乳化瀝青—CTB混合料在瀝青路面大修的應(yīng)用

馬 驥

(甘肅省蘭州公路局榆中公路段，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石(CTB)是一種半剛性基層材料，普遍應(yīng)用于我國的路面建設(shè)當(dāng)中。但經(jīng)過多年實踐證明，水泥穩(wěn)定類材料會因為水化放熱及環(huán)境溫、濕度的變化導(dǎo)致基層出現(xiàn)裂縫，最后在行車作用下導(dǎo)致路面的早期損害。

近年來，全周期壽命瀝青路面的理念讓國內(nèi)外學(xué)者致力于將半剛性基層材料轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴嵝曰鶎硬牧系难芯浚淠康脑谟诒３只鶎訌?qiáng)度的同時，降低干縮、溫縮應(yīng)變，主要措施包括減少水泥劑量的同時改善級配、改變膠凝材料種類、添加增韌性有機(jī)聚合物等。無論是從經(jīng)濟(jì)方面還是效果方面考慮，作為添加劑，乳化瀝青都具有極高的使用價值。侯彥明的研究指出不同級配及乳化瀝青含量會影響混合料的干縮應(yīng)變。黃琴龍通過Weibull分布建立了乳化瀝青摻量與混合料疲勞壽命的預(yù)估模型，為工程實施材料選擇作出參考。樊順忠針對乳化瀝青—穩(wěn)定碎石基層的施工技術(shù)及控制要點進(jìn)行了解釋。

結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者的研究基礎(chǔ)，本文依托甘肅某省三級路面大修工程，對乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石的性能、組成設(shè)計和工程應(yīng)用展開研究，為半柔性基層材料的推廣提供一定的借鑒。

1 原材料及配合比

1.1 原材料及集料級配

乳化瀝青：采用陽離子慢裂型乳化瀝青，按照J(rèn)TG E20—2011對其技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗，結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范要求。

水泥：選用海螺牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，按照J(rèn)TG 3420—2020對其技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗，結(jié)果滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范。

集料：采用石灰?guī)r碎石。

1.2 集料級配

粗集料分為15 mm～25 mm，10 mm～15 mm，5 mm～10 mm三種規(guī)格，細(xì)集料為0 mm～5 mm，本文結(jié)合已有的工程應(yīng)用經(jīng)驗，采用ATB-25混合料的嵌擠密實型結(jié)構(gòu)級配，見表1。

表1 水泥穩(wěn)定碎石混合料合成級配

1.3 混合料配合比

1)確定水泥摻量。

根據(jù)所選級配，采用1.5%，2%兩種水泥摻量進(jìn)行最佳水泥用量的確定，結(jié)果見圖1，圖2。

由圖1，圖2可知，當(dāng)水泥的用量從2.0%減少到1.5%時，抗壓強(qiáng)度降低了24%～33%，劈裂強(qiáng)度降低了9%～54%。水泥用量明顯降低了材料的早期強(qiáng)度，若水泥用量過大，會引發(fā)早期干縮的可能性，基層材料會變得更容易開裂，綜合考慮水泥用量為2%。

2)確定最佳外摻水量。

乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料中的水由兩部分組成，分別是乳化瀝青中所含的水分和外加水。在乳化瀝青中水有著固定的摻入比例，可以通過外摻部分水使其達(dá)到最優(yōu)含水率。參照J(rèn)TG E51—2009的擊實試驗，選用五個含水量進(jìn)行試驗，得到水泥用量為2%時對應(yīng)的最大干密度和外摻水量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 外摻水量及最大干密度數(shù)據(jù)

3)確定最佳乳化瀝青用量。

將不同乳化瀝青含量的試件養(yǎng)生7 d，以60 ℃馬歇爾穩(wěn)定、15 ℃劈裂強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)判定最佳乳化瀝青用量，試驗結(jié)果見表3。

表3 不同乳化瀝青用量的強(qiáng)度結(jié)果

由表3可知，加入水泥后，即使乳化瀝青用量不同，混合料的穩(wěn)定度均能滿足技術(shù)要求，隨著乳化瀝青用量的增大，混合料的劈裂強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度均先增加后減小，且在乳化瀝青含量為4%時，出現(xiàn)峰值。這表明乳化瀝青用量過大，反而會降低其強(qiáng)度。綜合經(jīng)濟(jì)及性能要求，采用4%的乳化瀝青為后續(xù)試驗用量。

2 混合料路用性能

2.1 力學(xué)性能、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性能

采用回彈模量試驗、凍融劈裂試驗、低溫梁彎曲試驗考察乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料的路用性能，試驗結(jié)果見表4。

表4 混合料路用性能

由表4可知，混合料的路用性能可達(dá)到使用要求。

2.2 收縮性能

收縮應(yīng)變是評價混合料是否產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵指標(biāo)，對混合料進(jìn)行24 d收縮應(yīng)變試驗，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，與水泥穩(wěn)定碎石混合料相比，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料的收縮應(yīng)變明顯較低，表明半柔性基層材料的抗開裂性能優(yōu)異。

3 工程應(yīng)用

甘肅省某三級瀝青路面使用年限較久，路面損壞程度較大，其中產(chǎn)生的橫向裂縫病害最為嚴(yán)重，擬決定在大修過程中采用乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料作為基層材料，其主要施工順序為：拌和→運(yùn)輸→攤鋪→碾壓→養(yǎng)生→開放交通。完工后對基層進(jìn)行檢驗評價，數(shù)據(jù)見表5。

表5 半柔性基層檢測數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

通過對半柔性基層材料的研究并應(yīng)用于瀝青路面大修中，得到如下結(jié)論：

1)通過擊實試驗、劈裂強(qiáng)度試驗及7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗確定水泥用量為2%，外加水量3.0%，乳化瀝青用量為4.0%。2)由回彈模量、凍融強(qiáng)度比、低溫應(yīng)變的試驗結(jié)果可知，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料滿足目前公路對基層材料的要求。3)收縮應(yīng)變試驗的結(jié)果表明，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗早期開裂性能優(yōu)于水泥穩(wěn)定碎石混合料，將乳化瀝青加入半剛性材料中使其成為半柔性材料是降低反射裂縫產(chǎn)生的措施之一。