李旭 楊群

瀝青混合料是一種高科技道路修補(bǔ)材料,由添加劑、瀝青、稀釋劑和集料按一定的加工工藝混合制成,在寒冷的冬季和雨雪天氣等惡劣條件下,可以隨時(shí)隨地使用簡(jiǎn)單工具修補(bǔ)道路,具有高效、節(jié)能、快速、及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。因此,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外紛紛開(kāi)展了冷補(bǔ)瀝青混合料的研究,取得了一定的成果。本文通過(guò)設(shè)計(jì)不同的級(jí)配,對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料性能進(jìn)行了綜合的對(duì)比分析,并依據(jù)不同的環(huán)境對(duì)冷補(bǔ)料級(jí)配的選擇提出了建議。

1 級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 級(jí)配的選擇

礦料骨架的形成首先靠合理的集料級(jí)配組成,其次靠合理的施工工藝。通過(guò)對(duì)混合料級(jí)配組成研究發(fā)現(xiàn),主要是關(guān)鍵篩孔通過(guò)率對(duì)級(jí)配曲線有明顯的影響。本文依據(jù)不同的級(jí)配類(lèi)型,通過(guò)控制關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率,有針對(duì)性的選擇了4種級(jí)配(見(jiàn)表1)。

表1 配合比設(shè)計(jì)級(jí)配表

從表1中可以看出,4種級(jí)配的2.36 mm關(guān)鍵篩孔的通過(guò)率大小關(guān)系為:級(jí)配D＞級(jí)配C＞級(jí)配B＞級(jí)配A。從整體級(jí)配曲線上來(lái)看,級(jí)配A接近下限,相當(dāng)于開(kāi)級(jí)配類(lèi)型;級(jí)配D則接近上限,類(lèi)似于密級(jí)配;級(jí)配B和級(jí)配C則位于兩者之間,屬于半開(kāi)級(jí)配。

1.2 貝雷法評(píng)價(jià)

下面將采用貝雷法中兩個(gè)重要的指標(biāo)CA比和FAc比對(duì)選取的級(jí)配進(jìn)行評(píng)價(jià)(見(jiàn)表2)。其中CA比過(guò)大則不能形成粗集料骨架結(jié)構(gòu),太小則容易出現(xiàn)離析和壓實(shí)方面的問(wèn)題,貝雷法要求CA比=0.2～0.5。細(xì)集料FAc比對(duì)空隙率和礦料間隙率等體積指標(biāo)影響較大,FAc比增加時(shí),混合料的空隙率和礦料間隙率有所下降。如果細(xì)集料FAc比太高,細(xì)集料中填充空隙的細(xì)顆粒增加,級(jí)配容易壓實(shí),但高溫穩(wěn)定性差。反之,若FAc比太低,細(xì)集料中粗顆粒間隙體積沒(méi)有被足夠的細(xì)料填充,這種混合料級(jí)配不均衡的且難于壓實(shí)。

表2 貝雷法評(píng)價(jià)

從表2中可以看出,4種級(jí)配的CA比均在0.2～0.5范圍之內(nèi),都能形成粗骨料骨架結(jié)構(gòu),且不易產(chǎn)生離析,其中CA比的大小關(guān)系為:級(jí)配D＞級(jí)配B＞級(jí)配A＞級(jí)配C,而 FAc比的大小關(guān)系為:級(jí)配C＞級(jí)配D＞級(jí)配B＞級(jí)配A。從以上兩種大小關(guān)系可以簡(jiǎn)單看出,級(jí)配C的CA比最小而FAc比最大,其骨架性和密實(shí)性要優(yōu)于其他3種級(jí)配。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 瀝青用量的確定

同濟(jì)大學(xué)根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù),總結(jié)出了一套適合于冷補(bǔ)瀝青混合料最佳瀝青用量的經(jīng)驗(yàn)公式:

其中,P為瀝青用量,%;a為大于2.36 mm顆粒質(zhì)量百分率,%;b為0.3 mm～2.36 mm顆粒質(zhì)量百分率,%;c為0.075 mm～0.3 mm顆粒質(zhì)量百分率,%;d為小于0.075 mm顆粒質(zhì)量百分率,%。

