灌注式巖瀝青混合料力學性能及施工技術研究

賈 睿

（新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，烏魯木齊 830006）

0 引言

巖瀝青存在于巖層夾縫中， 由于長期與自然環境共存， 性能穩定， 巖瀝青作為改性材料應用于瀝青混合料中，具有非常優良的路用性能，如高溫穩定性能好、抗水損壞能力強、抗老化能力強、耐候性好等特點[1-2]。

林曉光等[3]對布敦巖瀝青和國產青川巖瀝青研究對比發現，巖瀝青的摻入對基質瀝青的高溫穩定性、低溫抗裂性以及抗老化性能均有很大的提高， 且青川巖瀝青在高溫性能、抗老化性能等方面均優于布敦巖瀝青。鄒桂蓮等[4]通過布敦巖瀝青和A-70 瀝青混合料進行凍融劈裂試驗，研究顯示，巖瀝青的水穩定性明顯高于A-70，這表明巖瀝青改性瀝青混合料能夠很好的滿足潮濕土地水穩定性的要求。 但目前我國尚無灌注式巖瀝青混合料施工設計規范，只有一些工程經驗的建議指標。在公路行業迅速發展的形勢下， 研究巖瀝青的各項指標對我國標準和規范的制定有指導性的意義。

1 巖瀝青混合料改性機理

天然巖瀝青改性的機理是： 將天然巖瀝青按照一定的配合比摻入普通瀝青中， 使基質瀝青與天然巖瀝青共同作用使巖瀝青分子膠束破裂， 破裂膠束上空缺的活性點被普通瀝青中的微分子所填充， 從而形成一種全新的瀝青混合物[5]。實質上是在普通瀝青中加入了大量的非自發核心物質對原基質瀝青的結構進行改造[6-7]。

2 巖瀝青改性的性能指標

文章依托實際工程， 針對巖瀝青改性性能進行了力學性能研究，基質瀝青采用國產某品牌90 號瀝青，試驗發現在170℃～190℃下可以同天然巖瀝青完全融合。依據國內外以往研究經驗對基質瀝青進行按比摻加， 性能數據見表1。

通過試驗數據對摻比瀝青的性能進行分析， 得到以下結論：

由圖1 可以看出，隨著巖瀝青摻量的增加，軟化點的增加要比添加湖瀝青更加明顯；由圖2 可以明顯看出，加入巖瀝青改性后后針入度明顯低于基質瀝青和湖瀝青；由圖3 觀察出，明顯改善瀝青粘附性，增加了粘度，抵抗變形能力明顯高于基質瀝青和同比份的湖瀝青， 由圖1和圖2 軟化點的升高和針入度的降低也說明了這一規律。 試驗證明加入巖瀝青改性基質瀝青可以增強瀝青混合料的高溫穩定性和抗車轍性能， 并且隨著摻入量的增加，性能也逐漸提高；由圖4 可以看出，脆點隨著巖瀝青的摻加也升高， 說明巖瀝青的摻入會使瀝青的低溫性能降低，但通過加入橡膠等改性物質，可以提高其低溫抗裂性能。總之，加入巖瀝青后粘韌性增加幅度遠遠大于湖瀝青，這將很大程度增加瀝青路面的壽命。

表1 瀝青改性實驗數據匯總（75℃）

圖1 不同摻量巖瀝青軟化點對比圖

圖2 不同摻量巖瀝青針入度對比圖

圖3 不同摻量巖瀝青粘度對比圖

圖4 不同摻量巖瀝青青脆點對比圖

2.1 母體骨架配合比設計

灌注式巖瀝青混合料灌注乳漿前的結構稱為母體骨架，本項目采用AC-20 級配嵌擠結構進行設計。分別采用粗、 中2 個級配對礦料級配進行選擇。 通過調整4.75～9.5 mm 與0.3～2.36 mm 礦料隙率比例， 級配如表2 所示。

