安 平，王曉燕

（1.日照公路建設(shè)有限公司，山東 日照 276800；2. 山東省交通科學(xué)研究院高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（濟(jì)南），山東 濟(jì)南 250102）

引言

1 原材料

灌入式復(fù)合瀝青混合料主要由大空隙基體瀝青混合料和水泥基漿體兩部分組成，原材料的種類(lèi)及性能指標(biāo)對(duì)這兩部分的性能起決定性的作用。其中，基體瀝青混合料的原材料包括瀝青、礦粉、集料、纖維和復(fù)合增效劑；水泥基漿體的原材料包括水泥基灌漿料和水。

1.1 改性瀝青

采用SBS改性瀝青進(jìn)行大空隙基體瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，其各項(xiàng)基礎(chǔ)性能測(cè)試［9］見(jiàn)表1。

表1 SBS改性瀝青基礎(chǔ)性能

瀝青路面是一種高質(zhì)量路面，廣泛用于高等級(jí)公路路面建設(shè)。但是瀝青是一種溫度敏感材料，瀝青路面的承載能力在高溫環(huán)境下會(huì)大幅減少，在交通運(yùn)輸需求大的地區(qū)會(huì)引發(fā)瀝青路面車(chē)轍病害［1］。因此，為了提高路面的安全系數(shù)和使用壽命，需要尋找合理有效的路面抗車(chē)轍技術(shù)來(lái)緩解路面高溫病害。

目前常用的抗車(chē)轍路面主要是通過(guò)提高瀝青膠結(jié)料的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)，諸如：橡膠粉改性瀝青混合料［2］、聚合物改性瀝青混合料［3］、高嶺土改性瀝青混合料［4］和摻加抗車(chē)轍劑的瀝青混合料［5］等。但是這些技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中需要考慮多方因素，針對(duì)不同的改性方式進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，往往會(huì)增加施工成本，而且抗車(chē)轍效果并不能滿(mǎn)足車(chē)轍嚴(yán)重地區(qū)的需要。

灌入式復(fù)合路面是將水泥基漿體灌入大空隙基體瀝青混合料獲得的，在基體瀝青混合料骨架嵌擠作用的基礎(chǔ)上，通過(guò)高強(qiáng)度水泥基材料的填充加固來(lái)加強(qiáng)灌入式復(fù)合路面的抗變形性能［6］。水泥基材料在高溫條件下仍然具有較高的承載能力［7］，灌入式復(fù)合路面的力學(xué)強(qiáng)度和高溫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通瀝青路面［8］，因此灌入式復(fù)合路面可有效提高路面的抗車(chē)轍性能，緩解路面高溫病害，具有良好的應(yīng)用前景。

1.2 集料

采用粒徑范圍分別為0～5 mm，5～10 mm，10～15 mm的三檔玄武巖石料用于大空隙基體瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)。按照規(guī)范［10］對(duì)玄武巖集料進(jìn)行密度性能相關(guān)測(cè)試和篩分試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 集料密度和吸水率試驗(yàn)

表3 集料篩分結(jié)果

1.3 礦粉和纖維

為了提高瀝青的性能，通過(guò)石灰石礦粉增強(qiáng)混合料基體的性能，并對(duì)石灰石礦粉的基礎(chǔ)性能（密度和尺寸）進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。采用木質(zhì)纖維素作為瀝青混合料的纖維穩(wěn)定劑，提高基體瀝青膠漿的性能，從而滿(mǎn)足大空隙基體瀝青混合料對(duì)強(qiáng)度的要求。

表4 石灰石礦粉性能測(cè)試

1.4 水泥基灌漿料和復(fù)合增效劑

配合比設(shè)計(jì)采用高性能水泥基灌漿材料和復(fù)合增效劑，其中復(fù)合增效劑可有效提高大空隙基體瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度，有利于提高灌入式復(fù)合路面的路用性能。

2 大空隙基體混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 骨架級(jí)配確定

根據(jù)灌入式復(fù)合瀝青路面中基體瀝青混合料的要求，應(yīng)用于灌入式復(fù)合路面的大空隙瀝青混合料空隙率需要控制在20%～33%之間，選定1#、2#、3#三種GCA-13基體混合料級(jí)配類(lèi)型，級(jí)配用量和合成級(jí)配見(jiàn)表5、表6。

表5 級(jí)配用量

表6 合成級(jí)配

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)初步選擇馬歇爾設(shè)計(jì)的油石比為4.2%，首先在180 ℃下將所需質(zhì)量的礦料、纖維和復(fù)合增效劑攪拌60 s，5 min后加入所需瀝青繼續(xù)拌和60 s，之后摻入石灰石礦粉繼續(xù)攪拌60 s，最后采用擊實(shí)儀上下兩面各擊實(shí)50次成型試件。其中，基體瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配的孔隙率均高于25%，在測(cè)試毛體積相對(duì)密度時(shí)，需要注意馬歇爾試件的大空隙率特性采用體積法測(cè)試其密度指標(biāo)，馬歇爾配合比設(shè)計(jì)的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 馬歇爾試驗(yàn)體積性質(zhì)技術(shù)指標(biāo)

結(jié)合馬歇爾配合比設(shè)計(jì)原理，考慮馬歇爾穩(wěn)定度和流值，以及試件的密度和空隙率等方面的相關(guān)性能要求，優(yōu)選2#級(jí)配作為設(shè)計(jì)級(jí)配進(jìn)行大空隙基體瀝青混合料的相關(guān)測(cè)試研究。