根據(jù)上述公式可以算出4種級(jí)配的最佳瀝青用量,具體數(shù)值如表3所示。

表3 最佳瀝青用量

從計(jì)算結(jié)果可以看出瀝青用量和級(jí)配有著密切關(guān)系,細(xì)集料越少,瀝青用量也相應(yīng)越少。

2.2 拌合配制

本文所選用的粗集料(2.36～9.5)為玄武巖,細(xì)集料(0～2.36)為石灰?guī)r,填料為磨細(xì)礦粉,按照不同的級(jí)配配制石料,采用由安固補(bǔ)路通廠家提供的液體瀝青在常溫下進(jìn)行拌和。

級(jí)配D拌合時(shí)間為180 s,級(jí)配A僅需要90 s就能基本拌勻,這是由于常溫下液體瀝青的粘度過(guò)大,隨著細(xì)集料的增多,拌合難度也相應(yīng)增大,具體表現(xiàn)為瀝青不能裹附石料,花白料偏多。因此從拌合角度來(lái)講,細(xì)集料不能過(guò)多。

3 級(jí)配對(duì)冷補(bǔ)料強(qiáng)度的影響

以下將通過(guò)馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)來(lái)對(duì)初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

從圖1,圖2中可以看出,級(jí)配C冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度達(dá)到2.4 kN,成型強(qiáng)度為8.7 kN,明顯高于其他三種級(jí)配冷補(bǔ)料,其對(duì)應(yīng)的空隙率也小于其他三種級(jí)配,這主要是由于級(jí)配C的CA比最小,FAc比最大,粗骨料能相互嵌擠,細(xì)集料能基本填充多余的空隙,其結(jié)構(gòu)最接近于骨架密實(shí)狀態(tài),可使混合料具備較高的強(qiáng)度。

4 級(jí)配對(duì)冷補(bǔ)料耐水性能的影響

試驗(yàn)方法:將成型馬歇爾試件按熱瀝青混合料的試驗(yàn)方法進(jìn)行殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖3,圖4所示。

從圖3,圖4中易知,4種冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度隨著空隙率的增大而減小,可見(jiàn)耐水性能的好壞與試件空隙率之間有著密切的關(guān)系,即空隙率越大其耐水性越差。

5 結(jié)語(yǔ)

1)如果采用密級(jí)配(如級(jí)配D),由于細(xì)集料比較多而使混合料顆粒間的接觸點(diǎn)較多,容易造成混合料結(jié)塊,喪失疏松性,瀝青用量大且不易拌和。而從施工和易性方面考慮,雖然級(jí)配A最優(yōu),但其屬于開(kāi)級(jí)配,空隙率大,強(qiáng)度和耐久性都不好。綜合各方面技術(shù)要求,級(jí)配C既有較好的骨架結(jié)構(gòu)又有適當(dāng)?shù)募?xì)集料填充,性能較優(yōu)。2)對(duì)于LB-10型的冷補(bǔ)瀝青混合料級(jí)配,關(guān)鍵篩孔(2.36 mm)的通過(guò)率宜控制在18%～22%,貝雷法評(píng)價(jià)CA比宜在0.24～0.29范圍內(nèi),FAc比宜在 0.45～0.50之間。3)冷補(bǔ)瀝青混合料所應(yīng)滿(mǎn)足的技術(shù)性能要求大都是內(nèi)在相關(guān)的,在改進(jìn)某一技術(shù)性能的同時(shí)往往會(huì)給其他性能帶來(lái)影響。應(yīng)結(jié)合坑槽修補(bǔ)的時(shí)機(jī)、氣候條件以及路面等級(jí)來(lái)確定選用哪種冷補(bǔ)料,比如在南方熱帶地區(qū),混合料應(yīng)突出對(duì)穩(wěn)定性的要求;在北方寒冷地區(qū),應(yīng)強(qiáng)調(diào)混合料具有良好的和易性;而在潮濕多雨地區(qū),應(yīng)該重點(diǎn)要求混合料的耐水性。

[1]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]曉 聞.冷鋪瀝青混合料的研究[M].北京:人民交通出版社,1955.

[3]宋建生,呂偉民.儲(chǔ)存式瀝青混合料組成設(shè)計(jì)的研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1998(6):31-32.