淺談冷鋪瀝青在道路養護中的應用

周汝成

(衡水衡通公路工程監理咨詢有限公司)

1 前 言

瀝青路面在長期的使用過程中,會出現松散、坑洞、剝落等病害。路面病害不僅降低了路面的服務能力,而且主要影響道路正常交通,在高速道路上的坑洞甚至可能引發交通事故。因此對于路面出現的坑洞、破損需要及時加以修補。

目前,修補路面坑洞大都采用熱拌瀝青混合料,它對于地點集中,工程量較大的路面維修是可行的,但對于地點分散,工程量小的路面維修,不僅因數量太少而瀝青拌和廠難以生產,而且施工單位對熱瀝青混合料的保溫和修補操作也感到不便,特別在冬季和雨水較多的春季,因此道路養護部門十分需要一種能夠隨時可以用于路面修補的材料。

路面修補用的瀝青混合料不同于普通熱拌瀝青混合料,它是事先將瀝青混合料預拌好,用袋裝好儲存起來,當發現路面上出現坑洞時,隨時運到現場,進行路面修補。由于平時儲存在倉庫內,使用時在常溫下進行攤鋪和壓實,因而將這種材料稱之為儲存式冷鋪瀝青混合料。

近年來,許多外國企業看好我國廣闊市場,紛紛來華推銷他們的冷鋪材料,但外商的冷鋪料大多價格昂貴,用戶難以承受,除少量使用外,無法在工程中大量使用。因此積極開展儲存式冷鋪瀝青混合料配制技術的研究,開發我們自己的價廉物美產品是非常必要的。

2 冷鋪瀝青材料的特點

(1)這種混合料存放在密閉的袋內,可儲存幾個月,甚至更長的時間,都能保持良好的疏松狀態而不結成團塊,即使結成團塊,經拍打就能散開。

(2)混合料在路面坑洞中攤鋪后,經過壓實即能粘結成型而不松散,這就要求混合料具有良好的粘結性能和壓實性。

正是由于冷鋪瀝青混合料具備這樣的特性,因而所鋪路面具有以下優點。

①路面在行車作用下會逐漸壓實,強度慢慢提高。如果在路面修補時,未能使用碾壓設備,路面在使用過程中經行車碾壓會逐漸密實。

②由于在常溫下施工,且使用簡單工具即可進行坑洞修補,操作頗為方便。

③冷鋪瀝青混合料預先在工廠生產并儲存起來,隨時可供使用,因而適合常年路面坑洞修補,或供路面開挖埋設管線后恢復路面使用。

經過碾壓成型的冷鋪瀝青路面,具有與熱鋪瀝青路面基本一樣的使用性能,且冷鋪瀝青路面不易出現溫度收縮裂縫。

3 冷鋪瀝青混合料配制原理與方法

冷鋪瀝青混合料必須具有良好的疏松性和壓實性,而這兩者既相矛盾又統一,這是冷鋪瀝青混合料配制技術的難點,但又是配制技術的關鍵和依據。試驗研究表明,影響冷鋪瀝青材料的性能主要有以下因素。

3.1 瀝青的粘度

瀝青在混合料中起著粘結松散集料成為整體的作用。根據粘附理論,瀝青要粘附在集料表面,充分而必要的條件是能夠浸潤集料表面,為此瀝青必須具有一定的流動性以易于鋪展。液體瀝青在不很高的溫度下已成流動液體,有利于浸潤集料表面。當溫度降至常溫時,粘度增大,內聚力也增大,于其他物體粘結性降低,使所拌混合料易于分散;但由于其表面仍存在微弱的粘結性,當在外力作用下使它們緊密接觸時,則又會形成粘結而成為整體。同時在低溫下瀝青又不致粘度過大而使混合料無法操作,因此必須使用液體瀝青,但其輕質油分應不致揮發過快。

根據研究,液體瀝青應屬于一種中凝或慢凝的液體瀝青,而且其粘度宜控制在 1～10Pa·s范圍內。

3.2 瀝青用量

當瀝青用量較多時,集料表面瀝青膜較厚,自由瀝青較多,相互之間容易粘結,混合料易結塊成團,結團后也不易打散。當瀝青用量較少時,不足以充分裹覆集料表面,瀝青與集料之間形成弱界面,雖混合料有較好的疏松性,但集料顆粒之間粘結性差,碾壓不能使混合料形成整體,路面容易出現松散。因此,冷鋪瀝青混合料有一適宜的瀝青用量,但不能用常規馬歇爾試驗方法確定。根據試驗資料歸納適宜的結合料用量可按以下經驗公式估算

式中:P為冷鋪瀝青混合料結合料用量,%;a為大于2.36mm顆粒重量百分率,%;b為0.3～2.36mm顆粒重量百分率,%;c為0.075～0.3mm顆粒重量百分率,%;d為小于0.075mm顆粒重量百分率,%。

