黃蓉斌

(廣西玉林城區(qū)公路管理局，廣西 玉林 537000)

0 引言

隨著公路事業(yè)的發(fā)展，瀝青路面的廣泛應(yīng)用造成其在長期荷載作用下形成坑槽。目前，針對路面坑槽修補(bǔ)的方法主要是熱拌瀝青混合料，不僅浪費(fèi)能源，而且還污染環(huán)境，過程復(fù)雜，若不能及時(shí)修復(fù)坑槽，會造成雨水慢慢地沿著裂縫浸入路基，導(dǎo)致道路受損情況越來越嚴(yán)重[1]。

冷拌瀝青可以密封保存的儲存性能是其最突出的優(yōu)點(diǎn)之一，可以增加路面使用壽命，及時(shí)改善路面坑槽，降低維護(hù)費(fèi)用。最常用的冷拌瀝青有兩種，一種是稀釋溶化基質(zhì)瀝青，另外一種是乳化瀝青和改性乳化瀝青形成的冷混瀝青[2]。但這兩種冷拌瀝青混合物的耐久性評估導(dǎo)致其在市場上并不能充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢。因此，有必要開展冷拌瀝青混合料性能的研究，建立和完善評價(jià)指標(biāo)，提高冷拌瀝青混合料的耐久性，延長其使用壽命。

1 冷拌瀝青混合料的分類

1.1 溶化型冷拌瀝青混合料

溶化型冷拌瀝青混合料作為應(yīng)用最廣泛的瀝青混合料，主要由基質(zhì)瀝青、冷補(bǔ)劑、冷料、混合骨料組成。采用溶化型冷拌瀝青混合料用來修復(fù)坑槽，由于加入了冷補(bǔ)劑，使溶化型冷拌瀝青混合料具有良好的加工性和儲存性，降低了對路面的溫度要求，冷補(bǔ)劑的加入也可以改善道路性能。

1.2 乳化型冷拌瀝青混合料

乳化型瀝青(或改性乳化瀝青)與骨料混合形成乳化冷拌瀝青混合料，它的使用材料成分簡單，其強(qiáng)度主要取決于乳化瀝青破乳后產(chǎn)生的強(qiáng)度。

2 冷拌瀝青混合料的特性及其要求

2.1 冷拌瀝青混合料的特性

(1)存儲比較簡單，施工便利。

(2)適用于雨天和溫度較低的環(huán)境，適應(yīng)性較強(qiáng)。

(3)環(huán)境污染較低。

(4)不限制交通、方便運(yùn)輸。

2.2 冷拌瀝青混合料的性能要求

冷拌瀝青混合料的性能目前尚無規(guī)范要求，但冷拌瀝青的施工和加工性能較好，優(yōu)良的瀝青混合料必須滿足表1要求[3]：

表1 冷拌瀝青混合料的性能要求表

2.3 冷拌瀝青老化性能評價(jià)方法

研究瀝青的老化是研究冷拌瀝青混合料耐久性的關(guān)鍵問題。老化是指瀝青從拌合階段開始受陽光、水等環(huán)境影響發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致瀝青的結(jié)構(gòu)破壞、性能變得低劣。瀝青的老化從發(fā)生的階段可以劃分為短期老化和長期老化。針對于溶化型冷鋪瀝青采用壓力老化(PAV)來模擬自然老化，針對于乳化型冷鋪瀝青采用薄膜烘箱加速老化試驗(yàn)(RTFOT)來模擬乳化瀝青的自然老化。

2.3.1 壓力老化試驗(yàn)(PAV)

壓力老化試驗(yàn)(PAV)模擬瀝青在高溫高壓下的化學(xué)反應(yīng)，通過壓力老化試驗(yàn)來加速冷拌瀝青混合料的老化，用來評價(jià)瀝青的抗老化能力。壓力老化試驗(yàn)(PAV)所使用瀝青樣品為溶化型(包括柴油，白油、機(jī)油)冷拌瀝青，該方法包括以下步驟：

