瀝青路面材料新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

李志杰

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和行車舒適性的要求以及瀝青混合料再生技術(shù)的不斷成熟,瀝青混合料的研究已經(jīng)成為了交通行業(yè)材料學(xué)科的最主要課題。各種研究機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)出了百家爭(zhēng)鳴的局面,這也為瀝青混合料的應(yīng)用創(chuàng)造了更為廣闊的空間。但是,由于受到材料、施工水平以及檢測(cè)設(shè)備的限制,當(dāng)前我國(guó)的瀝青混合料路面還處在一個(gè)不斷成熟的階段,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1 瀝青混合料研究體系有待發(fā)展

我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范所采用的馬歇爾體系基于剛性擊實(shí)成型試驗(yàn)件,而且以各類體積指標(biāo)來(lái)間接反映路面材料的各種性能,馬歇爾穩(wěn)定度和流值與瀝青路面材料在實(shí)際使用中的應(yīng)力應(yīng)變情況也有著很大的區(qū)別。這就落后于國(guó)外所使用的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)具及其應(yīng)力應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)方式。具體的說(shuō),如果我們以馬氏法做出了空隙率為4%的試驗(yàn)配合比,而且在施工過(guò)程中也能達(dá)到這個(gè)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),但在路面日后的使用過(guò)程中隨著輪胎反復(fù)的柔性碾壓空隙率就會(huì)進(jìn)一步減小為2%,這樣就會(huì)造成壓密型車轍。

現(xiàn)在國(guó)際上常用的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)體系有Superpave和GTM。1)Superpave是一個(gè)商標(biāo)名。商標(biāo)的擁有者是美國(guó)各州公路與運(yùn)輸官員協(xié)會(huì)(AA SHTO),但Superpave不僅僅是熱拌瀝青路面的一個(gè)新的名稱,還包括三樣?xùn)|西:建立在性能基礎(chǔ)上的瀝青膠結(jié)料規(guī)范、混合料設(shè)計(jì)體系和性能預(yù)測(cè)體系。性能規(guī)范和混合料設(shè)計(jì)體系已為我國(guó)廣大公路工作者熟知,而性能預(yù)測(cè)體系,由于SHRP完成時(shí)一方面由于預(yù)測(cè)模型不夠完善,另一方面缺乏足夠的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,所以沒(méi)有列入正式推廣中,通過(guò)這幾年的研究,同時(shí)結(jié)合AA SHTO2002路面規(guī)范的修訂以及路面長(zhǎng)期性能(LTPP)試驗(yàn)路的驗(yàn)證,最終完成了整個(gè)體系,這樣從材料選擇、混合料設(shè)計(jì)和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連成了整體,可以保證優(yōu)良的路面性能。2)GTM就是美國(guó)工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切試驗(yàn)機(jī),配合比設(shè)計(jì)理論就建立在這個(gè)試驗(yàn)設(shè)備上,其最終的配合比主要由應(yīng)變比GSI、抗剪安全系數(shù)GSF和密度3個(gè)指標(biāo)控制,其受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

在實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中,GTM以真實(shí)發(fā)生的應(yīng)變和應(yīng)力作為確定混合料配合比的方式,可以直接有效地反映出路面材料在使用過(guò)程中的受力特征,由于其成型方式幾乎使混合料能達(dá)到最終空隙率,所以其油石比較馬歇爾要小得多,且抗車轍能力比較高。但是它的發(fā)展受到了兩個(gè)方面的限制:1)試驗(yàn)設(shè)備比較昂貴,無(wú)法在大多數(shù)的施工單位普及;2)對(duì)施工機(jī)械的要求比較高,很多機(jī)械設(shè)備無(wú)法達(dá)到與GTM相當(dāng)?shù)膲簩?shí)效果。

2 原材料與配合比設(shè)計(jì)存在一定的矛盾

隨著瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)體系的不斷進(jìn)步,對(duì)原材料的要求越來(lái)越嚴(yán)格,表1,表2以級(jí)配為例說(shuō)明了這一點(diǎn)。

