孫建宇

（張家口市地方鐵路管理處，河北 張家口 075000）

0 引言

在我國已建成的高等級公路中，瀝青路面占據(jù)了總里程的近80%，由于其具有維修養(yǎng)護便捷、行車安全舒適、噪聲小、揚塵少等優(yōu)點，其在高等級公路總里程中的占比持續(xù)增加。雖鋪筑好的瀝青路面具有大量優(yōu)點，但傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料路面在鋪筑過程中不僅產(chǎn)生廢氣、灰塵等影響人員健康的有害物質(zhì)，還會造成大量的能源消耗，不符合國家提倡的節(jié)能環(huán)保的理念。鑒于此，越來越多的學(xué)者投身于冷拌冷鋪瀝青混合料的研究。冷拌瀝青混合料作為一種新型材料，在新建道路面層鋪筑以及路面養(yǎng)護中都可以發(fā)揮良好的性能，具有便于運輸、儲存、污染小、施工便捷等優(yōu)點。

1 工程概況

某高速公路所在地區(qū)平均年降雨量在1 700mm 以上，由于年降雨量較大，瀝青路面受到的水損害十分嚴重，出現(xiàn)了大量的剝落和坑槽等病害，亟待養(yǎng)護。通過實地調(diào)查和鉆芯取樣，確定該道路的道路路基樣式見表1，路面結(jié)構(gòu)為4cm AC-13+瀝青上面層6cm AC-20 瀝青上面層+8cm AC-25 瀝青上面層+30cm 石灰穩(wěn)定碎石基層+20cm二灰土底基層+10cm砂礫墊層。

表1 某高速公路路基樣式 單位：m

2 工程實例

2.1 冷拌瀝青

在工程中實際應(yīng)用中，冷拌瀝青主要有兩種類型，第一類為乳劑型冷拌瀝青，包括乳化瀝青、改性乳化瀝青等；第二類為溶劑型冷拌瀝青，主要是由黏稠瀝青稀釋得到。由于乳劑型瀝青和稀釋瀝青中含有較多水分，容易對冷拌瀝青混合料的性能造成不利影響[1]，因此，本文為避免上述不利條件對冷拌混合料性能帶來負面效果，選用新型冷拌瀝青——環(huán)氧瀝青。

2.2 最佳配比的確定

環(huán)氧瀝青成分包含環(huán)氧樹脂、固化劑以及助劑和瀝青，不同環(huán)氧體系與瀝青的比例會直接影響環(huán)氧瀝青的各項性能指標，故本項目以5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9 的比例進行環(huán)氧瀝青的配制，并對配制好的環(huán)氧瀝青進行室內(nèi)拉拔試驗，對比分析各配比下的環(huán)氧瀝青性能，確定最佳配比，之后進行冷拌瀝青混合料的拌和和施工[3]。

根據(jù)上文所述，配制五組不同比例的環(huán)氧瀝青，所選用的環(huán)氧樹脂和固化劑的各項性能指標如表2～表3。

表2 固化劑理化性能指標

表3 環(huán)氧樹脂基本性能指標

根據(jù)表2～表3 可知，本項目所選環(huán)氧樹脂和固化劑均滿足規(guī)范要求，可選用上述固化劑和環(huán)氧樹脂以1∶1 的比例配制成環(huán)氧體系，以該環(huán)氧體系和瀝青配制不同比例的環(huán)氧瀝青。五組不同比例的環(huán)氧瀝青配制完成后，按照規(guī)范要求，使用高黏結(jié)性的橡膠瀝青按輪碾法碾壓成型300×300×50mm 的SMA-13 試件，將環(huán)氧瀝青以0.5kg/m3的用量涂抹于切割好的100×100×50mm的小梁試件兩端，進行拉拔試驗，試驗結(jié)果分析圖如圖1所示。

圖1 環(huán)氧體系摻量與材料黏結(jié)強度性能關(guān)系

根據(jù)圖1 可知，環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強度隨著環(huán)氧體系與瀝青的比例增加而增加。在比例由1∶9 增加至3∶7 的過程中，黏結(jié)強度得到明顯提高，由0.21MPa 提高至0.71MPa；在比例從3∶7 增大至5∶5的過程中，環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強度由0.71MPa 提高0.94MPa，提高幅度逐漸減緩；在總體比例由1∶9提高至1∶1 的過程中，環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強度共提高了0.73MPa，提升幅度明顯，表明環(huán)氧體系與瀝青的比例對環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強度的形成至關(guān)重要，根據(jù)試驗結(jié)果，本項目采用5∶5 作為本項目環(huán)氧瀝青的最佳配比制備環(huán)氧瀝青，并將其用于冷拌瀝青混合料的拌和與施工。