(1)采樣50 g±0.5 g，置于樣品盤中，設(shè)定老化溫度。

(2)當(dāng)溫度接近老化溫度時(shí)，立即供應(yīng)2.0 MPA±0.1 MPA的空氣壓力，并保持20 h±10 min。

(3)完成20 h±10 min的老化階段后，打開壓力釋放閥，使容器內(nèi)的壓力與外部壓力相同。打開壓力容器，取出殘?jiān)?，測試殘留物的性能。

(4)殘留物的質(zhì)量損失公式(減值為負(fù)，加值為正)如下計(jì)算：

(1)

式中：LT——試樣壓力老化加熱質(zhì)量變化(%)；

m0——試樣瓶質(zhì)量，單位g；

m1——實(shí)驗(yàn)前樣品和容器總重，單位g；

m2——實(shí)驗(yàn)后樣品和容器總重，單位g。

(5)經(jīng)PAV試驗(yàn)后，殘留物針入度KP變化按下式進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中：Kp——?dú)埩粑镝樔攵?%)；

P1——實(shí)驗(yàn)前的針入度，單位0.1 mm；

P2——實(shí)驗(yàn)后的針入度，單位0.1 mm。

(6)完成壓力老化試驗(yàn)(PAV)后，殘留物軟化點(diǎn)ΔT變化按下式進(jìn)行計(jì)算：

ΔT=T2-T1

(3)

式中：ΔT——軟化點(diǎn)增值(%)；

T1——實(shí)驗(yàn)前的軟化點(diǎn)，單位℃；

T2——實(shí)驗(yàn)后的軟化點(diǎn)，單位℃。

針對溶化型冷拌瀝青的老化，由于物料混合溫度≤40 ℃，所以瀝青在攪拌過程中不會出現(xiàn)短期老化。因此，在氧化還原反應(yīng)過程中，用壓力老化試驗(yàn)制備的瀝青直接用于旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱法測得的殘余樣品的壓縮。根據(jù)壓力老化試驗(yàn)(PAV)來評價(jià)溶化型瀝青的老化性能，通過20 h壓力老化試驗(yàn)，結(jié)果見表2：

表2 溶化型瀝青壓力老化試驗(yàn)結(jié)果表

以上數(shù)據(jù)分析可得，柴油型、白油型、機(jī)油型三種質(zhì)量百分比的增加均呈陽性，質(zhì)量仍正在上升，說明這一結(jié)果是隨著老化時(shí)間的增加，有機(jī)物溶化揮發(fā)，可滲透性逐漸降低，耐老化性更強(qiáng)。從表2可以看出，白油型、機(jī)油型和柴油型三種材料軟化瀝青的軟化點(diǎn)相差不大，都具有較好的抗老化能力。柴油型老化指數(shù)為0.055 14，白油型老化指數(shù)為0.042 35，機(jī)油型老化指數(shù)為0.045 68。根據(jù)壓力老化試驗(yàn)(PAV)得出結(jié)論，溶化型冷拌瀝青抗老化能力強(qiáng)弱順序?yàn)榘子托?機(jī)油型<柴油型。

2.3.2 旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)

旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)法(RTFOT)是指瀝青樣品通過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱加熱，保留殘留物，再通過一系列的殘留物性能分析(如質(zhì)量變化，滲透性，軟化點(diǎn)變化等)評價(jià)瀝青老化特性[4]，其步驟如下：

(1)洗瓶(數(shù)量應(yīng)≥8)，干燥后稱重，計(jì)質(zhì)量為M0。調(diào)整環(huán)形加熱爐，預(yù)熱160 ℃±0.5 ℃不低于16 h，調(diào)整氣流的流量為4 000 ml/min±200 ml/min。稱重兩種乳化瀝青(乳化瀝青W-5，改性瀝青1468型)35 g±0.5 g，放入試驗(yàn)瓶，稱重，計(jì)質(zhì)量為M。

