溶劑型冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度參數(shù)評(píng)價(jià)及指標(biāo)研究

蓋衛(wèi)鵬 韓微微

(1.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710075；2.陜西省公路交通防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075； 3.西安公路研究院,陜西 西安 710065)

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溶劑型冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度參數(shù)評(píng)價(jià)及指標(biāo)研究

蓋衛(wèi)鵬1，2韓微微3

(1.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710075；
2.陜西省公路交通防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075； 3.西安公路研究院,陜西 西安 710065)

基于冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度變化規(guī)律，從冷補(bǔ)混合料的初始強(qiáng)度、成型強(qiáng)度以及強(qiáng)度成型速度等方面，探討了冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度參數(shù)的評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)要求，通過(guò)設(shè)置不同試驗(yàn)條件下的改進(jìn)型馬歇爾試驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合冷補(bǔ)瀝青混合料性能要求，提出了適合于冷補(bǔ)瀝青混合料使用要求的強(qiáng)度指標(biāo)。

冷補(bǔ)瀝青混合料,強(qiáng)度,評(píng)價(jià)指標(biāo)，馬歇爾試驗(yàn)

冷補(bǔ)瀝青混合料是一種新型瀝青路面坑槽病害養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)材料，使用時(shí)不受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度影響，可以隨時(shí)根據(jù)修補(bǔ)需求取用，方便快捷。冷補(bǔ)瀝青混合料的使用條件不同于熱拌瀝青混合料，為保證冷補(bǔ)瀝青結(jié)合料在常溫或低溫環(huán)境下具有比熱拌瀝青更優(yōu)的流動(dòng)性，冷補(bǔ)結(jié)合料中一般均含有一定量的稀釋劑。由于冷補(bǔ)結(jié)合料技術(shù)性能特性，其強(qiáng)度變化也與熱拌瀝青混合料不同。本文結(jié)合改進(jìn)型馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)方法，針對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，提出不同強(qiáng)度指標(biāo)要求。

1 冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度變化規(guī)律

1)儲(chǔ)存階段。存儲(chǔ)階段的冷補(bǔ)瀝青混合料由于未充分碾壓受力，混合料顆粒間尚未緊密接觸并嵌擠密實(shí)，此時(shí)內(nèi)摩阻角φ較小；存儲(chǔ)階段冷補(bǔ)結(jié)合料中稀釋劑尚未揮發(fā)，冷補(bǔ)結(jié)合料粘結(jié)強(qiáng)度較低，粘結(jié)力c值較小。此階段由于粘結(jié)力c值與內(nèi)摩阻角φ均未開(kāi)始增長(zhǎng)，混合料顆粒間相互作用較小，不會(huì)相互粘結(jié)成型形成強(qiáng)度，顆粒間彼此分離，呈疏松狀態(tài)，能夠長(zhǎng)期存儲(chǔ)而不影響后期使用。

2)攤鋪壓實(shí)階段。冷補(bǔ)瀝青混合料攤鋪壓實(shí)到坑槽內(nèi)，在碾壓外力的充分作用下，混合料顆粒間能夠充分接觸且嵌擠密實(shí)形成骨架，摩阻角φ值變大。由于冷補(bǔ)結(jié)合料中稀釋劑尚未開(kāi)始揮發(fā)，冷補(bǔ)結(jié)合料的粘結(jié)力依舊很小，粘結(jié)力c仍難以達(dá)到強(qiáng)度要求。相比存儲(chǔ)階段，攤鋪壓實(shí)階段由于冷補(bǔ)瀝青混合料顆粒間的骨架效應(yīng)，已產(chǎn)生了一定使用強(qiáng)度，同時(shí)在坑槽壁側(cè)向約束下，混合料具備了初始強(qiáng)度，能夠有效抵抗外部車輛的垂直荷載作用。

3)使用階段。冷補(bǔ)瀝青混合料使用到路面坑槽內(nèi)以后，在車輛荷載以及外界環(huán)境作用下，混合料粘結(jié)力c值與內(nèi)摩阻角φ值均逐漸增長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度基本形成，能夠有效抵抗車輛荷載作用。

由以上冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度變化規(guī)律可知，其強(qiáng)度形成與熱拌瀝青混合料具有顯著不同。影響冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度的粘結(jié)力c值和摩阻角φ值會(huì)隨著外部環(huán)境條件變化而變化，冷補(bǔ)瀝青混合料的強(qiáng)度變化也呈現(xiàn)階段性變化，使得冷補(bǔ)瀝青混合料具有初始強(qiáng)度、成型強(qiáng)度及強(qiáng)度成型速度等三個(gè)強(qiáng)度參數(shù)。

2 冷補(bǔ)瀝青混合料的分類及組成選擇

2.1 冷補(bǔ)瀝青混合料的分類

冷補(bǔ)瀝青混合料根據(jù)使用環(huán)境溫度范圍，分為5 ℃～30 ℃的常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料以及-30 ℃～5 ℃的低溫型冷補(bǔ)瀝青混合料。兩種冷補(bǔ)瀝青混合料由于冷補(bǔ)結(jié)合料配方組成不同，技術(shù)性能也存在一定區(qū)別，本文將分別針對(duì)兩種冷補(bǔ)瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)研究。