3.3 瀝青中的添加劑

(1)改性劑。經過試驗比較,在瀝青中添加樹脂改性劑,有利于提高混合料的粘結性,改善儲存性,尤其是改善混合料使用初期的穩定性。

(2)增水劑。在瀝青中添加增水劑,有利于混合料抵抗雨水的侵蝕,并使得能在潮濕狀態下緊急修補使用。

(3)催干劑。在某些國外文獻中有介紹在瀝青中添加催干劑,如亞硫酸鹽廢液(Sulphitewasteliquor)、環烷酸皂(Naphthenatesoap)等,以便使混合料顆粒表面的瀝青膜適當地干燥,降低粘結性,保持混合料的疏松性。使用催干劑必須經過細致的選擇和反復的試驗,使用不當反而影響其粘結性。

3.4 集料級配與礦粉用量

冷鋪材料是用于路面修補的材料,需要廣泛的適應性,既可用于修補淺的坑洞,又可用于修補深的坑洞,為此最好有較粗和較細兩種不同粒徑的混合料,但養護部門只愿意使用一種規格的材料,同時較粗粒徑又易造成掉粒,所以冷鋪材料宜設計成一種較細級配的混合料。

為提高混合料的承載能力和表面粗糙度,其集料宜設計成近似 SMA以能形成骨架結構的級配,但礦粉用量控制在1%～3%范圍內,這樣有利于提高混合料疏松性和強度。

所用集料由 3～5mm和 0～3mm碎石材料配合而成,其中 3～5mm碎石應采用硬質巖石軋制而成,具有良好的棱角性。

4 冷鋪瀝青混合料技術要求

冷鋪瀝青材料作為路面修補材料,需要滿足一定的技術要求以判斷其性質,但不能按熱拌瀝青混合料的概念來進行評定。

4.1 疏松性與壓實性

如何評定冷鋪混合料的疏松性和壓實性,國際上大都采用經驗判斷的方法。我們借鑒工地現場檢驗土壤最佳含水量的簡便方法,即用手將混合料捏緊,松開手混合料能成團,則表明混合料可壓實成型而不松散;將成團的混合料拍一下,混合料就能散開,則表明混合料疏松性良好,方法簡單而解決問題。

4.2 初始強度

冷鋪混合料在壓實后需要達到一定強度,以承受車輪荷載。由于馬歇爾試驗方便,故以穩定度評定其初始強度。取冷鋪混合料 1000g,在常溫下正反面各錘擊 75次,脫模后在常溫下測定馬歇爾穩定度。

4.3 殘留穩定度

儲存性冷鋪瀝青混合料壓實后,初始空隙率大,抗水性差,因此需要檢驗其水穩性。將常溫下成型的馬歇爾試件浸泡在水中一晝夜,測試浸水后的穩定度Sw,該穩定度 Sw與原穩定度So之比值K=Sw·So,作為評定混合料的水穩性。

4.4 低溫粘結性

為檢驗混合料在冬季低溫下的粘結性能,將混合料裝入塑料袋內,然后放在 -10℃的冰箱內冷凍 4h以上,取出后將 1000g樣品立即裝入試模,每面錘擊 150次,觀察是否能粘結成型,在常溫下測試馬歇爾穩定度,其值要求大于1.5kN。

5 冷鋪瀝青混合料生產與應用

5.1 冷鋪混合料現場生產

先配制改性稀釋瀝青結合料,采用重交通道路瀝青、樹脂、石油溶劑、添加劑配合而成,其粘度分別調配成適合于冬春季節和夏秋季節兩種。

集料采用0～3mm和356mm兩種集料進行配合,結合料用量先按上述經驗公式計算,然后根據試拌情況加以調整。

混合料在 60～80℃的溫度下進行拌和,出料后采取措施令其快速冷卻,然后裝袋儲存。取現場生產的冷鋪瀝青混合料,在室內進行試驗,檢驗疏松性與壓實性良好。

5.2 冷鋪混合料現場應用

2000年3月生產的冷鋪瀝青混合料,經過3個月的儲存后于 6月進行實地使用。在經歷了夏季 36～37℃的高溫和3次臺風暴雨的襲擊,又經歷了冬季低溫考驗,修補路面保持良好狀態,沒有脫粒、松散等現象。在施工時,為模擬雨天施工,還曾特地帶水作業,以考驗這種材料的抗水性,至今路面未發現脫粒、松散現象,說明材料具有較好的抗水性?，F在,這種冷鋪材料已逐漸在城市道路和郊區公路上得到應用,其效果與國外同類產品相比毫不遜色。

6 成本經濟比較

配制儲存式冷鋪瀝青混合料,在材料配方上與熱拌瀝青混合料有所區別,成本相對較高,同時由于冷鋪瀝青材料生產量很少,管理、包裝要求較高,也使成本有所提高。粗略測算,這種冷鋪材料可能的價格大概是熱拌瀝青混合料的2～3倍左右,這樣生產廠家能既有利可圖,而養路部門又能承受。同國外經銷的冷鋪材料相比,因國外產品經遠距離運輸、加收關稅和高額利潤,價格差不多為熱拌料的 10～20倍。由此可見,所開發的產品性能既好,成本又低,故具有良好的應用前景。