2.2 油石比控制

按照2#級(jí)配設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行三檔集料稱(chēng)量分配，選擇3種油石比（3.9%、4.2%和4.5%）進(jìn)行馬歇爾設(shè)計(jì)系列試驗(yàn)，按照設(shè)計(jì)指標(biāo)的相關(guān)原理進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表8。

表8 基體混合料馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)的各項(xiàng)試驗(yàn)，可以確定油石比為4.2%是該大空隙基體瀝青混合料的最佳油石比。

2.3 大空隙基體混合料性能驗(yàn)證

考慮到大空隙瀝青混合料的性能特點(diǎn)，針對(duì)瀝青用量需要通過(guò)謝倫堡析漏和肯塔堡飛散試驗(yàn)進(jìn)行合理控制。通過(guò)析漏試驗(yàn)可以防止瀝青混合料中瀝青含量過(guò)高引起流淌離析，不方便長(zhǎng)距離運(yùn)輸會(huì)影響大空隙瀝青混合料的鋪筑效果，該實(shí)驗(yàn)可以確定混合料油石比的上限；通過(guò)飛散試驗(yàn)可以保證瀝青混合料中瀝青的最低含量，防止瀝青過(guò)少，瀝青混合料黏附性不足，在外力和水分作用下產(chǎn)生脫落破壞來(lái)驗(yàn)證油石比的下限［11］。因此，針對(duì)油石比為4.2%的瀝青混合料進(jìn)行謝倫堡析漏和肯塔堡飛散試驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證該油石比是否符合性能要求，進(jìn)行多次測(cè)試取平均值，見(jiàn)表9。

表9 析漏和飛散試驗(yàn)結(jié)果

采用油石比4.2%作為基體混合料的油石比時(shí)，混合料的析漏和飛散結(jié)果的平均值分別為0.167%和21.19%，均滿(mǎn)足對(duì)灌入式復(fù)合路面結(jié)構(gòu)度基體瀝青混合料的性能要求。

3 水泥基漿體配比確定

為保證復(fù)合路面體系對(duì)強(qiáng)度的要求，需要水泥基漿體灌入基體混合料中，待其硬化凝固后填充骨架結(jié)構(gòu)，兩者共同作用提高復(fù)合路面體系的力學(xué)強(qiáng)度，為保證灌注效果和應(yīng)用強(qiáng)度需要對(duì)其流動(dòng)性能和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試表征。參考日本規(guī)范《アスファルト鋪裝工事共通仕様書(shū)解說(shuō)》提出的灌入式復(fù)合路面水泥基漿體流動(dòng)時(shí)間為 10～14 s。通過(guò)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2018）中的Pload法（容器體積為1 725 ml）測(cè)試不同水分比例試灌漿體的流動(dòng)度以及抗壓強(qiáng)度，最終選擇水泥基灌漿材料和水的比例為1∶0.3，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 灌漿材料性能指標(biāo)及技術(shù)要

通過(guò)水泥基漿體的性能試驗(yàn)說(shuō)明，以1∶0.3的比例調(diào)配水泥基灌漿料和水獲得的水泥基漿體材料能夠保證灌入式復(fù)合路面體系對(duì)水泥基灌漿材料的性能要求。

4 復(fù)合路面路用性能驗(yàn)證

在基體瀝青混合料和水泥基漿體配比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)灌入式復(fù)合路面整體進(jìn)行路用性能測(cè)試，確保復(fù)合路面各項(xiàng)性能符合實(shí)際性能需要。依照上述兩部分的配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，制備了灌入式復(fù)合路面（GCA-13）試件，保證瀝青混合料空隙注漿飽滿(mǎn)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行路用性能測(cè)試。60 ℃馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)見(jiàn)表11，60 ℃車(chē)轍變形試驗(yàn)見(jiàn)表12，-10 ℃馬歇爾凍融劈裂試驗(yàn)見(jiàn)表13，驗(yàn)證灌入式復(fù)合路面的高溫抗車(chē)轍性能和抗水損害性能。

表11 馬歇爾試驗(yàn)

表12 動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試

表13 凍融劈裂測(cè)試

由試驗(yàn)結(jié)果可知，灌入式復(fù)合瀝青混合料的穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度均遠(yuǎn)超普通瀝青混合料，表明灌入式復(fù)合路面具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性。同時(shí)，從灌入式復(fù)合路面的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果可知，其抵抗水損害能力優(yōu)異。由此可知，灌入式復(fù)合路面的路用性能優(yōu)秀，可應(yīng)用于高溫地區(qū)的車(chē)轍高發(fā)地帶來(lái)緩解路面高溫車(chē)轍病害。

5 結(jié)語(yǔ)

采用路用性能優(yōu)異的灌入式復(fù)合路面作為抗車(chē)轍路面應(yīng)用于高溫地區(qū)，進(jìn)行灌入式復(fù)合路面的配合比設(shè)計(jì)以及路用性能測(cè)試，結(jié)果表明：（1）由大空隙基體瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)可知，瀝青混合料的最佳油石比為4.2%，在保證流動(dòng)度和抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，水泥基灌漿材料和水的比例為1∶0.3最佳。（2）通過(guò)對(duì)灌入式復(fù)合路面試件的路用性能研究可知，灌入式復(fù)合路面的穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于普通混合料，而且凍融劈裂強(qiáng)度比也維持在較高水平，因此灌入式瀝青路面具有較高的路用性能，能夠用于路面抗車(chē)轍技術(shù)，具有廣泛的發(fā)展前景。