2.2 冷補(bǔ)瀝青混合料的原材料選擇

葉圣陶說(shuō)：“閱讀是吸收的事情，從閱讀中領(lǐng)受人家的經(jīng)驗(yàn)，接觸人家的心情。寫作是發(fā)表的事情，從寫作可以顯示自己的經(jīng)驗(yàn)，吐露自己的心情。”閱讀與寫作是相輔相成的關(guān)系，讀是寫的一項(xiàng)基本功的訓(xùn)練，我們要引導(dǎo)學(xué)生深入細(xì)致地去讀文本，真正學(xué)到作者寫作精華，用好文本這個(gè)范文集。

1)瀝青及礦料。瀝青材料及礦料的選用應(yīng)符合JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中關(guān)于基質(zhì)瀝青、礦料的相關(guān)技術(shù)要求。

2)冷補(bǔ)添加劑。冷補(bǔ)添加劑采用復(fù)合式改性材料，由多種有機(jī)高分子改性材料以及稀釋劑復(fù)配組成。主要作用是改善原有瀝青結(jié)合料技術(shù)性能，諸如通過(guò)稀釋劑組分調(diào)節(jié)冷補(bǔ)結(jié)合料低溫流動(dòng)性，通過(guò)增粘改性劑組分調(diào)節(jié)冷補(bǔ)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性等。

3 冷補(bǔ)瀝青混合料初始強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)價(jià)

3.1 初始強(qiáng)度試驗(yàn)方法

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中馬歇爾試驗(yàn)方法，結(jié)合冷補(bǔ)瀝青混合料的技術(shù)特性，采用改進(jìn)型試驗(yàn)方法對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料的初始強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1)常溫型(5 ℃～30 ℃)冷補(bǔ)瀝青混合料初始強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)價(jià)方法。

按照要求拌制一定量冷補(bǔ)瀝青混合料，待其溫度降至室溫時(shí)，取900 g左右在室溫下裝入馬歇爾試模中，然后雙面各擊實(shí)75次脫模進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

2)低溫型(-30 ℃～5 ℃)冷補(bǔ)瀝青混合料初始強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)價(jià)方法。

由于低溫型冷補(bǔ)瀝青混合料的使用環(huán)境溫度較低，為符合實(shí)際使用環(huán)境溫度條件，對(duì)初始強(qiáng)度評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。按照要求拌制一定量冷補(bǔ)瀝青混合料，首先將其放置于5 ℃的溫控箱中6 h左右，然后取一定量成型馬歇爾試件，雙面各擊實(shí)75次后脫模進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 低溫型冷補(bǔ)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

3.2 初始強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，由于低溫型冷補(bǔ)瀝青混合料與常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料的試驗(yàn)溫度不同，低溫環(huán)境下冷補(bǔ)結(jié)合料的粘結(jié)強(qiáng)度大于常溫環(huán)境，使得低溫型初始強(qiáng)度高于常溫型。常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料的初始強(qiáng)度平均可達(dá)到2.6 kN左右，而低溫型可達(dá)到3.44 kN左右。現(xiàn)結(jié)合冷補(bǔ)瀝青混合料在存儲(chǔ)性、工作性等方面要求，對(duì)初始強(qiáng)度提出指標(biāo)要求，初始強(qiáng)度應(yīng)保證大于2.5 kN，小于3.5 kN為宜。

4 冷補(bǔ)瀝青混合料成型強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)價(jià)

4.1 成型強(qiáng)度試驗(yàn)方法

成型強(qiáng)度試驗(yàn)方法根據(jù)冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，即確保稀釋劑基本揮發(fā)后且混合料得到一定程度壓實(shí)成型。按照要求配置冷補(bǔ)瀝青混合料并制作馬歇爾試件，雙面先各擊實(shí)50次后連同試模以側(cè)面豎立方式放置于110 ℃烘箱中48 h，模擬冷補(bǔ)瀝青混合料攤鋪到路面上后第一階段成型過(guò)程。烘箱取出再雙面各擊實(shí)25次，再連同試模一起置于室溫下48 h，脫模在60 ℃恒溫水槽中養(yǎng)生30 min，模擬冷補(bǔ)瀝青混合料攤鋪到路面上后第二階段成型過(guò)程。最后進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 成型強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4.2 成型強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

成型強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)于冷補(bǔ)瀝青混合料的后期使用耐久性至關(guān)重要，現(xiàn)由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，冷補(bǔ)瀝青混合料的最終強(qiáng)度可以達(dá)到5 kN以上。對(duì)于冷補(bǔ)瀝青混合料成型強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)做出了一定規(guī)定要求，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定冷補(bǔ)瀝青混合料應(yīng)有足夠的粘聚性，其馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度宜不小于3 kN。本文根據(jù)成型強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮冷補(bǔ)瀝青混合料使用耐久性，成型強(qiáng)度應(yīng)大于5 kN，以更好地抵抗車輛及外部環(huán)境因素作用。

