瀝青路面材料新技術的發展和應用

李志杰

隨著人們對環境保護和行車舒適性的要求以及瀝青混合料再生技術的不斷成熟,瀝青混合料的研究已經成為了交通行業材料學科的最主要課題。各種研究機構呈現出了百家爭鳴的局面,這也為瀝青混合料的應用創造了更為廣闊的空間。但是,由于受到材料、施工水平以及檢測設備的限制,當前我國的瀝青混合料路面還處在一個不斷成熟的階段,主要表現在以下幾個方面。

1 瀝青混合料研究體系有待發展

我國現行規范所采用的馬歇爾體系基于剛性擊實成型試驗件,而且以各類體積指標來間接反映路面材料的各種性能,馬歇爾穩定度和流值與瀝青路面材料在實際使用中的應力應變情況也有著很大的區別。這就落后于國外所使用的旋轉壓實機具及其應力應變評價方式。具體的說,如果我們以馬氏法做出了空隙率為4%的試驗配合比,而且在施工過程中也能達到這個壓實標準,但在路面日后的使用過程中隨著輪胎反復的柔性碾壓空隙率就會進一步減小為2%,這樣就會造成壓密型車轍。

現在國際上常用的瀝青混合料配合比設計體系有Superpave和GTM。1)Superpave是一個商標名。商標的擁有者是美國各州公路與運輸官員協會(AA SHTO),但Superpave不僅僅是熱拌瀝青路面的一個新的名稱,還包括三樣東西:建立在性能基礎上的瀝青膠結料規范、混合料設計體系和性能預測體系。性能規范和混合料設計體系已為我國廣大公路工作者熟知,而性能預測體系,由于SHRP完成時一方面由于預測模型不夠完善,另一方面缺乏足夠的現場驗證,所以沒有列入正式推廣中,通過這幾年的研究,同時結合AA SHTO2002路面規范的修訂以及路面長期性能(LTPP)試驗路的驗證,最終完成了整個體系,這樣從材料選擇、混合料設計和路面結構設計連成了整體,可以保證優良的路面性能。2)GTM就是美國工程兵旋轉壓實剪切試驗機,配合比設計理論就建立在這個試驗設備上,其最終的配合比主要由應變比GSI、抗剪安全系數GSF和密度3個指標控制,其受力簡圖見圖1。

在實際使用過程當中,GTM以真實發生的應變和應力作為確定混合料配合比的方式,可以直接有效地反映出路面材料在使用過程中的受力特征,由于其成型方式幾乎使混合料能達到最終空隙率,所以其油石比較馬歇爾要小得多,且抗車轍能力比較高。但是它的發展受到了兩個方面的限制:1)試驗設備比較昂貴,無法在大多數的施工單位普及;2)對施工機械的要求比較高,很多機械設備無法達到與GTM相當的壓實效果。

2 原材料與配合比設計存在一定的矛盾

隨著瀝青混合料配合比設計體系的不斷進步,對原材料的要求越來越嚴格,表1,表2以級配為例說明了這一點。

很明顯,GTM的級配范圍要比馬氏要求的范圍窄一些。然而,很多地區的集料規格相當有限,要配制出Superpave和GTM都有一定的困難,這其中也包括在我國已經使用較為廣泛的SMA。

表1 2004年公路瀝青路面施工技術規范中對瀝青混合料級配的規定

表2 GTM施工指南(河北省交通廳)對瀝青混合料級配的規定

我國現行標準對原材料的各項指標做了非常詳細的規定,我個人認為有幾點應該特別重視:

1)對瀝青混合料而言,施工溫度是非常重要的,所以動力粘度(布氏粘度)作為粘溫曲線的重要指標是很值得重視的。2)礦粉是瀝青混合料最主要的填料,其細度決定了0.075篩孔的通過量。3)一定要選擇干凈的石灰巖質石屑,有條件的話要使用機制砂。4)細集料的棱角性和穩定度關系密切,是細集料的必檢指標。

3 施工工藝還有待進一步的改進,SMA仍有較廣闊的應用空間

SMA作為一種新型材料還有著很多方面的優點。由于其在級配上有著鮮明的特點,研究SMA主要集中在各個體積指標之上,VMA(礦料間隙率)、VCA(粗集料骨架間隙率)、VV(空隙率)。它們各自關系到SMA的結構特征,同時各指標之間又是相互聯系的。表3是我在長琿公路施工時的一點總結。

表3 長琿公路08標段SMA-16三種級配的試驗數據匯總表

從表3中看出,在同樣油石比的情況下,不同級配隨著 VMA的增加 VV也在不斷的增加。必須找到一個合適級配,使得VMA＞17%(我國規定為16.5%),VV＜4%,這是 SMA設計的最主要步驟。VCAmix＜VCADRC就證明骨架沒有被瑪脂撐開,可以用來判定SMA能否形成真正的“石—石”結構。

SMA施工過程應注重:1)SMA是典型的間斷級配,粗骨料熱料倉(4號或5號倉)的用量是最多的,經常會出現不能供應連續生產的現象。與此同時,其他幾個熱料倉則由于用量較少等各方面的原因,出現溢料現象。所以,一定要合理選擇振動篩,嚴格控制冷料倉進料比例。2)SMA對施工溫度要求較高,要嚴格按照規范控制出料,攤鋪和碾壓的溫度。3)SMA最常見的施工問題是油斑,原因是:a.纖維素質量不夠,不足以分散和吸收瀝青;b.細集料和礦粉用量不足,造成瑪脂成分中瀝青含量太多。

4 結語

隨著科學的發展和社會的進步,越來越多的新技術、新材料、新工藝在不斷的得到應用,這些研究成果為我國公路事業的發展做出了卓越的貢獻。但是,我們也要注重這些理論的可實現性。在實際施工過程中,還是要嚴格執行現行施工技術規范,立足現狀,綜合全面的考慮。

[1]河北省交通廳,GTM瀝青混合料施工技術指南[S].

[2]中國工程建設標準化協會公路工程委員會,公路瀝青瑪脂碎石路面技術指南[S].

[3]裴高慧,李紅軍.Superpave設計方法應用研究[J].山西建筑,2008,34(16):163-164.