冷廷

河南省開(kāi)封市公路管理局

    冷鋪瀝青混合料的路用性能評(píng)價(jià)國(guó)際上尚無(wú)公認(rèn)的成熟方法。而一般在研究時(shí)只側(cè)重了它的強(qiáng)度方面和考慮它的低溫性能，且沒(méi)有統(tǒng)一的試驗(yàn)方法和合適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如何對(duì)冷鋪瀝青混合料的路用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，這是我們展開(kāi)室內(nèi)試驗(yàn)研究所要解決的首要問(wèn)題，同時(shí)它也是本文研究要解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

 

    冷鋪瀝青混合料的強(qiáng)度形成有一個(gè)顯著且本質(zhì)的特點(diǎn)——強(qiáng)度隨著有機(jī)溶劑的不斷揮發(fā)而逐漸增加。這樣的強(qiáng)度變化過(guò)程，決定了冷鋪瀝青混合料在工程應(yīng)用中應(yīng)滿足兩個(gè)強(qiáng)度條件，即初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度。冷鋪瀝青混合料在剛剛修補(bǔ)于路面破損處后尚未完全達(dá)到其最終強(qiáng)度，但為了滿足立即開(kāi)放交通的要求，應(yīng)具有一定的初始強(qiáng)度和剛度來(lái)承受汽車的荷載，是為初始強(qiáng)度。如果初始強(qiáng)度過(guò)低，那么在車輪的碾壓下，將會(huì)在輪載的集中力作用處產(chǎn)生松散、推移、擁包、車轍等病害。另外，在以后的長(zhǎng)期使用中，以及夏季高溫季節(jié)、在行車荷載的反復(fù)作用下，為了保證用冷鋪瀝青混合料修補(bǔ)的路面不致產(chǎn)生新的路面病害，冷鋪瀝青混合料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性以抵抗外界荷載的作用，是為成型強(qiáng)度。

 

    根據(jù)冷鋪瀝青混合料的特點(diǎn)，以國(guó)內(nèi)現(xiàn)有乳化瀝青混合料強(qiáng)度試驗(yàn)方法為依據(jù)，對(duì)其又作了相應(yīng)的調(diào)整，從而形成了冷鋪瀝青混合料的強(qiáng)度試驗(yàn)方法。

    初始強(qiáng)度試驗(yàn)方法：

    1）常溫下制作馬歇爾試件(擊實(shí)次數(shù)為上下兩面各25次);

    2）將擊好的試件在室溫下(25℃)不脫模養(yǎng)生12h;

    3）在養(yǎng)生試件上下兩面再各擊實(shí)50次;

    4）脫模后，在25℃條件下試壓，得出穩(wěn)定度值。

 

    成型強(qiáng)度試驗(yàn)方法：

    1）常溫下制作馬歇爾試件(擊實(shí)次數(shù)為上下兩面各25次);

    2）將擊好的試件在110℃的烘箱中不脫模養(yǎng)生6h;

    3）在養(yǎng)生試件上下兩面再各擊實(shí)50次;

    4）冷卻脫模后，在室內(nèi)常溫下養(yǎng)生6h；

    5）在60℃條件下試壓，得出穩(wěn)定度值。

 

    日本對(duì)常溫瀝青混合料初期穩(wěn)定度的要求是: 初期穩(wěn)定度（在攤鋪碾壓后第7天的穩(wěn)定度）大于2. 5KN (25℃)；使用穩(wěn)定度（是指瀝青混合料在鋪筑碾壓通車7天后使用的穩(wěn)定度）大于4KN 。

    從我們?cè)囼?yàn)結(jié)果的穩(wěn)定度值來(lái)看，冷鋪瀝青混合料完全滿足日本常溫瀝青混合料的技術(shù)要求。

 

    冷鋪瀝青混合料在運(yùn)輸和鋪筑過(guò)程中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是和易性和壓實(shí)性。和易性指的是瀝青混合料應(yīng)易于進(jìn)行加工、挖、刮平等操作。它雖然不是瀝青混凝土的基本特征，但卻是必須滿足的關(guān)鍵性質(zhì)之一。加入充足的軟粘結(jié)料可以獲得較好的和易性，而在壓實(shí)之后粘結(jié)料養(yǎng)生之前，混合料必保持穩(wěn)定不允許有絲毫的推或移。這種初期強(qiáng)度主要通過(guò)精選的集料特性來(lái)獲得。由于這兩方面的沖突，所以必保持適當(dāng)?shù)钠胶狻８鶕?jù)研究，美國(guó)德克薩斯運(yùn)輸部提出的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：