表2 母體骨架級配組成

該級配設計采用Bailey 設計方法[10-11]，對礦料級配的CA、FAC、FAF 進行計算驗證，以優化級配結構（見表3）。通過改變粗集料中較細與較粗部分的比例， 來調整整體骨架結構的孔隙率。 但隨著CA 的增加，粗集料中較細部分將對集料的骨架結構起到一定的軟化作用， 從而難以保證粗集料結構的穩定，影響其路用性能。母體骨架的孔隙率一般控制在15%～30%范圍內， 骨架的穩定度大于3.5kN，流值控制在2.0～4.0mm。

表3 級配嵌擠參數

2.2 灌注水泥膠漿的選取

水泥膠漿灌入開級配母體瀝青后， 填補了密集配骨料的空隙，水泥膠漿凝固后，路面形成密實結構，路面車輛荷載作用下， 瀝青混合料骨架和凝固的水泥膠共同作用， 上部荷載在多向受力情況下， 將荷載傳遞給骨架結構，由骨架結構傳遞到基層。大大提高了路面結構的穩定性。 本項目為提高水泥膠漿的貫入度以及滿足路面各項力學性能指標，采用特細沙作為膠漿材料（集配見表4），水泥采用普通硅酸鹽水泥P.O32.5，水泥膠漿的配置必須保證其良好的和易性以及足夠的抗壓和抗折強度， 本次參照 《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》JTGE30-2017 目標值，如表5 所示。

表4 細沙集配

表5 水泥強度指標

為防止水泥在硬化過程中發生體積收縮導致與母體骨架剝離，在膠漿中加入8%UEA 膨脹劑；為防止膠漿水灰比過大導致膠漿的離析，拌和時加入萘系減水劑[12]。 水泥膠漿配合比見表6。

表6 水泥膠漿配合比

3 巖瀝青混合料灌注式施工方案

灌注式巖瀝青混合料的特點是在高溫狀態（約170℃～185℃）下對母體瀝青混合料進行拌合，用壓路機進行碾壓達到規定的密實度和平整度形成的路面結構， 然后用瀝青灌注機將拌制好的巖瀝青乳漿進行路面灌注施工。

3.1 母體瀝青混合料攤鋪

母體瀝青混凝土的攤鋪和碾壓是灌注式瀝青混凝土路面施工的重要組成部分，為了達到較好的路面平整度、穩定度和耐久性，應根據不同的施工機械、混凝土的材料和性能以及基層的情況采取相應的施工工藝。 應注意的是，一切輔助性操作都不能在新攤鋪的瀝青面層上進行。攤鋪速率由公式（1）確定：

式中：ν 為攤鋪機速度 （m／min）； Q 為混合料供給能力（t／h）；b 為攤鋪寬度（m）；h 為壓實后的攤鋪厚度（m）；γ 為混合料壓實后的密度（t/m3）；C 為效率系數，取0.6～0.8。

3.2 灌注過程中注意事項

巖瀝青作為混合料改性劑， 在制作完成至現場灌注過程，必須保證其流動性和灌注率。待改性母體瀝青混合料整體溫度下降至45℃左右， 將計算用量的水泥膠漿用灌注槽進行帶壓灌注。灌注完成后，用輕型震動壓路機震動碾壓至路面平整[13-14]。 碾壓時不得過震，防治母體瀝青松散； 灌注碾壓完成后， 用路杷將參與路面的巖瀝青清除，露出母體瀝青混合料表面為宜。

4 結論

文章通過對不同摻入量的巖瀝青改性瀝青力學性能進行了分析，試驗結果表明，巖瀝青改性瀝青在路面結構中具有相當的優越性：

（1）巖瀝青改性混合料具有很好的高溫穩定性、粘附性、和耐候性。

（2） 灌注式施工方式使得水泥膠漿填補了密集配骨料的空隙，水泥膠漿凝固后，路面形成密實結構，路面上部荷載在多向受力情況下，將荷載傳遞給骨架結構，由骨架結構傳遞到基層，大大提高了路面結構的穩定性。

（3） 為確保巖瀝青膠漿能夠充分的灌入母體瀝青混合料，應用輕型震動壓路機震動碾壓至路面平整，使得路面結構更加穩定。