路橋工程中瀝青混合料的試驗檢測分析

2022-10-24 06:06:42王曉亭

黑龍江交通科技 2022年11期

王曉亭

(山西省公路工程監理技術咨詢有限公司，山西太原 030006)

1 瀝青混合料的概述

1.1 類別

瀝青混合料是由一定級配礦物質材料(礦粉)、一定黏度瀝青以及一定用量粗集料、細集料、聚合物木纖維等混合而成的材料。一般依據混合料中承擔膠結作用的化合物不相同的地方，可以將其劃分為兩種，其一為石油，其二為煤；依據混合料構成、總體結構不相同之處，可以將其劃分為兩種類型，其一為間斷級配，其二為連續級配；根據瀝青質地差異，可以劃分為液體石油瀝青、道路石油瀝青、乳化石油瀝青、軟煤石油瀝青幾種類型。其中乳化石油瀝青又可分為慢凝石油瀝青、中凝石油瀝青、快凝石油瀝青幾種，多用于瀝青表面處理以及瀝青貫入式路面施工，可以透過常溫瀝青混合料面、透層與封層、粘層；而根據工藝實踐溫度差異，可以從熱拌熱鋪、常規溫度兩個層面進行分析。

1.2 特性

從瀝青主要技術性能來看，瀝青混合料具有粘結性、耐久性、安全性、感溫性、塑性等特征。其中瀝青粘結性特指瀝青混合料的粘度、稠度、針入度，本質上表現為瀝青粒子抵抗形狀異變的能力。瀝青混合料的針入度特指25 ℃溫度環境下附加100 g標準針垂直5 s貫入的深度(0.1 mm)，與稠度、粘度呈正相關，針入度大的瀝青混合料硬度較小。一般交通量大且高溫時間長、車輛行駛速度慢的路段多選擇針入度小的瀝青混合料，而交通量小、低溫時間長、日溫差與年溫差較大的地區多選擇針入度大的瀝青混合料，達到減少因溫度應力誘發的瀝青混合料路面疲勞破壞目的。

瀝青混合料的耐久性特指瀝青混合料抗老化性能充足，多利用大氣穩定性、水穩定性表示，如高溫老化后瀝青混合料殘留針入度比、殘留延度、質量變化等，或者水煮下瀝青混合料粘附性。一般高等級瀝青混合料在水煮下粘附性較佳，抗水損害能力也較強。

瀝青混合料的安全性特指瀝青混合料在加熱熔化狀態下的安全溫度界限，是瀝青混合料安全應用的保障，多用閃點表示。閃點較小的瀝青混合料在使用過程中加熱到一定溫度時揮發的油分蒸汽可以與空氣形成混合氣體，在遇到火焰的情況下出現閃火花甚至燃燒現象。比如，標號110～160瀝青配置的瀝青混合料，可以在230 ℃以上加熱時出現閃火花現象；再如，標號90的瀝青配置的瀝青混合料會在245 ℃以上的加熱環境下出現閃火花現象。

瀝青混合料的感溫性表現為瀝青混合料粘度隨溫度變化的感應性能，具體表現為高溫時期不軟化、低溫時期不脆裂，又可稱之為溫度穩定性，多用軟化點表征(瀝青混合料在高溫影響下軟化下垂的溫度)。一般承載力量較大、夏季高溫時間長且等級較多、車輛行駛速度較慢的路段，多選擇高軟化點的瀝青混合料；而交通量小、低溫時間長、日溫差與年溫差較大的地區多選擇低軟化點的瀝青混合料。

瀝青混合料的塑性特指低溫環境下的延度，與抗開裂性能呈正相關。一般冬季低溫時間長、日溫差與年溫差較大的地區多選擇低溫延度大即塑性較佳的瀝青混合料；而夏季高溫時間長且等級較多、車輛行駛速度較慢的路段可以選擇低溫延度小的瀝青混合料。

