冷補瀝青混合料水穩(wěn)定性研究

劉學民，邊秀奇

（天津城建設計院有限公司，天津市 300121）

0 引言

瀝青路面在長期的使用過程中會出現(xiàn)坑槽、剝落等多種病害，嚴重影響了道路的使用性能，嚴重時會危害交通安全，因此，出現(xiàn)病害要及時進行修補以保證道路的良好狀況。瀝青路面的坑槽修補大多采用熱拌瀝青混合料，這種方法對坑槽分散、工程量小的路段具有一定的局限性，使用量小，工廠難以生產，而且給施工單位的操作也帶來很大不便。為應對隨時隨地能夠進行坑槽修補的需要，冷補瀝青混合料逐漸發(fā)展起來[1]。然而，國內對冷補瀝青混合料性能研究還沒有形成完整的理論體系和評價方法，還有待進一步研究。

1 水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是路面在水的作用下抵抗變形的能力，它是決定瀝青路面的使用性能和壽命的重要因素之一。產生水損害的原因有外在因素和內在因素兩方面，外因是車輪的動態(tài)荷載和水的作用，內因則是瀝青混合料自身的抗水損害能力，主要取決于礦料的表面性質、瀝青混合料之間的粘附性能以及瀝青膜的厚度、混合料的孔隙率等因素。

對于冷補瀝青混合料來說，抗水損害能力是其薄弱環(huán)節(jié)。冷補瀝青混合料經過初步壓實后很難達到理想的壓實度，使得水分很容易通過集料間較大的空隙進入混合料中。冷補瀝青混合料在水的稀釋作用下會降低集料之間的粘附性[2]。黏度較小的瀝青混合料在交通荷載的反復作用下很容易產生變形，同時對氣候條件的變化比較敏感，尤其是在下雨或冬季氣溫較低凍結后，很容易在早期產生嚴重的水損害。

2 冷補瀝青混合料的材料選擇

2.1 礦料級配

瀝青混合料的結構形態(tài)可以細分為懸浮密實結構、骨架密實結構和骨架空隙結構三種類型。懸浮密實型級配的冷補瀝青混合料因為較多的細集料，使得混合料顆粒間的接觸點較多，容易造成混合料喪失疏松性造成結塊，而且較高的油石比和較小的空隙率使得混合料在使用過程中容易出現(xiàn)泛油。骨架空隙式的冷補瀝青混合料因其較大的空隙率就難以保證混合料的抗水損害能力和耐久性。所以本文研究實驗所用的混合料采用骨架密實型級，以AC-13Ⅱ型級配為代表進行研究，級配見表1。

2.2 礦粉用量

礦粉用量直接影響瀝青混合料強度的構成。瀝青混合料拌制時增加礦粉含量可以增大礦質骨架的比表面積，加強瀝青對石料的裹附能力，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象，同時混合料的空隙率不會顯著增加。因此，適當增加礦粉含量對提高混合料的強度、得到較好的疏松性、提高密實性具有一定效果，但礦粉用量不是越多越好，礦粉過多會造成和易性的衰減，使得拌和困難甚至產生無法拌和的后果。本文在通過馬歇爾初始穩(wěn)定度試驗確定礦粉用量。試驗方法是在保持瀝青加熱溫度和瀝青用量不變的情況下，拌制不同礦粉含量的冷補瀝青混合料，取1 000 g左右的混合料制成馬歇爾試件，擊實后的試件高度要求符合63.5±1.3 mm的標準，將試件在15℃的恒溫箱中放置4 h取出擊實正反面各75次，測其馬歇爾穩(wěn)定度，測得的結果如圖1所示。

表1 AC-13Ⅱ型設計級配

圖1 礦粉用量與初始穩(wěn)定度的關系

根據圖1結果可以看出，初期強度隨著礦粉含量的增加逐步提高。1%礦粉含量的混合料初始強度很低，無法滿足承受輪載的作用。但是，拌制過程中發(fā)現(xiàn)，隨著礦粉用量增加和易性也在逐漸衰減，礦粉量超過7%時和易性已無法滿足施工需要?？梢?，礦粉用量過大過小都無法滿足要求。本文根據實際的冷補瀝青黏度和預熱溫度綜合考慮擬采用5%的礦粉用量。