(2)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱上面放置集流器，測定每個(gè)測試樣本的空氣流速。啟動儀器，使熱空氣進(jìn)入旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱超過75 min。

(3)在達(dá)到所需時(shí)間后，去除質(zhì)量損失、冷卻至室溫、稱重。

(4)殘留物質(zhì)量損失公式(減值為負(fù)，加值為正)與上述相同。

根據(jù)乳化瀝青的老化性能，主要采用質(zhì)量損失、殘留針入度比和軟化點(diǎn)增量等評價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)組由W-5乳化瀝青和1468型改性乳化瀝青組成。旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)結(jié)果見表3：

表3 乳化型瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)結(jié)果表

從表3的數(shù)據(jù)分析可以得出結(jié)論：由于瀝青的老化，乳劑型瀝青殘留物的質(zhì)量增加，同時(shí)，由于瀝青硬化，導(dǎo)致殘余物可滲透性降低，變相提高了瀝青抗老化性能。軟化點(diǎn)升高，瀝青的抗老化性能更好。從質(zhì)量損失、針入度、軟化點(diǎn)等性質(zhì)分析，1468型乳化型瀝青整體抗老化性能優(yōu)于W-5型。

2.4 冷拌瀝青混合料的性能評價(jià)方法和指標(biāo)

參考國內(nèi)外評價(jià)體系，修正并綜合熱拌瀝青混合料評價(jià)方法，本文制定出對冷拌瀝青混合料性能的評價(jià)體系：采用馬歇爾試驗(yàn)測定冷拌瀝青混合料的初始和成型強(qiáng)度；采用修正浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)測定混合料的水穩(wěn)定性；采用車轍試驗(yàn)評價(jià)混合料高溫穩(wěn)定性。

2.4.1 初始強(qiáng)度評價(jià)方法

在本文中，馬歇爾穩(wěn)定性方法用于評估初始強(qiáng)度。測試程序如下：

(1)使用氣密袋，均勻混合約1 000 g冷拌瀝青，放置于室溫2 h。

(2)取出密封的冷拌瀝青，制成馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)本。在室溫下，樣品正反面擊打達(dá)到75次。

(3)馬歇爾穩(wěn)定性可以在壓力釋放后測量，測量值為初始強(qiáng)度。

通過上述步驟檢測冷拌瀝青的初始強(qiáng)度。結(jié)果如表4所示。

表4 初始強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

從表4可以看出，初始強(qiáng)度從大到小排序?yàn)椴裼托?1486型>白油型>機(jī)油型>W-5型。

2.4.2 成型強(qiáng)度評價(jià)方法

影響冷拌瀝青強(qiáng)度的因素很多，由于成型過程時(shí)間長，試驗(yàn)采用110 ℃旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱加熱方式，加快樣品成型，步驟如下：

(1)取冷拌瀝青混合料約為1 000 g，室溫下進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，壓實(shí)高度為63.5 mm±1.0 mm；然后取馬歇爾試驗(yàn)樣品放置在烤箱中，溫度控制在110 ℃，加熱24 h。

(2)加熱完成后，取出樣品進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，正方面擊打25次后，室溫下養(yǎng)護(hù)24 h。

(3)取出樣品放入60℃水箱中養(yǎng)護(hù)30 min，再進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定性試驗(yàn)，即成型強(qiáng)度值。

結(jié)果如表5所示。

表5 成型強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

表5冷拌瀝青混合料的成型強(qiáng)度值由大到小依次為柴油型>1486型>白油型>機(jī)油型>W-5型。

2.4.3 冷拌瀝青混合料水穩(wěn)定性評價(jià)方法

本文采用改良浸水馬歇爾試驗(yàn)對冷拌瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性分析：

(1)測量冷拌瀝青混合料1 000 g，制成馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)本，正反面擊打50次，溫度設(shè)定為110 ℃，養(yǎng)護(hù)24 h，然后取出，再進(jìn)行正反面擊打25次，試驗(yàn)標(biāo)本高度控制在63.5±1.0 mm。

