寒冷地區瀝青路面稀漿封層技術對瀝青材料的改善

樊旭英,謝 軍,高鳳春,安宏鈞

(1.河北建筑工程學院土木工程學院,河北張家口 075000;2.張家口市公路管理處,河北張家口 075000)

寒冷地區瀝青路面稀漿封層技術對瀝青材料的改善

樊旭英1,謝 軍1,高鳳春1,安宏鈞2

(1.河北建筑工程學院土木工程學院,河北張家口 075000;2.張家口市公路管理處,河北張家口 075000)

為了評價寒冷地區瀝青路面稀漿封層技術對瀝青材料的改善效果,對同一路段實施稀漿封層技術和未實施稀漿封層技術的路面面層取樣,在實驗室內將實施稀漿封層路面的養護層去掉,對稀漿封層路面剩下的面層各層次和未實施稀漿封層養護的路面面層各層次分別進行分層,然后烘軟碾碎各層瀝青混合料進行瀝青抽提試驗,測定各層瀝青的針入度、延度及軟化點并進行分析。研究結果表明:對于寒冷地區,稀漿封層技術可以有效緩解瀝青路面低溫病害的發生。

道路工程;稀漿封層;瀝青抽提;低溫病害

0 引 言

稀漿封層技術是指,在常溫下把檢驗合格的配料,如乳化瀝青、礦料、填料、水以及各種添加劑,按照規定的比例混合在一起,然后充分攪拌到稀漿的狀態,接著使用稀漿封層車及時將其攤鋪到路面上,稀漿經過破乳、析水及固化,形成一層厚度為5~10 mm的堅固、密實、耐磨的薄層[1-2]。稀漿封層可以提高路面的防滑、耐磨性能,改善路面平整度,修復路面輕微車轍[3-6],對于新舊路面的老化能起到預防和維修作用[7-8],是一種良好的瀝青路面預防性養護技術。

道路瀝青作為瀝青路面重要的建筑材料,其性能指標直接影響到路面的路用性能和使用壽命[9]。作為骨料黏結劑的瀝青,在使用過程中受到溫度、光和氧等外界因素的影響會發生揮發、氧化等一系列物理和化學變化,導致性質變差。瀝青的老化是一個不可避免的問題,提高瀝青性能是提高瀝青路面質量的關鍵。目前研究人員主要是從路面使用性能角度對各種養護技術的應用效果進行分析,而本文選取實施稀漿封層的張家口地區G109、G110路線的部分路段作為試驗路段,從瀝青材料性能的角度出發,通過測定分析瀝青針入度、延度及軟化點,研究預防性養護技術對瀝青性能的影響。

1 試驗方案設計

本文對G109公路實施稀漿封層養護12個月后的K240+000~K242+000路段和G110公路實施稀漿封層養護12個月后的K210+000~K212+ 000路段的瀝青路面面層進行取樣,在實驗室內將實施稀漿封層的養護層用切割機去掉,剩下的瀝青路面面層各層次用切割機進行分層處理。對G109公路未實施預防性養護的K290+000~K292+000路段和G110公路未實施預防性養護的K214+000~ K216+000路段的路面面層進行取樣,各層次用切割機進行分層處理。實施稀漿封層和未實施稀漿封層養護的路面面層各層分層前后如圖1~4所示, G109公路瀝青路面面層共2層,G110公路瀝青路面面層共3層。

圖1 G109稀漿封層路面面層各層分層前后

圖2 G109未養護路面面層各層分層前后

圖3 G110稀漿封層路面面層各層分層前后

圖4 G110未養護路面面層各層分層前后

分層后用烘箱將面層各層瀝青混合料分別烘軟碾碎,之后根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011),對各層瀝青分別進行瀝青抽提室內試驗,然后根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)分別測定各層瀝青的針入度、軟化點及延度[10]。試驗所需要的瀝青抽提儀器包括瀝青混合料離心式快速抽提儀、臺式礦粉大容量離心機、旋轉蒸發器。

2 室內試驗數據分析

2.1 針入度試驗分析

針入度反映了瀝青在荷載作用下的變形能力,其物理意義為表觀黏度,不同溫度下的針入度反映了不同溫度下瀝青呈現的流動和變形性能,該性能與瀝青的路用性能有較強的相關性[11-14]。本次針入度試驗采用5℃、15℃、25℃三種試驗溫度,通過3種溫度下的針入度數據對稀漿封層養護措施下瀝青的流動性能進行評價。

對G109路段采取稀漿封層措施與未采取養護措施的表面層抽提得到的瀝青和底面層抽提得到的瀝青分別進行3種溫度下的針入度試驗,結果如表1所示。

對G110路段采取稀漿封層措施與未采取養護措施的表面層抽提得到的瀝青、中面層抽提得到的瀝青和底面抽提得到的瀝青分別進行3種溫度下的針入度試驗,結果見表2。

由表1、2可以看到,5℃、15℃、25℃三種溫度下,G109實施稀漿封層的表面層和底面層的瀝青試樣針入度以及G110實施稀漿封層的表面層、中面層和底面層的瀝青試樣針入度均比未養護路段各層的瀝青試樣針入度高,即瀝青的流動性高。

