冷鋪瀝青混合料路用性能評價

裴忠慶

我國對冷鋪混合料的研究起步較晚。自從國外材料供應商進入中國市場人力推銷冷鋪瀝青混合料以后,我國也開始進行廣泛研究,由于技術上的困難,特別是高分子添加材料的研制一直沒有更大的進展,但鑒于冷拌冷鋪路面具有無污染、施工方便、即時通車、不受天氣影響等優越性,對冷拌冷鋪瀝青混合料的研究已逐漸成為國內瀝青混合料加工的研究熱點。目前我國對冷拌瀝青混合料產品研究很少,對于這種材料的技術指標和評價方法嚴格來說還只是建議。在國外除前蘇聯提出了一些指標和方法外,其他國家也大都沒有非常明確的指標,有的國家甚至認為主要用于路面修補的材料無須有什么指標。但是作為一種工程應用材料,它必須滿足一定的要求,并且要將其作為鋪筑道路而不僅僅是修補材料來看,更需要用某些指標來加以控制。例如,對于疏松性和壓實性的控制,壓實后的強度,又如由于冷拌冷鋪瀝青混合料在鋪設后不能一次壓實到足夠的密度,初期空隙率較大,如果混合料沒有足夠的抗水損害能力,則容易引起路面松散,故混合料還需要具有一定的水穩性。因此在配制混合料之前不但需要對影響混合料的因素進行分析,還需要研究判斷和控制冷鋪瀝青混合料路用性能的技術指標,以便規范化和推廣應用。

1 冷鋪瀝青混合料疏松性和壓實性評價

西班牙Cantabria大學提出了磨耗損失率法。該方法本來是用來評價排水性瀝青混合料抗松散性能的一種方法,經過改進用來評定冷補材料的疏松性和壓實性。其試驗方法是將1 000 g混合料在15℃下正反擊實20次成型為馬歇爾試件,稱重后在15℃下保溫4 h,然后將試件放入洛杉磯磨耗機內,不放入鋼球,旋轉100轉后從滾筒中取出最大的一塊稱重,以損失質量與原試件重之比作為指標,稱為磨耗損失率。若磨耗損失率大,則表示混合料疏松性好,而壓實性差;反之,若磨耗損失率小,則壓實性好,疏松性差。同濟大學指出,為兼顧兩者,磨耗損失率宜在5%～20%范圍內取值。雖然采用磨耗方法能反映混合料的性能,但試驗比較麻煩,費時費事,同時一般瀝青混凝土廠也沒有洛杉磯磨耗機,所以這種方法還是存在局限性。

最佳含水量法。在反復試拌冷補混合料的過程中,常常抓起一把混合料捏緊,看混合料能否結合成團,然后另一只手再拍打一下,看混合料能否松散。這使我們聯想起在路基施工現場施工人員檢驗土壤是否具有最佳含水量而常用的簡便方法。由于冷補瀝青混合料的疏松性和壓實性與其用油量有關,如果混合料捏緊能成團,則表明混合料經碾壓可以成型而不松散;如混合料捏緊后不能一下子被拍散,則表明混合料疏松性不好,儲存中易結團,結團后難以松散,因此這一方法完全可以用來評價混合料的疏松性和壓實性。雖然該方法沒有數據,全憑經驗,但卻簡單實用,能方便并能較為準確地檢驗混合料的壓實性和疏松性。

2 冷鋪瀝青混合料初始強度評價

國內外在對初始強度的評價上基本一致,多采用馬歇爾穩定度進行評價。參考日本大有株式會社對冷鋪瀝青混合料提出的技術標準(見表1),他們把瀝青初始穩定度細分為三個部分:1)作業穩定度:拌合料作業時的控制指標。將混合料在常溫下正反面錘擊50次或75次,制作成馬歇爾穩定度試塊,脫模后測定的常溫下馬歇爾穩定度即為初始穩定度。它既可以用來評價混合料初始強度,又可以評價混合料壓實性。2)初期穩定度:攤鋪碾壓后第7天的穩定度。3)使用穩定度:瀝青混合料在鋪筑碾壓通車7 d后使用的穩定度。

表1 日本冷鋪瀝青混合料的技術標準

3 冷鋪瀝青混合料的水穩定性評價

抗水損壞能力是冷拌瀝青混合料的薄弱環節,由于冷拌瀝青混合料必須選用粘度小的基質瀝青作為結合料,瀝青的粘度小,對抵抗水分的置換能力就不強,而混合料在路面壓實后,存在一定空隙率,水分極易進入,而且瀝青與集料的粘附性較差,再加上交通荷載的反復沖擊作用,氣候條件等影響,很容易在早期產生嚴重的水損害。因此對冷鋪瀝青混合料的抗水損害能力進行評價顯得尤為重要。對于混合料水穩定性的方法,我國常采用浸水馬歇爾試驗。該方法試驗簡單,易于操作,且能區分開不同瀝青等級,不同性質集料水穩性好壞,所以本文建議用此方法來鑒別冷鋪瀝青混合料的水穩定性。試件分兩組:一組在60℃水浴中保養0.5 h后測其馬歇爾穩定度S1;另一組在60℃水浴中恒溫保養48 h后測其馬歇爾穩定度S2。然后計算殘留穩定度S0。