2.3 冷補瀝青結合料

2.4 溶劑

冷補瀝青混合料調配時一般選用的溶劑是汽油或柴油。汽油的揮發(fā)速度較快，能達到柴油的兩倍，易燃性也高于柴油，而且以汽油作為溶劑生產出來的混合料經儲存后會變硬、喪失和易性，所以本文優(yōu)先選用柴油作為冷補瀝青混合料的溶劑，型號為車用0#柴油。

同時，溶劑的用量也會影響瀝青混合料的整體性能。溶劑用量過小，鋪筑后難以成型，不利于施工操作，無法滿足低溫條件下的施工以及其它特殊的使用要求；相反，用量過大，雖然改善了混合料的和易性，更有利于施工，但是鋪筑后成型時間長，粘聚力差，延長了開放交通的時間[4]。為了尋求更合理的溶劑用量，本文對三種溶劑用量的混合料進行了研究，測得不同柴油含量與黏度曲線的關系，如圖2所示。

圖2 不同柴油含量與黏度曲線關系

根據規(guī)范規(guī)定瀝青混合料135℃黏度不超過3 Pa·s，而冷補瀝青混合料是在常溫下壓實成型的，施工時其黏度與熱拌改性瀝青的黏度相接近，因此建議常溫下的黏度宜控制在3 Pa·s左右。根據試驗得出的黏溫曲線，擬定柴油的用量為18%～22%。

3 冷補瀝青混合料水穩(wěn)定性研究

3.1 實驗方案

冷補瀝青混合料耐水性的常用實驗方法有水煮法、水浸法、浸水馬歇爾試驗。水煮法和水浸法只是主觀反映瀝青對集料的裹附情況，帶有一定的主觀性，對試驗結果的準確性有較大的影響[6]。而且，這兩種方法大多適用于檢驗粗集料與瀝青的粘附性，而本文的冷補瀝青混合料大部分是細集料?；谏鲜鰡栴}，本文選擇浸水馬歇爾試驗進行評價。該方法易于操作，且能用于不同性質集料水穩(wěn)定性的評價。

試驗方法：將1 000 g的冷補瀝青混合料于常溫下裝入馬歇爾試模中，正反面各擊實50次，擊實后的試件高度應滿足63.5±1.3 mm的標準，然后進行養(yǎng)生[5]。養(yǎng)生分烘箱養(yǎng)生和常溫養(yǎng)生兩種情況。兩種方法養(yǎng)生后的試件各分為兩組：一組在25℃的恒溫水槽中養(yǎng)生30 min，測其馬歇爾穩(wěn)定度S1；另一組試件在相同條件下養(yǎng)生48 h，測其馬歇爾穩(wěn)定度S2。然后，根據公式S=S2/S1×100%計算殘留穩(wěn)定度，用以表征冷補瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.2 石灰對水穩(wěn)定性的影響

通過添加石灰來改善冷補瀝青混合料的性能，目前尚未有專門的試驗研究，本文對其進行試驗是從路基處理時通過添加石灰來提高強度這一方法中得到啟示從而進行試驗。本文以相同的液體瀝青粘結料、級配、油石比，分別摻加石灰和礦粉拌制兩種不同填料的混合料，采用擬定的試驗方案進行評價，以研究石灰對冷補瀝青混合料的水穩(wěn)定性的影響。

3.2.1 烘箱養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

烘箱養(yǎng)生是將擊實后的試件連同試模一起以側面樹立方式置于烘箱中，烘箱溫度設置為110℃，在分別養(yǎng)生 12 h、24 h、48 h、72 h、96 h、120 h后，分別取出兩組試件各擊實25次，制成馬歇爾試件，待冷卻后脫模，然后按擬定方案進行水槽養(yǎng)生，測其馬歇爾穩(wěn)定度并計算殘留穩(wěn)定度，為了保證試驗結果的可靠性，每組試件均為4個，取其平均值，結果如圖3所示。

圖3 烘箱養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

從圖3可以看出，石灰作為填料的這一組混合料的殘留穩(wěn)定度在不同養(yǎng)生時間下均高于礦粉作為填料的一組，說明高溫養(yǎng)生條件下石灰能夠提高冷補瀝青混合料和集料之間的粘附性，對提高水穩(wěn)定性有明顯的效果。此外，試驗沒有明顯規(guī)律可循，這是因為試件經過水槽養(yǎng)生這一環(huán)節(jié)，空隙率對實驗結果影響較大，所以該指標只能用于檢驗其合格性。