5 冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成速度指標(biāo)評(píng)價(jià)

5.1 強(qiáng)度形成速度試驗(yàn)方法

由冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度變化規(guī)律可知，最終使用強(qiáng)度形成具有時(shí)間性。低溫型與高溫型由于結(jié)合料中稀釋劑用量不同而成型速度也不同，同時(shí)外界環(huán)境條件對(duì)于強(qiáng)度形成速度影響較大。為合理評(píng)價(jià)冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成速度指標(biāo)，需根據(jù)冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成特性進(jìn)行試驗(yàn)條件設(shè)定：

1)常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料。

按照要求配置冷補(bǔ)瀝青混合料并制作15個(gè)～20個(gè)馬歇爾試件，脫模后放置于室外常溫環(huán)境中，保證稀釋劑能夠在室外自然揮發(fā)，每隔一段時(shí)間測(cè)定試件馬歇爾穩(wěn)定度值。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度成型速度試驗(yàn)結(jié)果

2)低溫型冷補(bǔ)瀝青混合料。

按照要求配置冷補(bǔ)瀝青混合料并制作15個(gè)～20個(gè)馬歇爾試件，脫模后放置于5 ℃的恒溫箱內(nèi)，保證稀釋劑能夠在要求溫度環(huán)境下自然揮發(fā)，每隔一段時(shí)間測(cè)定試件馬歇爾穩(wěn)定度值。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 低溫型冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度成型速度試驗(yàn)結(jié)果

5.2 強(qiáng)度形成速度試驗(yàn)結(jié)果分析

由表4可以看出，常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料由于環(huán)境溫度高，稀釋劑組分揮發(fā)較快，經(jīng)過(guò)7 d左右時(shí)間基本可以達(dá)到成型強(qiáng)度要求。經(jīng)過(guò)30 d左右時(shí)間混合料強(qiáng)度就可達(dá)到穩(wěn)定值6 kN左右，最終強(qiáng)度能夠完全滿足冷補(bǔ)瀝青混合料使用要求。由表5可以看出，低溫型冷補(bǔ)瀝青混合料由于環(huán)境溫度較低，稀釋劑組分揮發(fā)較慢，經(jīng)過(guò)約15 d時(shí)間才能達(dá)到成型強(qiáng)度要求。同時(shí)最終成型強(qiáng)度也低于常溫型冷補(bǔ)瀝青混合料，原因是由于低溫環(huán)境下稀釋劑組分無(wú)法完全揮發(fā)而殘留于瀝青中造成的。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，冷補(bǔ)瀝青混合料其成型強(qiáng)度均可以達(dá)到要求的5 kN，而且強(qiáng)度能夠較快形成，確保混合料不會(huì)在車輛荷載或外界環(huán)境因素的影響下產(chǎn)生二次病害。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)溶劑型冷補(bǔ)瀝青混合料的強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)研究，冷補(bǔ)瀝青混合料不同階段強(qiáng)度指標(biāo)可采用改進(jìn)型的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：冷補(bǔ)瀝青混合料的初始強(qiáng)度應(yīng)保證不小于2.5 kN，不大于3.5 kN；成型強(qiáng)度應(yīng)不小于5 kN，不同類型冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度速度不同，常溫型在7 d后即可達(dá)到要求強(qiáng)度，而低溫型則需要15 d左右才能達(dá)到要求強(qiáng)度。

[1] 劉華鈞，潘先廣，馮明碩．淺析熱拌冷鋪瀝青混合料的強(qiáng)度形成機(jī)理[J].山西建筑，2006，32(2)：159-160.

[2] Vanessa I. Rosales-Herrera and Jorge A. Prozzi, Mixture Design Manual and Performance-Based Specifications For Cold Patching Mixtures[R].Austin: Texas Department of Transportation Research and Technology Implementation Office,2008.

[3] 延西利，何進(jìn)財(cái)，金曉晴．冷補(bǔ)瀝青混合料的技術(shù)性能及試驗(yàn)方法探討[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2006(9)：72-77.

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Research on strength parameters evaluation and index of solvent cold patching asphalt mixture

Ge Weipeng1,2Han Weiwei3

(1.CCCCFirstHighwaySurveyandDesignInstituteLimitedCompany,Xi’an710075,China; 2.ShaanxiRoadTrafficDisaterPreventionandMitigationKeyLaboratory,Xi’an710075,China; 3.Xi’anHighwayResearchInstitute,Xi’an710065,China)

Analysis of material strength variation of cold patch asphalt mixture based on the experimental research carried out from the aspects of cold patching mixture initial strength, strength and strength of molding forming speed, discusses the assessment methods and indexes of cold patch material strength parameters of asphalt mixture. By setting up the improved Marshall test method under different test conditions, and combining with the performance requirements of cold patching asphalt mixture, puts forward the strength index suitable for cold patching asphalt mixture.

cold patch asphalt mixture， strength parameter， evaluating indicator, Marshall test

1009-6825(2017)09-0103-02

2017-01-06

蓋衛(wèi)鵬(1984- ),男,碩士,工程師; 韓微微(1984- )，女，工程師

TU535

A