而同濟大學模擬連續3 d下雨的路用狀況,將試件在常溫下浸水3 d,測其馬歇爾強度S1,并以殘留馬歇爾強度來評價混合料的水穩性,即P=S1/S0×100%,并提出 P應大于70%。

4 冷鋪瀝青混合料的成型強度評價

冷拌冷鋪瀝青混合料在鋪筑之后,隨著添加劑的揮發,瀝青粘度的增大,混合料的強度是不斷增大的。為了保證瀝青路面在夏季高溫季節行車荷載反復作用下,不致產生諸如波浪、推移、車轍等病害,混合料應具有足夠的強度以抵抗永久變形能力。瀝青路面高溫穩定性評價有許多方法,馬歇爾試驗、單軸蠕變試驗、三軸蠕變試驗、輪轍試驗等。馬歇爾穩定度是評價混合料穩定性的一種經驗性指標,經研究表明用它來衡量混合料高溫穩定性存在著局限性。但是考慮到馬歇爾穩定度試驗在我國較為普及,在一般瀝青加工廠由于試驗設備和技術限制較大,故希望從易于掌握的馬歇爾穩定度試驗中獲得較為理想的評價辦法。

國內外對此進行了大量的研究,日本大有株式會社要求瀝青混合料在鋪筑碾壓通車7 d后的使用穩定度大于3.0 kN。這種試驗方法需要鋪筑試驗路及鉆探取芯,操作起來非常麻煩,且未對通車7 d的交通量進行定量。同濟大學采用相同組成配合比的混合料作標準馬歇爾試驗,考慮到溶劑尚未完全揮發,要求穩定度大于5.0 kN即可。而標準馬歇爾試驗要求很高的溫度,這將非常不利于溶劑的安全性,易發生危險,因此這種試驗方法也不太適合。長安大學則采用了烘箱加熱法,促進溶劑揮發,使混合料快速成型。他們制定了兩種試驗方案,方案A:將儲存好的松散瀝青混合料放入盤子中,均勻攤鋪成厚50 mm的一層,放入105℃烘箱中24 h后取出,立即按標準馬歇爾試件成型方法擊實成型,冷卻后脫模,放入60℃水浴中保溫30 min～40 min,測其60℃馬歇爾穩定度。方案B:將儲存的松散瀝青混合料先擊實成型為標準馬歇爾試件,不脫模橫向放置于105℃的烘箱中24 h后取出,立即兩面分別擊實25次,冷卻后脫模,采用上述相同方法測其60℃馬歇爾穩定度。兩種方案的測試結果分別是:方案A成型穩定度4.12 kN,方案 B成型穩定度 2.18 kN。

從試驗結果可以看到,方案A得到的試驗結果比方案B得到的試驗結果明顯大,這說明試驗方法A能更有效的表示出試驗的目的,較真實的反映瀝青混合料的成型強度,而且顯而易見,試驗方法A操作簡便,與規范中標準馬歇爾試件成型方法相同,易于推廣。他們提出了成型穩定度的建議值應大于4 kN。他們的分析和試驗方法較為科學,不失為一個評價混合料成型穩定度的好辦法。

我國公路瀝青路面施工技術規范規定冷補瀝青混合料馬歇爾試驗方法:稱取混合料1 180 g在常溫下裝入試模中,雙面各擊實50次,連同試模一起以側面豎立方式置入110℃烘箱中養生24 h,取出后再雙面各擊實25次,再連同試模在室溫中豎立放置24 h,脫模后在60℃恒溫水槽中養生30 min,進行馬歇爾試驗,并且要求得出的冷補瀝青混合料的馬歇爾試驗穩定度不小于3 kN。

5 結語

通過對冷拌瀝青混合料路用性能評價方法與評價指標的研究,提出了冷拌冷鋪瀝青混合料各項技術指標的評價方法及推薦值:1)冷鋪瀝青混合料的初始強度采用馬歇爾初始穩定度試驗來測定,其推薦范圍為2.5 kN～3.0 kN。2)冷鋪瀝青混合料的疏松性和壓實性采用最佳含水量法來評價,雖然該方法沒有數據,但卻簡單實用,能方便并能較為準確地檢驗混合料的壓實性和疏松性。3)冷鋪瀝青混合料的成型強度采用馬歇爾成型穩定度試驗來測定,其推薦范圍為4.0 kN以上。4)冷鋪瀝青混合料的水穩定性采用25℃水浴箱中保溫48 h測定殘留穩定度,其推薦范圍為70%以上。

[1] 郝培文,符 俊.預拌式冷補瀝青在道路日常養護中的應用[J].公路,2001(12):23-24.

[2] Charle.Parker,W.H.Hinman.Cold Mix Bituminous Concrete.AAPT,1994.

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