 

    滿足工作性的混合料老化前的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)小于200Kpa。

    滿足工作性的混合料老化后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)不大于1000Kpa。

    參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ051-93）中的擊實(shí)試驗(yàn)方法，對(duì)混合料分別進(jìn)行了輕型Ⅰ法和重型Ⅱ法的擊實(shí)試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方法為：試件的尺寸采用直徑150㎜,高度150㎜。將試模放于堅(jiān)硬的地面上，放入墊塊，然后取儲(chǔ)存好的混合料分3次倒入試模，每次約2000g，整平表面，并稍加壓緊，然后按規(guī)定的擊數(shù)59次擊實(shí)，擊實(shí)時(shí)擊錘（2.5㎏,落高30㎝）應(yīng)自由垂直落下，錘跡必須均勻分布于表面，重復(fù)三次，最后將表面刮平，脫去試模，放于材料壓力機(jī)上測(cè)其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如表1：

                                                                                                                                    表1  老化前后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

混合料類別	老化前無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（Kpa）	老化后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（Kpa）
AC-20	79	871
AC-16	57	690
AC-13	113	770

 

    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，三種不同級(jí)配類型的冷鋪瀝青混合料的和易性均能滿足美國(guó)德克薩斯運(yùn)輸部提出標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

    影響改性瀝青混合料高溫性能的因素是很多的。內(nèi)在因素主要反映在材料本身的質(zhì)量上，而外部條件則主要包括氣候條件和交通條件，當(dāng)外部條件與材料的內(nèi)在因素結(jié)合在一起時(shí)就會(huì)對(duì)改性瀝青路面產(chǎn)生綜合影響。而改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，首先要從材料本身組成控制以下幾點(diǎn):(1)控制混合料的細(xì)料量，以免VMA增大，導(dǎo)致穩(wěn)定度降低。(2)選用溫度敏感性低、稠度高瀝青:嚴(yán)格控制瀝青的含量減緩其潤(rùn)滑作用。(3)提高攤鋪的溫度和壓實(shí)度。(4)選用高鈣粉煤灰和石灰石礦粉。(5)適當(dāng)?shù)奶岣叻勰z比，增加瀝青膠漿的粘度。

 

    本試驗(yàn)采用車轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)冷鋪瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。按照T0703-1993瀝青混合料試件制作方法(輪碾法)，成型300mm×300mm×50mm板塊狀試件。按照T07I9-1993瀝青混合料車轍試驗(yàn)方法進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度60℃，輪壓為0. 7MPa。瀝青混合料試件的動(dòng)穩(wěn)定度計(jì)算公式為:

           DS=(t2-t1)×N×C1×C2/(d2-d1)

    其中:DS—瀝青混合料試件的動(dòng)穩(wěn)定度，次/mm:  d1—對(duì)應(yīng)于時(shí)間t1的變形量，mm;  d2—對(duì)應(yīng)于時(shí)間t2的變形量，mm;C1—試驗(yàn)機(jī)類型修正系數(shù)，曲柄連桿驅(qū)動(dòng)試件的變速行走方式為1. 0，鏈驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)輪的等速方式為1. 5;C2—試件系數(shù)，試驗(yàn)室制備的寬300mm的試件為1. 0，從路面切割的寬150mm的試件為0.8;  N—試驗(yàn)輪往返碾壓速度，通常為42次/mm :  t1—45min ; t2—60min。

                                                                                                                                      表2  車轍試驗(yàn)結(jié)果

試樣類型	試樣編號(hào)	t1(min)	t2(min)	d1(mm)	d2(mm)	N	DS(次/mm)	DS平均值	變異系數(shù)（%）
AC-20	1	45	60	16.55	18.26	42	368	378	6.5
	2			15.95	17.73		353
	3			16.28	17.81		411
AC-16	1			16.07	17.97		332	353	7.69
	2			16.78	18.39		391
	3			15.73	17.61		335
AC-13	1			15.87	17.81		325	325	5.4
	2			15.03	17.11		303
	3			16.15	17.97		346
備注：C1、C2均為1，試驗(yàn)溫度為60℃，試驗(yàn)輪與試件的接觸壓強(qiáng)為0. 7MPa。

 

    現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40 -2004 )還沒(méi)有提出評(píng)價(jià)冷鋪瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文根據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)論及資料，建議冷鋪瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)如下:

    車轍試驗(yàn)，試件采用輪碾成型，按試驗(yàn)規(guī)程(T0703-1993 )制備，在室內(nèi)靜置養(yǎng)生7天，試驗(yàn)方法按規(guī)程(T0719-1993 )進(jìn)行。

