǎo)致。在一個(gè)月后，實(shí)測(cè)路面彎沉為56.2 mm，滲水系數(shù)下降明顯，為229 mL/min，道路全段性能較好，無裂縫。在兩個(gè)月后，路面實(shí)測(cè)彎沉值44.7 mm，滲水系數(shù)為219 ml/min，此時(shí)在上坡段彎道處出現(xiàn)較大車轍，深度為10.3 mm。三個(gè)月后，路面實(shí)測(cè)彎沉值為39.5 mm，滲水系數(shù)為215 ml/min，上坡彎道處最大車轍深度為11.1 mm，除彎道外車轍平均深度6.2 mm，路面整體性能良好。從三個(gè)月的跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，在三個(gè)月的車輛壓實(shí)作用下，冷鋪瀝青混凝土路面的強(qiáng)度隨著時(shí)間逐漸提高，路用性能較好。

4.6 冷鋪瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益分析

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)冷鋪瀝青混合料的材料成本進(jìn)行核算，成本高出普通熱拌SBS 改性瀝青0.6%，每噸冷鋪瀝青混合料材料相比普通熱拌SBS 改性瀝青價(jià)格高2.33 元。但是考慮到熱拌瀝青混合料需要搭建拌合站、采用遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)瘸杀?，冷板冷鋪瀝青混合料能夠大大降低施工成本。根據(jù)測(cè)算，相比使用熱拌瀝青混合料，采用冷拌冷鋪瀝青混合料后，3.5 m 寬度農(nóng)村公路每公里造價(jià)可以降低1 176.03 元。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)冷拌冷鋪瀝青混凝土試驗(yàn)路的鋪筑和性能試驗(yàn)，表明冷鋪瀝青混合料能夠滿足農(nóng)村公路的路用性能要求。同時(shí)采用冷拌冷鋪工藝后，避免了對(duì)熱拌瀝青拌合站以及遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)男枨?，運(yùn)輸存儲(chǔ)更為便利，有利于節(jié)約工程投資，且降低了熱拌瀝青拌和與攤鋪時(shí)對(duì)壞境造成的污染。綜合來看，冷拌冷鋪瀝青混合料適應(yīng)于我國(guó)農(nóng)村公路的建設(shè)，值得推廣。