徐曉洛

（山西省高速公路集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030031）

我國在基礎(chǔ)建設(shè)上的大力投入，使得我國的高速公路建設(shè)取得了巨大成果。當(dāng)前我國的高等級(jí)公路路面材料大部分為瀝青，在瀝青路面投入使用3年左右會(huì)出現(xiàn)初期損壞現(xiàn)象，若不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，會(huì)造成路面大面積損壞進(jìn)而嚴(yán)重影響公路的正常使用。面對(duì)我國龐大的高速公路財(cái)產(chǎn)，養(yǎng)護(hù)工作顯得尤為重要。高等級(jí)公路的養(yǎng)護(hù)工作十分重要，不僅決定了公路服務(wù)水平，更能延長道路的使用壽命，推遲大中修時(shí)間[1]。微表處能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效、便捷的目的，目前已經(jīng)成為高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的主要手段[2]。微表處技術(shù)擁有良好的防水性、耐磨性，突出的車轍修復(fù)能力以及施工快捷、開放交通快等特點(diǎn)[3]。通常在微表處混合料中添加一定量的水泥作為活性填料，可以提高微表處混合料的早期強(qiáng)度、抗變形能力，調(diào)節(jié)混合料的拌和時(shí)間、稠度等施工性能。現(xiàn)有規(guī)范對(duì)微表處混合料中水泥摻量不明確，僅推薦水泥摻量占礦料質(zhì)量3%以內(nèi)，施工單位往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇水泥摻量[4]。因此，本文就水泥摻量對(duì)微表處混合料性能的影響進(jìn)行研究，以對(duì)工程施工進(jìn)行理論指導(dǎo)。

1 原材料

1.1 瀝青

本次試驗(yàn)所用瀝青為實(shí)驗(yàn)室自制SBR改性乳化瀝青，采用慢裂快凝陽離子瀝青乳化劑對(duì)AH-90基質(zhì)瀝青進(jìn)行乳化，其性能見表1。

表1 SBR乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果

1.2 集料

集料使用玄武巖礦料，細(xì)集料采用石灰?guī)r礦粉。

1.3 水泥

本文試驗(yàn)采用山西萬盛牌普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號(hào)為P.O.42.5，其物理性能和力學(xué)性能見表2。

表2 水泥技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

1.4 集料級(jí)配

本次試驗(yàn)微表處混合料級(jí)配采用MS-Ⅲ型，集料級(jí)配曲線見圖1。

圖1 微表處混合料級(jí)配曲線圖

2 微表處混合料路用性能影響試驗(yàn)

2.1 濕輪磨耗試驗(yàn)

濕輪磨耗試驗(yàn)是微表處混合料的基本試驗(yàn)之一，主要用于評(píng)估微表處混合料稀漿封層的耐磨性和抗水損能力。本次試驗(yàn)依照相關(guān)規(guī)定[5]進(jìn)行，在混合料中分別加入 0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%水泥，試驗(yàn)結(jié)果見表3、圖2。

表3 濕輪磨耗試驗(yàn)結(jié)果

圖2 磨耗值隨水泥摻量變化圖

由濕輪磨耗試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著水泥摻量的不斷增加，微表處混合料1 h及6 d的磨耗值均不斷減小。當(dāng)水泥摻量為3%時(shí)，1 h及6 d的磨耗值均最小，分別為352.6 g/m2、565.4 g/m2。由圖2可以看出，當(dāng)水泥摻量大于2%后，磨耗值減小趨勢趨于平緩。

在加入堿性水泥之后，水泥的水化作用與乳化瀝青破乳同時(shí)進(jìn)行，水泥水化后提高了集料和瀝青的黏附性，增強(qiáng)了集料與瀝青接觸面的作用力，因此混合料的抗磨耗性能也有所提高。隨著水泥摻量的不斷增大，水泥將被瀝青充分包裹導(dǎo)致水化作用不充分，僅起到活性礦粉填料作用[6]，因此當(dāng)水泥摻量大于2%時(shí)，混合料磨耗值減少并不顯著。

2.2 輪轍變形試驗(yàn)