2 瀝青混合料的試驗檢測方法

2.1 馬歇爾試驗法

馬歇爾試驗法是檢測瀝青混合料穩定性、粗集料骨架間隙率的有效方法，可以通過判定瀝青混合料油石比確定材料質量。在該方法操作過程中，需要在規定溫度、濕度下，進行瀝青混合料的標準密實擊打，進行混合料流值、穩定度測驗、計算。試驗主要用工具為瀝青混合料自動馬歇爾試驗儀(最大載荷≥25 kN、加載速度50 mm/min±5 mm/min，鋼球直徑16 mm)、恒溫水槽(深度≥150 mm、控溫準確度1.00 ℃)、真空飽和容器、溫度計(1.00 ℃)、卡尺與天平(感量≤0.10 g)。

在工具準備完畢后，依據JTJ052的相關要求，利用公稱最大徑≤26.50 mm的粗集料、細集料、聚合物木纖維、瀝青料，制備直徑在101.6±0.2 mm、高為63.5±1.3 mm的標準試件(1組4個或以上)。進而利用卡尺，沿“十字”對稱四個方向，進行試件邊沿10 mm位置高度以及中部直徑的測量并計算平均值。在確定試驗件直徑、高度與要求相符后，在恒定溫度水槽內放置試件(距離水槽底部≥5 cm)、馬歇爾試驗儀上壓頭與下壓頭。一般對于黏稠、乳化類型的試驗用料(烘箱養生)，需調節控制水處理溫度在59～61 ℃之間；而對于乳化(空氣養生)、液體試驗用料，需要調節控制水處理溫度在24～26 ℃左右。持續35±5 min后，去除試件以及試驗儀壓頭，并將試件放置在下壓頭、上壓頭之間后加載，依據每分鐘45～55 mm的標準，雙面密實擊打50～75次。通過試驗儀自動記錄的荷載-變形曲線，可以得到流值為最大荷載值時的變形，穩定度為最大荷載。

2.2 車轍試驗法

車轍試驗法是檢測瀝青混合料動穩定性的主要方式，需要利用標準成型方法，制作長×寬×高為300 mm×300 mm×50 mm的試件。在試件制作完畢后，調整環境溫度至60.00 ℃，利用一個實心橡膠輪胎，以0.70±0.05 MPa的輪壓行走于試件上，進行試驗件變形穩定時期的測量。進而計算每增加1.00 mm形狀異變所伴隨走動行進的次數，即動穩定度，單位為次/mm。一般試驗時可以選擇CZ-4型車轍試樣成型儀(走行速度6次/min、壓輪溫度室溫～200 ℃，行走次數0～999次，壓力范圍0～12 kN，輪線壓力9.00 kN)、專業車轍試驗用機器(機器包括15.00 mm橡膠層，外部直徑為φ200.00 mm，走動行進間距為230.00±10.00 mm、碾壓速度41次/min～43次/min)以及變形測量裝置。

在車轍碾壓前，應依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》要管要求，將試件模具放置到烘箱內，于100 ℃加熱60 min取出，經普通紙隔離后安裝框架，安裝后從邊緣至中部均勻裝填拌和完畢的瀝青混合料，裝填后利用預熱小型密實擊打錘由邊緣至中部密實擊打。獲得凸圓弧形的試件后，將碾壓輪預先加熱到100 ℃左右，在輪碾機平臺上放置試件，下放碾壓輪并進行總載荷調整(9.00 kN)。進而依據一個方向2次往返的方式，啟動輪碾壓。碾壓后，在59～61 ℃環境下，測定60 min內(最大變形達到25.00 mm時)的動穩定度。