3.2.2 常溫養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

常溫養(yǎng)生與烘箱養(yǎng)生所不同的是，將試件放置在室內通風處養(yǎng)生，分別養(yǎng)生 2 d、4 d、6 d、8 d、10 d、12 d、14 d后再進行水槽養(yǎng)生，測得不同養(yǎng)生條件試件的馬歇爾穩(wěn)定度，并計算殘留穩(wěn)定度，結果如圖4所示。

由圖4可以看出，不同養(yǎng)生時間情況下以石灰為填料的冷補瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度高于礦粉作為填料的一組，說明常溫養(yǎng)生條件下石灰對提高冷補瀝青混合料的水穩(wěn)定性具有一定的作用。通過圖3和圖4的對比，還可以看出烘箱養(yǎng)生更有利于提高混合料的水穩(wěn)定性，原因是在高溫養(yǎng)生狀態(tài)下石料能夠得到瀝青結合料的二次浸潤，增強兩者的粘附性。

3.3 不同標號瀝青對水穩(wěn)定性的影響

冷補瀝青混合料可以采用高低不同標號的瀝青進行配制，但是在平時的試驗過程中發(fā)現(xiàn)，高標號的瀝青調配的混合料初期強度較低，難以達到理想狀態(tài)，直接影響了成型時間[7]。所以本文采用中低標號瀝青調配冷補瀝青混合料，對不同標號瀝青對水穩(wěn)定性的影響進行試驗研究。本文采用的兩種中低標號的瀝青分別是茂名A-50#、A-70#。

3.3.1 烘箱養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

按照上述擬定的試驗方案進行試驗，此次試驗烘箱養(yǎng)生的時間分別是 0.5 h、1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h，然后兩組試件分別進行 30min、48 h的恒溫水槽養(yǎng)生。試驗結果如圖5所示。

從圖5中可以看出，高溫養(yǎng)生條件下不同標號瀝青配制的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度有一定的差別，70#冷補瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度明顯高于50#冷補瀝青混合料。分析其原因，低標號的冷補瀝青混合料壓實性能較差，空隙率偏大產生較低的殘留穩(wěn)定度。高標號瀝青因強度原因不適用于冷補瀝青混合料，而低標號瀝青水穩(wěn)定性較差，所以具體施工時建議采用中標號的瀝青。

3.3.2 常溫養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

將兩種不用標號的瀝青混合料按前面所述的常溫養(yǎng)生方案進行試驗，試驗結果如圖6所示。

從圖6中的結果可以看出，常溫養(yǎng)生狀態(tài)結果和烘箱養(yǎng)生狀態(tài)結果一樣，50#瀝青的冷補瀝青混合料殘留穩(wěn)定度明顯低于70#瀝青組的。

圖6 常溫養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

從圖5和圖6兩種養(yǎng)生狀態(tài)結果相比得到，常溫養(yǎng)生狀態(tài)下50#瀝青的混合料的殘留穩(wěn)定度比烘箱養(yǎng)生狀態(tài)測得的結果要低得多，而70#瀝青的混合料在兩種養(yǎng)生狀態(tài)下的結果相差不大。

4 結語

影響冷補瀝青混合料水穩(wěn)定性的因素還有很多，評價方法也有多種。本文只是從馬歇爾穩(wěn)定度這一評價指標對其進行了評價，影響因素也僅涉及兩方面，所以結果還具有一定的片面性。在今后的研究中還需從多方面對冷補瀝青混合料的水穩(wěn)定性這一方面進行研究評價，使其更具有說服力。

[1]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能研究[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]Dr.Ali Maher,Dr.Nenad Gucunski,William Yanko,Fotina Petsi.Evaluation of Pothole Patching Materials[R].New Jersey America:Rutgers University,2001.

[3]魯學軍.瀝青路面水損害分析及防治措施 [J].公路交通技術,2007(6):30-33.

[4]New Products Evaluation Standing Committee.Recognized Products List[R].Ministry of Transportation and Infrastructure,2009.

[5]JTJ 052—2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[6]孫蘇梅.冷補瀝青混合料在道路坑洞修復中的應用[J].中國市政工程.2006,(5):10-11.

[7]楊揚,劉海蘋.冷補瀝青混合料強度研究[J].黑龍江工程學院學報.2008,(3):11-13.