本文通過輪轍變形試驗(yàn)測定寬度變形率和厚度變形率以評(píng)價(jià)微表處混合料的抗車轍能力，試驗(yàn)方法參考相關(guān)文獻(xiàn)[7]，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 輪轍變形試驗(yàn)結(jié)果 %

將表4試驗(yàn)結(jié)果整理為折線圖見圖3。

圖3 厚度、寬度變形率變化圖

由表4、圖3可以看出在添加水泥后，混合料的厚度變形率和寬度變形率明顯較未添加水泥的混合料低。本次試驗(yàn)中，隨著水泥摻量的不斷增大，微表處混合料的厚度變形率及寬度變形率不斷減小，當(dāng)水泥摻量為3%時(shí)，混合料的厚度變形率及寬度變形率均為最小值，分別為9.6363%、3.3636%。這表明在混合料中添加一定量的水泥可以提高微表處混合料的抗車轍能力。

分析其原因，水泥在混合料中的水化產(chǎn)物與瀝青之間形成錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)格并存在相互的物理作用，集料被緊密地結(jié)合在一起并且在高溫及擠壓的情況下限制了瀝青的自由流動(dòng)，從而提高了微表處混合料的抗車轍能力。

2.3 抗滑性能試驗(yàn)

抗滑性能是瀝青混合料中重要的路用性能之一，抗滑性能直接與行車安全密切相關(guān)。微表處混合料作為路面的表面層，其抗滑性能直接決定公路的安全性。本次試驗(yàn)通過MMLS3試驗(yàn)輪加載測定不同水泥摻量微表處混合料的擺值與構(gòu)造深度來評(píng)價(jià)其抗滑性能[8]。試驗(yàn)結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 不同水泥摻量混合料的擺值

圖5 不同水泥摻量混合料的構(gòu)造深度

由圖4、圖5可以看出，隨著加載次數(shù)的不斷增加，微表處混合料的擺值及構(gòu)造深度不斷減小，水泥摻量越少的混合料隨加載次數(shù)的增加減小的越明顯。當(dāng)水泥摻量大于2%后，微表處混合料試件的擺值及構(gòu)造深度與水泥摻量為2.5%及3%混合料的擺值及構(gòu)造深度隨著加載次數(shù)的增加已相差不大。因此，水泥的加入可以提高微表處混合料的抗滑性能，但是當(dāng)水泥摻量大于2%后，其改善效果并不明顯。

2.4 低溫性能試驗(yàn)

微表處混合料作為面層上的薄層防護(hù)結(jié)構(gòu)，厚度較小，因荷載產(chǎn)生的裂縫很少，而溫度應(yīng)力造成的路面溫縮裂縫則是主要的，因此低溫抗裂性是微表處混合料的重要性能之一。本文采用三分點(diǎn)加載方式的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)水泥摻量對(duì)微表處混合料的抗低溫性能的影響，加載速率控制為50 mm/min，試驗(yàn)溫度為-15℃，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可以看出，水泥摻量的增加可以提高微表處混合料的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)水泥摻量為3.0%時(shí)的抗拉強(qiáng)度最大，為7.18 MPa。但是隨著水泥摻量的增加，混合料的破壞應(yīng)變能先增大再減小，峰值出現(xiàn)在水泥摻量為2.0%時(shí)，破壞應(yīng)變能為16.14 kPa。水泥摻量繼續(xù)增加破壞應(yīng)變能減小，造成試件脆性斷裂，這是因?yàn)樗嗟目拐蹚?qiáng)度不高。水泥的加入可以提高混合料的抗低溫性及剛度，但同時(shí)脆性也會(huì)增大，因此水泥摻量宜選取2.0%。

表5 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

3 微表處混合料施工性能影響試驗(yàn)

3.1 可拌和時(shí)間試驗(yàn)

本次試驗(yàn)通過調(diào)整水泥摻量評(píng)價(jià)水泥對(duì)微表處混合料可拌和時(shí)間的影響[9]，試驗(yàn)結(jié)果見表6、圖6。

