高速公路路面修補工程中熱拌瀝青混凝土的性能分析

文 立

(1.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術與筑路材料工程技術研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

世界各國目前普遍面臨資源短缺與能源匱乏的現象，因此地球村“可持續發展”的?厳念逐漸受到重視。由于國內廢棄物數量日漸增加，而公共工程必需的砂石短缺問題卻相當嚴重。因此，尋找可行性的替代粒料及開發適宜的人造粒料已具有迫切性與前瞻性。本研究系通過純水泥漿及二灰水泥漿包裹破碎型輕質骨材，簡稱“裹漿粒料”，然后采用裹漿粒料，以改善瀝青混凝土中粒料的強度及耐久性，并解決天然砂石逐漸枯竭的窘境，再借由水泥瀝青膠漿作為粘結料與裹漿粒料拌制成熱拌瀝青混凝土，除具有節約能源及減少粉塵公害等優點外，尚可提升施工效率及路面質量。

1 工程概況及現場規劃布置

柳南高速公路是國家高速公路網G72(泉南高速公路)的一部分，全程225 km，分兩段通車：柳州至王靈全程136 km，1998-12-08通車；王靈至南寧三岸全程89 km，1999-10-01通車。2016年7月，柳南高速公路南寧那容至三岸段移交南寧市政府，后改造為城市快速路。

在改造過程中，由于原路面已凹凸不平，故考慮在改造過程中，同步加鋪路面，這是廣西高速公路史上第一次對高速公路大規模改擴建，將水泥路改造成瀝青路。此次鋪設瀝青分為三層，最下面一層瀝青主要功能是粘合水泥路面，防止水泥路面變形，與原有的水泥路面牢牢結合；中間層瀝青主要是抗壓層，主要承擔行車的重量，可以防止瀝青路面出現車轍；最上面一層則是熱拌瀝青，這種瀝青因為直接與車輪接觸，必須耐磨、噪音小、柔軟而不失堅固。但由于道路等級提高，路面粘結料的選取及路面熱拌瀝青的拌和比例就極為重要。通過咨詢多家本地科研團隊后，決定經由現場試驗段試驗，評估試驗效果后，找出適合本地區熱拌瀝青的制作工藝[1]。

2 試驗材料及配比方法

2.1 試驗材料

(1)粘結料：本研究采用以下兩種粘結料。

①水泥瀝青膠漿：水泥瀝青膠漿為熱拌瀝青混凝土的粘結料，系由陽離子乳化瀝青、水泥及界面活性劑等材料拌和而成。本研究所采用的水泥瀝青比為1.2，界面活性劑添加量為3%。

②改性瀝青：改性瀝青為熱拌瀝青混凝土的粘結料，系由本地企業提供，材料性質符合規范相關的要求。

(2)粒料：粗粒料采用天然碎石、破碎型輕質骨材及裹漿輕質骨材，細粒料則采用天然砂。

(3)裹漿材料：本研究系通過純水泥漿、飛灰水泥漿及爐石水泥漿作為裹漿材料，以系統化設計掌握最佳的裹漿質與適當的裹漿量。

2.2 瀝青混凝土配比設計方法

本研究同步探討裹漿材料種類對含輕質骨材裹漿粒料的密級配(DGAC)、多孔隙(PA)及石膠泥(SMA)等柔性及半剛性路面的路面效果。輕質骨材裹漿粒料以體積方式置換部分與全部天然粗粒料并進行比較。研究中使用馬歇爾配合設計法，以求取瀝青混凝土路面試體的最佳粘結料含量，其中密級配瀝青混凝土及石膠泥瀝青混凝土設計空隙率為4±1%，多孔隙瀝青混凝土設計孔隙率則為20±1%。

3 試驗方案

3.1 試驗組別配置

本次試驗主要探討裹漿粒料顆粒性質、裹漿粒料組構型式及粘結材料種類等三方面對瀝青混凝土路面效果的影響[2]。本研究從改變粒料表面微觀結構著手，以粒料比表面積為基礎變換不同裹漿厚度，探討不同漿體材料的裹漿粒料物化性質差異。采用最佳裹漿的質與最適裹漿的量包裹輕質骨材(簡稱裹漿粒料)，以提升其粒料基本性質，期望能進一步提升其路面效果。其中以改性瀝青Ⅲ型(PMA)與水泥瀝青膠漿(CAP)作為粘結料，依各路面型式的配合設計法求得最佳粘結料含量，然后進行瀝青混凝土的重要性質試驗，評估裹漿材料種類對輕質骨材裹漿粒料應用于各種瀝青混凝土的路面效果。

