冷拌瀝青混合料路用性能研究

程廣庭

冷拌瀝青混合料在瀝青路面養(yǎng)護中具有廣泛用途，本文使用高聚物改性乳化瀝青為膠結料，選擇適宜的礦料，進行獨特的高聚物改性乳化瀝青冷拌混合料配合比設計研究，并對冷拌瀝青混合料的路用性能展開評價，包括水穩(wěn)定性檢驗、高溫性能試驗、低溫彎曲試驗、強度隨時間的變化性能等，通過冷拌瀝青混合料的設計參數(shù)進行測試研究，為冷拌瀝青路面的設計提供所需的參數(shù)。

1 混合料配合比設計

對于冷拌瀝青混合料的配合比設計，國際上尚無公認的成熟方法。冷拌瀝青混合料的配合比設計主要包括礦料級配類型及瀝青用量的確定這兩方面的內(nèi)容。其在原材料選定之后的組成設計應基于兩個原則：一方面是從瀝青路面各種可能的破壞形式進行綜合考慮，使混合料在性能上得到保證，避免瀝青路面可能出現(xiàn)的破壞；另一方面是對瀝青混合料設計與瀝青路面結構設計進行綜合考慮。本文主要基于當?shù)氐淖匀粭l件，結合高聚物改性乳化瀝青應用于冷拌瀝青路面的具體要求，通過試驗研究，進行材料的組成設計研究。通過配合比設計確定冷拌瀝青混合料的礦料級配及瀝青用量［1］。

1.1 礦料級配的確定

好的礦料級配組成，應該是在熱穩(wěn)定性容許的條件下礦料孔隙率最小，以及為保證有足夠的裹附瀝青所需的結構比表面積，以保證礦料之間處于最緊密的狀態(tài)，并為礦料與瀝青之間相互作用創(chuàng)造良好條件，使瀝青混合料最大限度地發(fā)揮其結構強度的效應，從而獲得更好的使用性能。

（1）礦料的最大粒徑。冷拌瀝青混合料的礦料最大粒徑除了普通瀝青混合料需要考慮的結構厚度、耐疲勞性能、和易性、施工密實性和平整度外，冷拌瀝青混合料的問題在于鋪筑深處的強度不易保證，為了提高其深處的強度，施工時建議分層壓實，每層厚度不超過2.5 c m，則其最大粒徑應小于12.5 mm；另外考慮混合料的維修養(yǎng)護功能，為保證路面坑洞大小、深淺不一的隨機情況下都能修補使用，冷拌材料的最大粒徑宜小不宜大。綜合考慮上述各因素，本課題選取的混合料最大粒徑為9.5 mm。

（2）礦料級配類型。對于冷拌瀝青混合料的級配類型，目前國際上各國之間差異很大。我國規(guī)范［2］規(guī)定冷拌料的級配應符合補坑的需要，粗集料級配必須具有充分的嵌擠能力，以便在未經(jīng)充分碾壓的條件下可開放通車碾壓而不松散。級配范圍見表1。

表1 我國規(guī)范推薦冷補料級配

本文主要針對LB－10型冷拌料進行研究，在規(guī)范建議基礎上，結合實際材料進行配合比設計。相關指標見表2。

表2 3種礦料的合成級配通過率明細表

（3）級配檢驗。參照以往瀝青路面冷拌料目標配合比的工程應用情況，選擇油石比（純殘留物含量）4.5%作為3種試級配用油石比，按如下方法成型馬歇爾試件。

先加水2%（占集料總重）潤濕集料，常溫下拌和；待拌和完1 h（根據(jù)具體瀝青種類而定），混合料由褐色轉為黑色的時候裝模，雙面擊實各50次；擊實完后補脫模放在110℃烘箱24 h，取出再雙面擊實25次，常溫1 d脫模。馬歇爾試驗結果匯總見表3。

表3 3種試級配馬歇爾試驗結果匯總表

由表3可見，級配3體積指標滿足要求，級配1和級配2體積指標不滿足要求，根據(jù)經(jīng)驗本次設計選擇級配3為設計級配。

1.2 乳化瀝青用量的確定

用于拌制冷拌瀝青混合料的乳化瀝青，一般是采用有機溶劑將基質瀝青稀釋而得到。基質瀝青的質量在稀釋前后及有機溶劑揮發(fā)后是不會發(fā)生變化的，有機溶劑只是改變了基質瀝青的工作性，并沒有改變其質量。因此，用于確定熱瀝青混合料最佳瀝青用量的方法，對冷拌瀝青混合料同樣適用。