表6 可拌和試驗(yàn)結(jié)果

圖6 可拌和試驗(yàn)結(jié)果

由表6、圖6可以看出，微表處混合料的可拌和時(shí)間隨著水泥摻量的增加不斷減小，當(dāng)水泥摻量為3.0%時(shí)，可拌和時(shí)間最短，為120 s。當(dāng)水泥摻量為2.0%～3.0%時(shí)，可拌和時(shí)間相差不大，而拌和狀態(tài)不及水泥摻量為1.5%的混合料，水泥摻量為1.5%的混合料成漿狀態(tài)也較為理想。

若混合料拌和時(shí)間過長，混合料早期強(qiáng)度可能不足，由此導(dǎo)致交通開放時(shí)間延長；若拌和時(shí)間過短，乳化瀝青可能提前破乳影響施工，因此建議施工現(xiàn)場根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果選擇適宜的最佳用量。

3.2 黏聚力試驗(yàn)

對(duì)微表處混合料進(jìn)行黏聚力試驗(yàn)，以確定混合料的初凝時(shí)間及開放交通時(shí)間[10]。試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 黏聚力試驗(yàn)結(jié)果

由圖7可以看出，隨著水泥摻量的增加，微表處混合料的黏聚力不斷增加，并且相同水泥摻量下60 min的黏聚力均大于30 min的黏聚力。當(dāng)水泥摻量大于2.0%后，黏聚力增長已不顯著。由此可見，水泥的加入可以提高微表處混合料的黏聚力，提前交通開放時(shí)間，本次試驗(yàn)推薦水泥摻量為1.5%～2.0%。

4 微表處混合料試驗(yàn)路段跟蹤觀測

4.1 工程概況

試驗(yàn)路段為山西省某新修一級(jí)公路，微表處混合料配合比與本文試驗(yàn)所用一致，水泥摻量為2.0%。該路段在建成通車一年后經(jīng)歷雨季、高溫、重荷載等不利因素的考驗(yàn)，經(jīng)目測，該路段無破損及脫層現(xiàn)象，現(xiàn)對(duì)該路段性能指標(biāo)進(jìn)行檢測。

4.2 檢測結(jié)果

微表處罩面檢測結(jié)果見表7。

表7 微表處混合料檢測試驗(yàn)結(jié)果

由表7可以看出，該試驗(yàn)路段的微表處混合料在通車一年后各項(xiàng)指標(biāo)系數(shù)依舊正常，能夠繼續(xù)很好服務(wù)于交通運(yùn)輸。

5 結(jié)語

a）根據(jù)濕輪磨耗試驗(yàn)及輪轍變形試驗(yàn)可以得知，水泥的增加可以降低混合料的磨耗值并提高混合料的抗車轍性，當(dāng)水泥摻量為3.0%時(shí)，1 h及6 d的磨耗值最小，分別為352.6 g/m2、565.4 g/m2；厚度、寬度變形率達(dá)到最低，分別為9.6363%、3.3636%。但是，水泥摻量大于2.0%后，兩者的改善效果均不明顯。

b）隨著水泥摻量的增加，可以提高微表處混合料的抗滑性能，水泥摻量在2.0%以內(nèi)，抗滑性能改善明顯。

c）水泥的加入有效提高了混合料的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)水泥摻量為3.0%時(shí)達(dá)到最大，為7.18 MPa，隨著水泥摻量的不斷增加，混合料的破壞應(yīng)變能呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)水泥摻量為2.0%時(shí)達(dá)到最大，為 16.14 kPa。

d）水泥摻量不斷增加，微表處混合料的可拌和時(shí)間不斷縮短，當(dāng)水泥摻量為3.0%時(shí)拌和時(shí)間僅為120 s，而黏聚力不斷增加，3.0%水泥摻量的混合料60 min黏聚力達(dá)到2.692 N·m。

e）本文推薦水泥摻量為1.5%～2.0%，經(jīng)工程實(shí)例及跟蹤觀測結(jié)果可知，1.5%～2.0%水泥摻量的微表處混合料能夠很好地服務(wù)于交通運(yùn)輸，達(dá)到建養(yǎng)并重的效果。