級配對冷補瀝青混合料性能的影響分析

李旭 楊群

瀝青混合料是一種高科技道路修補材料,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,可以隨時隨地使用簡單工具修補道路,具有高效、節能、快速、及時等優點。因此,近年來國內外紛紛開展了冷補瀝青混合料的研究,取得了一定的成果。本文通過設計不同的級配,對冷補瀝青混合料性能進行了綜合的對比分析,并依據不同的環境對冷補料級配的選擇提出了建議。

1 級配設計

1.1 級配的選擇

礦料骨架的形成首先靠合理的集料級配組成,其次靠合理的施工工藝。通過對混合料級配組成研究發現,主要是關鍵篩孔通過率對級配曲線有明顯的影響。本文依據不同的級配類型,通過控制關鍵篩孔的通過率,有針對性的選擇了4種級配(見表1)。

表1 配合比設計級配表

從表1中可以看出,4種級配的2.36 mm關鍵篩孔的通過率大小關系為:級配D＞級配C＞級配B＞級配A。從整體級配曲線上來看,級配A接近下限,相當于開級配類型;級配D則接近上限,類似于密級配;級配B和級配C則位于兩者之間,屬于半開級配。

1.2 貝雷法評價

下面將采用貝雷法中兩個重要的指標CA比和FAc比對選取的級配進行評價(見表2)。其中CA比過大則不能形成粗集料骨架結構,太小則容易出現離析和壓實方面的問題,貝雷法要求CA比=0.2～0.5。細集料FAc比對空隙率和礦料間隙率等體積指標影響較大,FAc比增加時,混合料的空隙率和礦料間隙率有所下降。如果細集料FAc比太高,細集料中填充空隙的細顆粒增加,級配容易壓實,但高溫穩定性差。反之,若FAc比太低,細集料中粗顆粒間隙體積沒有被足夠的細料填充,這種混合料級配不均衡的且難于壓實。

表2 貝雷法評價

從表2中可以看出,4種級配的CA比均在0.2～0.5范圍之內,都能形成粗骨料骨架結構,且不易產生離析,其中CA比的大小關系為:級配D＞級配B＞級配A＞級配C,而 FAc比的大小關系為:級配C＞級配D＞級配B＞級配A。從以上兩種大小關系可以簡單看出,級配C的CA比最小而FAc比最大,其骨架性和密實性要優于其他3種級配。

2 配合比設計

2.1 瀝青用量的確定

同濟大學根據大量試驗數據,總結出了一套適合于冷補瀝青混合料最佳瀝青用量的經驗公式:

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

根據上述公式可以算出4種級配的最佳瀝青用量,具體數值如表3所示。

表3 最佳瀝青用量

從計算結果可以看出瀝青用量和級配有著密切關系,細集料越少,瀝青用量也相應越少。

2.2 拌合配制

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

級配D拌合時間為180 s,級配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大,隨著細集料的增多,拌合難度也相應增大,具體表現為瀝青不能裹附石料,花白料偏多。因此從拌合角度來講,細集料不能過多。

3 級配對冷補料強度的影響

以下將通過馬歇爾穩定度試驗來對初始強度和成型強度進行評價。

從圖1,圖2中可以看出,級配C冷補料的初始強度達到2.4 kN,成型強度為8.7 kN,明顯高于其他三種級配冷補料,其對應的空隙率也小于其他三種級配,這主要是由于級配C的CA比最小,FAc比最大,粗骨料能相互嵌擠,細集料能基本填充多余的空隙,其結構最接近于骨架密實狀態,可使混合料具備較高的強度。

4 級配對冷補料耐水性能的影響

試驗方法:將成型馬歇爾試件按熱瀝青混合料的試驗方法進行殘留穩定度和凍融劈裂試驗。試驗結果如圖3,圖4所示。

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

5 結語

1)如果采用密級配(如級配D),由于細集料比較多而使混合料顆粒間的接觸點較多,容易造成混合料結塊,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,雖然級配A最優,但其屬于開級配,空隙率大,強度和耐久性都不好。綜合各方面技術要求,級配C既有較好的骨架結構又有適當的細集料填充,性能較優。2)對于LB-10型的冷補瀝青混合料級配,關鍵篩孔(2.36 mm)的通過率宜控制在18%～22%,貝雷法評價CA比宜在0.24～0.29范圍內,FAc比宜在 0.45～0.50之間。3)冷補瀝青混合料所應滿足的技術性能要求大都是內在相關的,在改進某一技術性能的同時往往會給其他性能帶來影響。應結合坑槽修補的時機、氣候條件以及路面等級來確定選用哪種冷補料,比如在南方熱帶地區,混合料應突出對穩定性的要求;在北方寒冷地區,應強調混合料具有良好的和易性;而在潮濕多雨地區,應該重點要求混合料的耐水性。

[1]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規范[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.儲存式瀝青混合料組成設計的研究[J].同濟大學學報,1998(6):31-32.