2.3 冷拌瀝青混合料的制備

按上述研究結(jié)果，以最佳環(huán)氧體系—瀝青配比制備環(huán)氧瀝青，選擇玄武巖作為本項目集料，拌和冷拌瀝青混合料，所制備的環(huán)氧瀝青與集料的各項技術(shù)指標檢測如表4、表5。

表4 集料物理性能

表5 環(huán)氧瀝青膠結(jié)料技術(shù)指標

表4～表5 檢測結(jié)果表明，本次所選集料和制備的環(huán)氧瀝青均可滿足路用性能要求，可用于冷拌瀝青混合料的施工。目前，關(guān)于冷拌瀝青混合料的級配種類眾多，綜合考慮各方面因素及本研究推廣應(yīng)用的普及性[4]，本項目選用以美國和日本為代表的AC-13 混合料級配設(shè)計，作為集料級配，具體級配設(shè)計見表6、圖2。

表6 各檔篩余百分率

圖2 級配設(shè)計

按照上述級配，進行冷拌瀝青混合料的拌和，并通過馬歇爾試驗測定最佳油石比，本項目所用混合料通過試驗和計算后，得出最佳油石比為4.9%。

2.4 性能檢測

（1）高溫性能試驗

車轍試驗是檢驗熱拌瀝青混合料的高溫性能最直觀有效的方法[2]，但冷拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料有較大的差別，且冷拌瀝青混合料需在鋪筑完成后，有條件地開放交通，故冷拌瀝青混合料在成型后所測的高溫性能，并不能代表真實高溫性能[5]。因此，本文通過對傳統(tǒng)的車轍成型試驗調(diào)整，即成型試件過程中，關(guān)閉溫控開關(guān)，常溫下成型試件，然后養(yǎng)護8h、24h、36h、48h 后，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）進行車轍試驗，試驗結(jié)果按下式計算后，結(jié)果見表7。

表7 冷拌瀝青混合料的高溫性能試驗結(jié)果

式中：DS 為瀝青混合料動穩(wěn)定度（次/mm）；N為試驗車輪往返碾壓次數(shù)（次/min）；t1、t2分別為45min、60min；d1、d2為對應(yīng)時間t1、t2時試件發(fā)生的變形量（mm）；d1、d2為系數(shù)，本試驗均為1.0。

從表7 可以看出，隨著養(yǎng)護時間的變長，冷拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度得到大幅度提高，并且由于環(huán)氧樹脂是熱固性材料，因此在60℃時仍然具有較好的穩(wěn)定性。

（2）水穩(wěn)定性試驗

本研究水穩(wěn)定性試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011），采用凍融劈裂試驗作為評價方法，以凍融劈裂殘留強度比作為評價指標，檢測結(jié)果如表8。

表8 冷拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

上述試驗結(jié)果表明，凍融劈裂強度比均在75%以上，可以滿足使用要求。

2.5 施工流程

冷拌瀝青混合料的生產(chǎn)方便靈活，既可以使用攪拌機實地生產(chǎn)，也可以在拌和站拌和完成后運送至現(xiàn)場[3]，具體施工流程見圖3。

圖3 冷拌瀝青混合料施工流程

應(yīng)當注意的是，冷拌瀝青混合料在拌和時拌和、運輸時溫度應(yīng)控制住10～30℃之間，施工時可以滿足在-20～40℃之間進行，初壓采用單鋼輪壓路機靜壓3～4 遍，復(fù)壓采用大噸位膠輪壓路機或關(guān)閉振動的雙鋼輪壓路機碾壓4～6 遍，終壓采用關(guān)閉振動的雙輪壓路機碾壓6～8遍直至表面沒有明顯輪跡。在施工完成后，應(yīng)在至少養(yǎng)護8h 以上再開放交通，以保證施工路段具有較好的強度。

3 結(jié)論

本文結(jié)合實際項目，通過對冷拌瀝青混合料的制備、原材料的檢測、混合料高低溫性能的研究得到如下結(jié)論：

（1）選用1∶1 的環(huán)氧體系：瀝青用量的比例，可以保證環(huán)氧瀝青具有較好的黏結(jié)強度；

（2）以環(huán)氧瀝青作為膠結(jié)料，4.9%的油石比，可以保證冷拌瀝青具有較好的高溫和水穩(wěn)性能，避免瀝青中所含水分對混合料性能的影響；

冷拌瀝青混合料在施工時，應(yīng)控制好施工和拌和時的溫度，并在攤鋪完成后，按照規(guī)定碾壓次數(shù)，進行初壓、復(fù)壓、終壓，且至少養(yǎng)護8h 以上才能開放交通，以保證路面強度和長期穩(wěn)定。