3.2 路面效果試驗項目

(1)馬歇爾穩定值試驗

依據ASTM D1559規范進行馬歇爾穩定值試驗，其目的是評估瀝青混凝土中粒料與瀝青膠泥間的粘結能力與抗?厱動能力。

(2)間接張力強度試驗

依據ASTM D4123規范進行試驗，此為量測瀝青混凝土張力強度的主要方法，亦稱圓柱劈裂試驗。試體于試驗前分別置于40 ℃的恒溫烘箱內養護24 h后進行測試。

(3)磨耗試驗

依據日本道路鋪裝協會的規范進行試驗，其目的是評估瀝青混凝土在車輛輪壓及摩擦作用下粒料松散的潛能。

(4)浸水剝脫試驗

依據AASHTO T283方法進行試驗，主要用以評估各種級配在水分侵入路面后，瀝青混凝土抵抗水分侵害的能力。

4 試驗結果分析

4.1 馬歇爾穩定值試驗結果

路面型式方面結果顯示(見圖1)：無論是純水泥漿裹漿粒料、飛灰水泥漿裹漿粒料還是爐石水泥漿裹漿粒料，都是在密級配情況下的穩定值最高。粒料方面結果顯示，在密級配熱拌瀝青路面型式時，其穩定性從高到低排列為：爐石水泥漿裹漿粒料>飛灰水泥漿裹漿粒料>純水泥漿裹漿粒料，并隨著取代量提高穩定值。本試驗所采用的爐石為水淬爐石，本身具有非定型不完全結晶的鋁質與硅質材料而產生膠體。

4.2 間接張力強度試驗結果

試驗時分別將各組試件放入于恒溫烘箱25 ℃及40 ℃中養護24 h，再進行間接張力強度試驗。根據圖2可知，在路面型式上，熱拌瀝青混凝土在40 ℃表現的間接張力強度較低。瀝青混凝土的間接張力強度隨著裹漿粒料取代量的增加而降低。主因系為堆積時，粒料間孔隙率隨著裹漿粒料取代量的增加而遞減，由于試體孔隙率為20%，裹漿粒料取代量越高的試體所能添加的瀝青粘結材料及細粒料勢必越少，因此間接張力也越低[3]。

(a)純水泥漿裹漿粒料

(a)純水泥漿裹漿粒料

根據圖3可知，裹漿粒料取代量高組的熱拌瀝青混凝土在40 ℃表現的間接張力強度較25 ℃的間接張力強度低；裹漿粒料取代量低組的熱拌瀝青混凝土在40 ℃表現的間接張力強度較25 ℃時的間接張力強度高。瀝青混凝土的間接張力強度隨著裹漿粒料取代量增加而降低，主因系為堆積時，粒料間孔隙率隨著裹漿粒料取代量增加而遞減，由于試體孔隙率為20%，裹漿粒料取代量越高的試體所能添加的瀝青粘結材及細粒料勢必越少，因此間接張力也越低。故瀝青混凝土在裹漿粒料取代量增加時，瀝青膠泥較少，間接張力較低；石膠泥瀝青混凝土則由于系使用CAP拌和而成，相對控制組時的漿體更有強化效果，具有良好的抵抗變形能力。粒料方面可看出，力學性質上使用二灰質的裹漿粒料明顯優于裹純水泥漿裹漿粒料，其中裹爐石粉裹漿粒料最佳[4]。

(a)純水泥漿裹漿粒料

4.3 浸水剝脫試驗結果

根據試驗結果可知(見圖4)，裹漿粒料取代比例越高，TSR值越高，裹漿粒料取代比高組的TSR值皆高于裹漿粒料取代比低組。此試驗經過凍融使水分積存骨材內，更進一步探討水分在裹漿層里的情形。在路面型式上，密級配路面及多孔隙路面的TSR值較低，系因為瀝青含量亦較石膠泥路面少，水分確實造成其剝脫，但裹漿粒料亦發揮粘結功效。與天然粒料相比，裹漿粒料具有減少剝脫的耐久性效果，其中以飛灰水泥漿裹漿粒料為最佳。

(a)純水泥漿裹漿粒料

5 結語

本文對柳南高速公路路面加鋪情況進行了分析，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)密級配組隨著裹漿粒料取代量增加而提高馬歇爾穩定值，而爐石水泥漿裹漿粒料取代的熱拌瀝青混凝土為最強。故總結可知，用爐石水泥漿裹漿粒料取代的試塊，其馬歇爾穩定值為最佳。

(2)瀝青混凝土的間接張力強度隨著裹漿粒料取代量增加而降低，故瀝青混凝土在裹漿粒料取代量增加時，瀝青膠泥較少，間接張力較低。石膠泥瀝青混凝土則由于系使用CAP拌和而成，相對控制組時的漿體更有強化效果，具有良好的抵抗變形能力。從粒料方面可看出，力學性質上使用二灰質的裹漿粒料明顯優于裹純水泥漿裹漿粒料，其中裹爐石粉裹漿粒料為最佳。

(3)DGAC及SMA的磨耗率會隨著裹漿粒料取代量增加而提升，系因為粗粒料的輕質骨材裹漿粒料比重本身較細粒料輕。粒料方面裹飛灰漿為最佳，其次為裹爐石漿，主要原因為二灰水泥漿比重較低且裹漿粒料經過28 d養護，試體本身較輕，強度足夠，故其磨耗率小于純水泥漿裹漿粒料試體。

(4)浸水剝脫方面，裹漿粒料取代比例越高TSR值越高。與天然粒料相比，裹漿粒料具有減少剝脫的效果，其中以飛灰水泥漿裹漿粒料為最佳。