很明顯,GTM的級(jí)配范圍要比馬氏要求的范圍窄一些。然而,很多地區(qū)的集料規(guī)格相當(dāng)有限,要配制出Superpave和GTM都有一定的困難,這其中也包括在我國(guó)已經(jīng)使用較為廣泛的SMA。

表1 2004年公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中對(duì)瀝青混合料級(jí)配的規(guī)定

表2 GTM施工指南(河北省交通廳)對(duì)瀝青混合料級(jí)配的規(guī)定

我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料的各項(xiàng)指標(biāo)做了非常詳細(xì)的規(guī)定,我個(gè)人認(rèn)為有幾點(diǎn)應(yīng)該特別重視:

1)對(duì)瀝青混合料而言,施工溫度是非常重要的,所以動(dòng)力粘度(布氏粘度)作為粘溫曲線的重要指標(biāo)是很值得重視的。2)礦粉是瀝青混合料最主要的填料,其細(xì)度決定了0.075篩孔的通過(guò)量。3)一定要選擇干凈的石灰?guī)r質(zhì)石屑,有條件的話要使用機(jī)制砂。4)細(xì)集料的棱角性和穩(wěn)定度關(guān)系密切,是細(xì)集料的必檢指標(biāo)。

3 施工工藝還有待進(jìn)一步的改進(jìn),SMA仍有較廣闊的應(yīng)用空間

SMA作為一種新型材料還有著很多方面的優(yōu)點(diǎn)。由于其在級(jí)配上有著鮮明的特點(diǎn),研究SMA主要集中在各個(gè)體積指標(biāo)之上,VMA(礦料間隙率)、VCA(粗集料骨架間隙率)、VV(空隙率)。它們各自關(guān)系到SMA的結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)各指標(biāo)之間又是相互聯(lián)系的。表3是我在長(zhǎng)琿公路施工時(shí)的一點(diǎn)總結(jié)。

表3 長(zhǎng)琿公路08標(biāo)段SMA-16三種級(jí)配的試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

從表3中看出,在同樣油石比的情況下,不同級(jí)配隨著 VMA的增加 VV也在不斷的增加。必須找到一個(gè)合適級(jí)配,使得VMA＞17%(我國(guó)規(guī)定為16.5%),VV＜4%,這是 SMA設(shè)計(jì)的最主要步驟。VCAmix＜VCADRC就證明骨架沒(méi)有被瑪脂撐開,可以用來(lái)判定SMA能否形成真正的“石—石”結(jié)構(gòu)。

SMA施工過(guò)程應(yīng)注重:1)SMA是典型的間斷級(jí)配,粗骨料熱料倉(cāng)(4號(hào)或5號(hào)倉(cāng))的用量是最多的,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不能供應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)的現(xiàn)象。與此同時(shí),其他幾個(gè)熱料倉(cāng)則由于用量較少等各方面的原因,出現(xiàn)溢料現(xiàn)象。所以,一定要合理選擇振動(dòng)篩,嚴(yán)格控制冷料倉(cāng)進(jìn)料比例。2)SMA對(duì)施工溫度要求較高,要嚴(yán)格按照規(guī)范控制出料,攤鋪和碾壓的溫度。3)SMA最常見(jiàn)的施工問(wèn)題是油斑,原因是:a.纖維素質(zhì)量不夠,不足以分散和吸收瀝青;b.細(xì)集料和礦粉用量不足,造成瑪脂成分中瀝青含量太多。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,越來(lái)越多的新技術(shù)、新材料、新工藝在不斷的得到應(yīng)用,這些研究成果為我國(guó)公路事業(yè)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。但是,我們也要注重這些理論的可實(shí)現(xiàn)性。在實(shí)際施工過(guò)程中,還是要嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范,立足現(xiàn)狀,綜合全面的考慮。

[1]河北省交通廳,GTM瀝青混合料施工技術(shù)指南[S].

[2]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)公路工程委員會(huì),公路瀝青瑪脂碎石路面技術(shù)指南[S].

[3]裴高慧,李紅軍.Superpave設(shè)計(jì)方法應(yīng)用研究[J].山西建筑,2008,34(16):163-164.