(2)取出后，將樣品分為兩組，保存在烘箱中(30 ℃，48 h)，測定水穩(wěn)定性。另一組浸入恒溫水浴(30 ℃，48 h)。

(3)根據(jù)以下公式計(jì)算冷拌瀝青混合料的殘余物水穩(wěn)定性：

(4)

式中：MS0——浸水殘留穩(wěn)定度(%)；

MS1——浸水馬歇爾穩(wěn)定度，單位kN；

MS——成型馬歇爾穩(wěn)定度，單位kN。

修正浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表6：

表6 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

結(jié)果表明，殘留物水穩(wěn)定性都不高，維持在70%～85%。1468型乳化瀝青殘?jiān)€(wěn)定性最好，機(jī)油型水穩(wěn)定性最差。

2.4.4 高溫性能評價(jià)方法

冷拌瀝青混合料高溫車轍試驗(yàn)方法如下：

(1)冷拌瀝青混合料在車轍試驗(yàn)前應(yīng)達(dá)到成型強(qiáng)度。

(2)碾壓后車轍試樣放置在110 ℃烘箱中24 h，再次碾壓。

(3)車轍試件板冷卻之后，開始車轍試驗(yàn)。

根據(jù)以上試驗(yàn)方法測得的車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表7：

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果表

從上述數(shù)據(jù)可以看出，溶化型冷拌瀝青混合料的動態(tài)穩(wěn)定性較低，但這并不意味著溶化型冷拌瀝青混合物不能應(yīng)用于道路修復(fù)，因?yàn)槔浒铻r青混合料主要用于修補(bǔ)坑槽，由于坑槽一般都為小坑，承受的車輛荷載較小，所以單純的車轍試驗(yàn)并不能反映實(shí)際路面修復(fù)效果。

2.5 冷拌冷鋪瀝青混合料評價(jià)體系的建立

本文參考國內(nèi)外評價(jià)方法，配合改性瀝青混合料的熱拌混合評價(jià)方法，建立冷拌瀝青混合料道路性能評價(jià)指標(biāo)體系。通過使用上述的試驗(yàn)方法，開發(fā)了一種冷拌冷鋪瀝青混合料評價(jià)體系[5]，如表8所示。

表8 冷拌冷鋪瀝青混合料性能評價(jià)體系表

2.6 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)劃分

目前，無論是溶化型冷拌瀝青混合料還是乳化型冷拌瀝青混合料，其技術(shù)規(guī)范并不具體、完整。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合國內(nèi)外路面施工技術(shù)規(guī)范，主要依據(jù)材料性質(zhì)，制定了冷拌瀝青混合料適用情況技術(shù)規(guī)范表(見表9)。

3 結(jié)語

本文主要研究了兩種冷拌混合瀝青料的耐久性性能分析。通過按順序增強(qiáng)冷拌期，提高瀝青混合料的耐久性；參考國內(nèi)外評價(jià)方法，結(jié)合改性瀝青混合料的熱拌混合評價(jià)方法，建立冷拌瀝青混合料的道路性能評價(jià)體系；分別采用制備冷流體和冷拌瀝青混合料的應(yīng)力老化試驗(yàn)(PAV)和旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)，對冷瀝青混合料進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)、改良浸水馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)，通過改性劑提高材料的耐久性；比較不同類型的冷拌瀝青混合料的老化性能、強(qiáng)度性能、路用性能，同時(shí)也對溶化型和乳化型冷拌瀝青混合料的耐久性進(jìn)行了比較，根據(jù)材料性能的優(yōu)劣，劃分其適用的道路等級。

表9 冷拌瀝青混合料適用情況技術(shù)規(guī)范表