在道路養(yǎng)護中采用快速經(jīng)驗公式法確定其瀝青用量，本文擬先用經(jīng)驗公式法估算最佳初始瀝青用量，再用馬氏試驗對其進行修正。

經(jīng)驗法估算采用下式進行：

式中：P為冷拌瀝青混合料瀝青含量，%；a為留存在2.36 mm篩上集料的質量分數(shù)，%；b為通過2.36 mm篩孔留存在0.3 mm篩上集料的質量分數(shù)，%；c為通過0.3 mm篩孔留存在0.075 mm篩上集料的質量分數(shù)，%；d為通過0.075 mm篩孔的質量分數(shù)，%。

級配3由上式算得P為4.5。以4.5為標準，采用4種油石比進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗，試驗結果見表4。

表4 LB－10設計級配馬歇爾穩(wěn)定度試驗結果

根據(jù)設計經(jīng)驗取設計油石比為4.8%。

2 冷拌瀝青混合料抗水損害性能

抗水損壞能力是冷拌瀝青混合料的“弱項”，由于冷拌瀝青混合料的膠結料粘度較小，對抵抗水分的置換能力本身就不強，而混合料在路面壓實后，存在一定孔隙率，在有機溶劑和水揮發(fā)后，又產(chǎn)生空隙，雖然可以通過再次壓實減輕揮發(fā)的影響，但水分還是會很容易進入。而且瀝青與集料的粘附性較差，再加上交通荷載的反復沖擊作用，尤其是在春秋兩季，很容易產(chǎn)生水損害。

冷拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性通過凍融劈裂試驗進行評價。值得一提的是冷拌瀝青混合料凍融劈裂試件的制備，跟前面馬歇爾試驗試件一樣，這部分試件也是經(jīng)過二次成型的。具體操作是常溫拌和1 h后，裝模雙面各擊實25次，放入110℃烘箱中24 h取出立即再雙面各擊實25次，常溫1 d脫模，后續(xù)過程與熱拌瀝青混合料凍融劈裂試件的步驟一致。試驗結果見表5。

表5 凍融劈裂試驗結果

由表5可見，該冷拌瀝青混合料滿足抗水損害的要求，其TSR值還要稍高于泡沫瀝青冷再生混合料，但其相應的劈裂強度絕對值要低于泡沫瀝青，其解釋如下。

（1）冷拌瀝青混合料的初始強度均較低，其強度會隨著時間的延長而有所增長。

（2）試驗溫度不同，冷拌瀝青混合料的水浴溫度為60℃，而泡沫瀝青混合料的水浴溫度僅為40℃。

3 冷拌瀝青混合料高溫性能

冷拌瀝青混合料在鋪筑之后，隨著有機溶劑和水的揮發(fā)，瀝青粘度的增大，混合料的強度是不斷增大的。為了保證瀝青路面在高溫季節(jié)行車荷載反復作用下，不致產(chǎn)生諸如波浪、推移、車轍、擁包等病害，混合料應具有足夠的強度以抵抗永久變形能力。

評價瀝青路面高溫穩(wěn)定性的方法有單軸蠕變試驗、三軸蠕變試驗、車轍試驗等。本課題采用車轍試驗進行評價。需要說明的是，車轍試驗試件亦是經(jīng)過二次碾壓成型制備的。具體做法是，常溫拌和1 h后裝模碾壓若干遍，后放入110℃烘箱中24 h取出，再次換方向碾壓若干遍，室溫1 d脫模。每次碾壓的次數(shù)以成型的試件孔隙率指標與馬氏試驗的試件孔隙率相接近為準，進行靈活調整。試驗條件仍在（60±1）℃，（0.7±0.05）MPa下進行，其車轍試驗結果見表6，表7。

表6 車轍試驗動穩(wěn)定度

表7 車轍試件空隙率匯總表

由表6、表7可見，該冷拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度也是完全能滿足要求的。

4 冷拌瀝青混合料低溫性能

檢驗冷拌瀝青混合料的低溫性能主要是考慮在冬季的低溫天氣，修補材料易變脆變硬，為防止其產(chǎn)生溫度裂縫，坑槽中的修補材料應具有良好的低溫抗裂性。另外，為了與熱拌料相比較，采用小梁低溫彎曲試驗［3］進行低溫性能的評價。

低溫彎曲試驗所用試件為上述車轍試驗試件切割成規(guī)定尺寸的小梁進行的。試驗結果見表8。

表8 小梁彎曲試驗結果

由表8可見，該冷拌瀝青混合料的低溫性能也能滿足要求，而且比普通乳化瀝青混合料低溫性能要好。

5 結語

通過室內(nèi)試驗對比分析，對冷拌瀝青混合料設計方法、路用性能進行了研究，研究表明，冷拌混合料具有較好的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性能。

［1］ 彭 勇，孫立軍，史玉金.瀝青混合料離析評價方法的研究［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2005（4）：484－486.

［2］ JTG F40－2004公路瀝青路面施工技術規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ JTG E20－2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.