    要求:冷鋪瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度不低于300次/mm。

 

    耐水能力是冷鋪瀝青混凝土的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是在春秋兩季下過(guò)幾場(chǎng)雨后或經(jīng)夜間凍結(jié)后，路面損壞較快。美國(guó)的SHARP計(jì)劃中也提到水敏感性而產(chǎn)生的松散和剝落是混合料出現(xiàn)的主要問(wèn)題之一。

 

    對(duì)于評(píng)價(jià)路面水穩(wěn)定性破壞的方法，我國(guó)常采用浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)。該方法試驗(yàn)簡(jiǎn)單，易于操作，且能區(qū)分開(kāi)不同瀝青等級(jí)，不同性質(zhì)集料水穩(wěn)性好壞，不失為一種衡量瀝青路面水穩(wěn)性的有效方法。

 

   《瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中浸水馬歇爾試驗(yàn)要求試件分成兩組，其中一組直接進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，在60℃水浴中恒溫30min～40min測(cè)其穩(wěn)定度MS，另一組在60℃水浴中浸泡48小時(shí)，測(cè)其飽水穩(wěn)定度MS1，試件的浸水殘留穩(wěn)定度按下式計(jì)算：

    MS0＝MS1/ MS×100％

    而同濟(jì)大學(xué)模擬連續(xù)三天下雨的路用狀況，將馬歇爾試件在常溫下浸水三天，測(cè)其馬歇爾強(qiáng)度MS1，并以殘留馬歇爾強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)性，即p=MS1/MS0×100%,p應(yīng)大于70%。

    式中： p－試件的浸水殘留穩(wěn)定度，％；

          MS0－試件的初始馬歇爾穩(wěn)定度，KN；

          MS1－試件浸水72小時(shí)的穩(wěn)定度，KN。

 

    而根據(jù)冷鋪瀝青混合料的特殊性，試驗(yàn)規(guī)程上規(guī)定的60℃水浴溫度是不合適的，參照同濟(jì)大學(xué)的研究方法考慮最不利影響，即在路面剛鋪筑成型后便遇到雨雪天氣，采用的實(shí)驗(yàn)方法是把初始成型試件浸水72小時(shí)，其中一組（A）置于常溫25℃的水浴中，另一組（B）置于模擬室外較低溫度10℃水浴中。然后于15℃水浴中保溫30min再分別測(cè)其飽水穩(wěn)定度，進(jìn)行殘留穩(wěn)定度的計(jì)算。計(jì)算公式如上。

                                                                                                                                       表3   殘留穩(wěn)定度

混合料類別	初始穩(wěn)定度(KN)	A飽水穩(wěn)定度(KN)	A殘留穩(wěn)定度P(％)	B飽水穩(wěn)定度(KN)	B殘留穩(wěn)定度P(%)
AC-20	1.83	0.90	49.2	1.75	95.6
AC-16	2.51	1.24	49.4	1.94	77.3
AC-13	2.67	1.58	59.2	2.05	76.8

 

    通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出置于常溫水浴中的殘留穩(wěn)定度約在50%左右，而另一組殘留穩(wěn)定度均大于75%以上。考慮第二種實(shí)驗(yàn)條件較真實(shí)地反映出實(shí)際情況，推薦第二種試驗(yàn)方法，建議殘留穩(wěn)定度大于75%。

 

    通過(guò)對(duì)冷鋪瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)的初步研究，提出了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的推薦值，見(jiàn)下表：

                                                                                                                                     表4  路用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

路用性能	技術(shù)指標(biāo)	技術(shù)要求
強(qiáng)度	馬歇爾初始穩(wěn)定度，不低于	2.5KN
	馬歇爾成型穩(wěn)定度，不低于	4KN
和易性	老化前無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，不大于	200Kpa
	老化后無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，不大于	1000Kpa
高溫穩(wěn)定性	車轍動(dòng)穩(wěn)定度，不低于	300次/mm
水穩(wěn)性	浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度，不低于	75%

 

1．金曉晴，LB（冷拌冷鋪）瀝青及其路面修補(bǔ)技術(shù)研究，長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文，2005.5

2．杜鵑，儲(chǔ)存式瀝青混合料的研究，長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文，2001. 5

3．沈金安，瀝青與瀝青混合料路用性能，人民交通出版社，2001.5

4．中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程{JTJ052-2000 }，2000.8

5．中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范{JTG F40一2004 }，2005.1