水泥瀝青混凝土在高速公路通信工井周邊路面修補中的應用

李香可

摘要：文章以南寧環城高速公路工程為例，將水泥瀝青混凝土作為高速公路通信工井外圍材料，經由現場施工驗證等方式與國內現有的工井外圍材料進行分析與比較，以評估水泥瀝青混凝土應用于工井外圍材料的可行性。試驗結果顯示，水泥瀝青混凝土的感溫性低，且在高溫下可加速水化反應而產生有利于力學強度的發展，在水泥瀝青混凝土的路面試驗中均表現出較好的性能;應用于回填及修補材料方面，水泥瀝青混凝土兼具高工作性與好開挖的特性，證明其應用于開挖頻繁的工井外圍具有較好的效果。

關鍵詞：工井;修補材料;回填材料;水泥瀝青混凝土

0 引言

市區道路由于道路交通頻繁，工井設置密集，導致面層材料常因無法抵抗車轍而產生沉降量與路面高低差，其中尤以柔性路面材料最為明顯。本研究以乳化瀝青與水泥常溫拌和成水泥瀝青膠漿（CAP）作為粘結料，再與粒料拌制成水泥瀝青混凝土。由于水泥瀝青混凝土的力學特性界于剛性材料與柔性材料之間，將其應用于工井外圍面層作為補強材料，對抵抗路面車轍與提升材料本身的力學性質與耐久性質定能有所助益。

1 項目概況

南寧繞城高速公路原稱南寧環城高速公路，全長約82 km，于2003-12-28全線貫通。2016-07-31起，南寧繞城高速安吉互通立交至南北高速公路那馬北互通立交段移交南寧市政府，并升級為那安快速路，周邊部分落地段增設通信工井等配套結構設施，在施工后，由于種種原因，工井頂面與周邊路面高差較大，故需采取一定手段補平此高差，確保行車安全。

根據建設單位、設計單位與施工單位三方聯合研究決定，本次路面修補需根據實際試驗情況確定最終修補材料。通過咨詢多家本地科研團隊后，決定選取熱拌密級配瀝青混凝土（DGAC）、樹脂瀝青混凝土（RAC）及水泥瀝青混凝土（CAC）作為工井外圍材料，經由現場試驗段試驗，評估試驗效果后，找出適合本地區交通特性的工井外圍材料及工法。

2 試驗材料與試驗控制

2.1 試驗材料

2.1.1 粘結料

（1）水泥瀝青膠漿：采用水泥瀝青膠漿（CAP）。

（2）改質瀝青Ⅲ型：采用某瀝青公司所提供的改質瀝青Ⅲ型（PMA3）。

（3）AC-20瀝青膠泥：采用中石油公司所生產的瀝青膠泥（AC20）。

2.1.2 粒料

（1）粗粒料：粗粒料是指停留在NO.8篩的粒料，由本地某預拌混凝土廠提供。

（2）細粒料：細粒料是指通過NO.8篩而停留在NO.100篩的砂，由本地某預拌混凝土廠提供。

（3）填充料：采用石粉，以取代停留與通過NO.200篩的粒料，由本地某材料商處采購。

2.2 試驗變量

本研究為評估水泥瀝青混凝土應用于工井外圍材料的可行性，因此通過變換工井外圍材料的種類而規劃出3種材料進行探討，組別配置為控制組與對照組共3種材料的配比設計。其中以密級配瀝青混凝土（DGAC）與現今各管線施工單位所使用的樹脂瀝青混凝土（RAC）一同列為控制組，其中DGAC分別以AC-20瀝青膠泥（AC20）及改質瀝青Ⅲ型（PMA3）作為粘結料拌制成瀝青混凝土，而將干拌水泥瀝青混凝土（DCAC）作為對照組進行試驗室材料試驗，以探討水泥瀝青混凝土工井外圍材料的力學性質、路面效果及耐久性質等[1]。

3 試驗內容

3.1 水泥瀝青膠漿（CAP）及干拌水泥瀝青混凝土（DCAC）

本次研究所采用的水泥瀝青膠漿（CAP）是以水泥（C）與乳化瀝青（A）通過添加界面活性劑（FSP）拌和而成，主要探討水泥與乳化瀝青比例（C/A）、界面活性劑（FSP/A）用量及CAP的力學性質。本研究設計3組水泥瀝青比例（C/A=1.0、1.1及1.2）及3組界面活性劑添加量（FSP/A=3%、3.5%及4%）共9組配比，再分別進行1 d、7 d及28 d齡期馬歇爾試驗值的量測，以決定本研究水泥瀝青混凝土（DCAC）中CAP材料成分的最佳配比。本研究設定代號為DCAP。

3.2 密級配瀝青混凝土（DGAC）

密級配瀝青混凝土（DGAC）是采用現行常使用的密級配瀝青混凝土應用于工井外圍材料，以探討其材料性質及路面效果。采用的配合設計方法為馬歇爾配合設計法。馬歇爾法配合設計方法為國內外最普遍采用的配比設計方法，此方法可參考規范為ASTMD1559，適用于試驗室內的材料配合設計及工地的質量控制。