2.3 謝倫堡瀝青析漏試驗法

謝倫堡瀝青析漏試驗法常用于材料黏結度測量，需要以較高溫度狀態為前提，以析出、瀝干為主要操作，以多余游離瀝青量為計算對象，進行記錄、計算。通過計算確定試驗用材料所需的瀝青用量最高值。試驗時需要利用小型瀝青混合料拌和機、燒杯(800 mL)、烘箱、玻璃板、天平(0.10 g)、拌和機。在材料準備完畢后，需要依據T0702的相關要求，在小型瀝青拌合機中按比例將粗細集料、纖維穩定劑、礦粉、瀝青攪拌均勻。拌和后，利用潔凈而干燥、質量已知的燒杯(m)裝填混合料，稱定總質量m后將玻璃板蓋到燒杯上。進而將燒杯放入烘箱內，調整烘箱溫度為168～172 ℃，持續59～61 min。最后將燒杯取出并向下扣倒在玻璃板上，進行扣除混合料后燒杯總質量m稱量。最終瀝青析漏損失為：100×(-)(-)。

2.4 凍融劈裂試驗法

凍融劈裂試驗法較為常見，需要以25.0 ℃環境為前提，以水損害、劈裂破壞為主要操作，進行劈裂破壞強度比值計算，判定水穩定性。試驗前，需要準備規定加載速度的材料試驗機(40 kN傳感器)、恒溫水槽(0.5 ℃)、恒溫冰箱(-18.0 ℃)、壓條以及劈裂試驗夾具。準備完畢后，根據T0702要求，進行試件制作，經試驗儀密實擊打50次后，保存到室溫環境下。進而在98.50±0.20 kPa真空條件下，維持15.00 min后恢復常壓，并放入水中，持續30 min后取出。再次放入裝有10.0 mL水的塑料袋內，將塑料袋放入-18.0 ℃恒溫冰箱內，維持15～17 h，去除后放入59.5～60.5 ℃恒溫水槽內，保溫24.0 h。保溫后調整水槽溫度至24.5～25.5 ℃，依據每分鐘50 mm的加載速度進行劈裂，記錄未進行凍融循環試件、進行凍融循環試件劈裂抗壓強度、試驗最大荷載、試驗高度后根據規范計算。

2.5 光電比色法

常規瀝青混合料水煮法多通過水中浸泡被瀝青膜包裹覆蓋的粗集料的方法模擬路面受水損害環境，檢測瀝青與集料粘附性、瀝青混合料抗水侵蝕的能力，這一方法雖然可以通過人為觀察判定瀝青膜剝落程度確定瀝青與集料粘附等級，但是無法定量測量瀝青剝落率。此時，為定量測量瀝青混合料剝落率，可以選擇光電比色法，利用光電分光光度計，將200 g瀝青包裹的集料(直徑2.5～5 mm)放置到0.01 g/L酚藏紅花溶液內，在60 ℃環境下靜止放置2 h，利用分光光度計測定因水浸剝落的集料表面吸收溶液成分，可以完成瀝青膜剝落率的定量測量。

3 瀝青混合料的試驗檢測分析

3.1 試驗檢測背景

某道路橋梁工程為次干道，瀝青路面總長為14 500 m，面積為135 000 m。機動車道結構面層包括AC-13型改性瀝青混凝土(細粒式)、AC-16型普通瀝青混凝土(中粒式)、AC-25型(粗粒式)普通瀝青混凝土、5.0%水泥穩定碎石基層，各層的操作厚度依次為4.00 cm、5.00 cm、6.00 cm、25.00 cm。該工程橫坡為1.50%，路拱設計為正三次拋物線結構，車道寬度為4.0～12.0 m。

3.2 試驗檢測操作

依據前述操作流程，在攤鋪后未碾壓的道路橋梁面層兩側1/2位置到1/3位置，利用鐵鍬，鏟出攤鋪層，按四分法取足夠樣。一般馬歇爾試驗需要取12～20 kg樣，取樣后雙面密實擊打50次，得出結果見表1；而車轍試驗需要取40.0～60.0 kg樣，取樣后依據前述操作流程，調整環境溫度在59～61 ℃之間，設定接地壓強為0.70 MPa，試驗輪往返碾壓速度42.00次/nub，試驗機修正系數為1，在60.00 min內，以試件動穩定性為對象，進行測試、計算操作，得出結果見表2；謝倫堡瀝青析漏試驗、劈裂強度實驗均需要取15.0～25.0 kg樣，取樣后依據前述操作進行試驗、計算。