本試驗決定最佳瀝青含量方式，是將最大單位重、最大穩定值及4%孔隙率所對應的瀝青含量予以平均，在確定各項性質符合規范后，其平均值即為最佳瀝青含量[2]。

3.3 樹脂瀝青混凝土（RAC）

采用樹脂瀝青混凝土（RAC）試體制作時，將25 kg桶裝打開取適當的樹脂瀝青混凝土用量，放入烘箱中（溫度約145 ℃～150 ℃）中烘至恒重，再按照規范的試體制作方式制作試體，以自動夯壓機夯實，制作6.35 cm高的馬歇爾試體。

4 試驗評估

4.1 磨耗試驗

磨耗試驗的主要目的在于評估多孔隙瀝青混凝土受車輛輪壓及摩擦力時，抵抗粒料的飛散能力[3]。通常磨耗率越小代表路面越具有耐久性。本研究將各試驗組別進行磨耗試驗，以檢核其耐久性與服務效果。試驗結果如表1及圖1所示。依據試驗結果顯示：除DCAC組1 d齡期時平均磨耗率為63.15%外，其他組別平均磨耗率分別為：DCAC組7 d齡期平均磨耗率為22.69%、DCAC組28 d齡期平均磨耗率為9.69%、DGAC-PMA3組平均磨耗率為2.70%、DGAC-PMA3組平均磨耗率為3.39%及RAC組平均磨耗率為3.75%，均符合規范<25%的要求。主要原因為PMA3粘滯度較DCAP為高，且PMA3較具柔性，故磨耗率較低。

4.2 車轍試驗

車轍輪跡試驗是模擬行駛中車輛碾壓路面所造成的垂直壓密及橫向推擠現象，試驗時以特定的輪胎荷載作用于瀝青混凝土試體上，并且反復滾動碾壓，試驗結果可用以評估瀝青混凝土抵抗永久變形的能力[4]。為了解不同輪壓對瀝青混凝土車轍行為的影響程度，本研究以試驗溫度60 ℃，輪壓16.8 kgf/cm 2進行車轍試驗。試驗結果如表1及圖2所示。

依據試驗結果顯示，各組別中以DCAC組動穩定值最高、DGAC組次之，RAC組最低，而由DGAC中DGAC-PMA3組的動穩定值高于DGAC-AC20組。就整體試驗結果而言，瀝青混凝土動穩定值受到孔隙率、瀝青種類、粒料粒徑及粒料級配等的影響甚大。而在比較各組別的動穩定值發展趨勢后，DCAC組中可觀察到動穩定值隨齡期增加而增加，且7 d齡期動穩定值分別高于RAC組47.4%、DGAC-AC20組50.1%及DGAC-PMA3組37.6%，在28 d齡期時更分別高于RAC組62.8%、DGAC-AC20組84.3%及DGAC-PMA3組51.6%。

由于瀝青混凝土為粘彈性材料，故其變形量為荷載作用時間的函數，變形量是由瞬時彈性變形、粘彈性變形與粘塑性變形組成。瀝青混凝土卸除后，彈性變形立即恢復，粘彈性變形則隨時間增加而逐漸恢復，塑性與粘塑性變形則因無法立即恢復而成為永久變形，此變形即為路面車轍的主要原因之一。DCAC組主要由于乳化瀝青內的水分，可提供水泥水化所需的水分，增加其抵抗永久變形的能力，且可限制瀝青膠泥受溫度軟化的塑性變形，使得粒料受力減少相對位移，因此DCAC組的車轍較其他組別車轍量為小。

5 結語

本文對南寧環城高速公路現狀工井周邊路面情況進行了分析，并結合實際情況提出了幾種路面修補的材料方案，并通過現場試驗采集數據進行對比分析，得到如下結論：

（1）水泥瀝青膠漿（DCAP）基本性質試驗結果為水泥含量與DCAP強度成正比，與DCAP工作性成反比，若DCAP欲在高水泥含量下得到良好的工作性則需增加界面活性劑的用量。

（2）常溫拌和的DCAP漿體性質不具感溫性，且由于添加水泥的緣故，材料于高溫下強度并未折減，反而加速水化反應而提高早期強度。路面效果方面，DCAC內水泥的水化反應可限制瀝青膠泥受溫度軟化的塑性變形，減少粒料間的相對位移而提高抵抗車轍的能力。

（3）整體而言，干拌水泥瀝青混凝土（DCAC）在路面效果及耐久性質的表現均較目前國內補強材料佳，且經試鋪驗證效果良好，故DCAC可應用于工井外圍材料。[KG-1mm][XCW.TIF，JZ]

參考文獻：

[1]單 社.淺談現場熱再生技術在高速公路瀝青混凝土路面修補中的應用[J].甘肅科技，2012，28（16）：141-144，131.

[2]梅建峰，朱錦海.淺談環氧混凝土在通信井維修中的應用[J].江蘇交通科技，2013（6）：18-19.

[3]馬步方，張 魁.單層瀝青混凝土在高速公路水泥路面罩面工程中的應用[J].科技創新與應用，2014（35）：238-240.

[4]郭素軍.裂縫密封膠在京秦高速公路路面坑槽和伸縮縫修補中的應用[J].交通世界，2009（11）：66-67.