表1 G109瀝青針入度試驗結果

對于寒冷地區,瀝青路面的破壞形式以低溫開裂為主[15-16]。在實施養護前,對G109張家口地區部分路段的下行方向和G110張家口地區部分路段的下行方向進行病害調查,調查情況見表3、4。

表2 G110瀝青針入度的試驗結果

表3 G109 K237+930~K267+000段下行方向病害

表4 G110 K207+120~K214+715段下行方向病害

由病害數據可以看到:G109線K237+930~ K267+000段下行方向的主要病害為塊狀裂縫,其次是龜裂和橫向裂縫;G110線K207+120~K214+ 715段下行方向病害以橫向裂縫為主,其次為龜裂、縱向裂縫和塊狀裂縫。G109和G110的病害均以橫向裂縫、塊狀裂縫或龜裂為主,主要原因是寒冷地區路面發生低溫收縮。寒冷地區路面瀝青選材時,應優先選用高標號的瀝青[17],這樣更有利于提高路面的低溫性能。由針入度試驗數據發現,稀漿封層技術可以有效提高瀝青的流動性,減少瀝青路面的低溫收縮。

2.2 延度試驗分析

延度作為評價瀝青低溫性能的指標,具有測試方法簡單、直觀等優點,一直為眾多國家所采用[18]。許多試驗結果表明,延度與路面低溫開裂有不同程度的相關性,10℃延度可以評價瀝青混合料的低溫性能,反映瀝青混合料的低溫抗裂性。

本文對G109路段采取稀漿封層措施與未采取養護措施的表面層抽提得到的瀝青和底面層抽提得到的瀝青分別進行10℃延度試驗,結果見表5。

表5 G109瀝青延度試驗結果

本文對G110路段采取稀漿封層措施與未采取養護措施的表面層抽提得到的瀝青、中面層抽提得到的瀝青和底面層抽提得到的瀝青分別進行10℃延度試驗,結果見表6。

表6 G110瀝青延度試驗結果

由表5、6可以看到,G109實施稀漿封層的表面層和底面層的瀝青試樣延度以及G110實施稀漿封層的表面層、中面層和底面層的瀝青試樣延度均較高,而同一層次未養護路段瀝青試樣的延度值較低,故同一層位稀漿封層路段的瀝青試樣低溫性能好。另外,從試驗數據可以看到,同一層位稀漿封層路段的延度與未養護路段相差很大,所以稀漿封層可以有效地保護瀝青的低溫性能。

2.3 軟化點試驗分析

本文對G109路段采取稀漿封層措施與未采取養護措施的表面層抽提得到的瀝青和底面層抽提得到的瀝青分別進行軟化點試驗,結果見表7。

對G110路段采取稀漿封層措施與未采取養護措施的表面層抽提得到的瀝青、中面層抽提得到的瀝青和底面層抽提得到的瀝青分別進行軟化點試驗,結果見表8。

表7 G109瀝青軟化點的試驗結果

由表7、8可以看到,G109實施稀漿封層的表面層和底面層的瀝青試樣軟化點以及G110實施稀漿封層的表面層、中面層和底面層的瀝青試樣的軟化點均比未養護路段各層的瀝青試樣軟化點低,表明稀漿封層路面瀝青的高溫性能不如未養護路面。

表8 G110瀝青軟化點的試驗結果

2.4 稀漿封層技術對瀝青材料性能的影響分析

通過以上針入度、延度、軟化點的試驗數據可以看到,路面面層同一層位稀漿封層路段的瀝青試樣比未養護路段瀝青試樣針入度高、軟化點低,表明稀漿封層路段瀝青的低溫性能高于未養護路段,高溫性能卻低于未養護路段。但考慮到研究地區為寒冷地區,瀝青主要體現為低溫性能,所以實施稀漿封層技術后可以緩解瀝青路面低溫損害,比較符合寒冷地區路面病害的情況。因此本文認為稀漿封層技術可以有效改善寒冷地區瀝青路面的性能。

3 結 語

(1)本文對張家口地區G109和G110道路同一路段實施稀漿封層技術和未實施稀漿封層技術的路面面層取樣,在實驗室內將實施稀漿封層路面的養護層去掉,對剩下的面層各層次和未實施稀漿封層養護的路面面層各層次分別進行分層,并烘軟碾碎進行瀝青抽提試驗,測定各層瀝青的針入度、延度及軟化點,從瀝青材料性能的角度對寒冷地區稀漿封層技術進行了研究分析。

(2)分析測得的針入度、延度及軟化點數據表明,實施稀漿封層的路面面層各層次的針入度和延度均比未實施稀漿封層的路面面層各層次高,稀漿封層技術可以有效緩解瀝青路面低溫病害的發生,比較符合寒冷地區路面病害的情況。

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[責任編輯:王玉玲]

Improvement of Asphalt Material by Asphalt Pavement Slurry Seal Technology in Cold Areas

FAN Xu-ying1,XIE Jun1,GAO Feng-chun1,AN Hong-jun2
(1.School of Civil Engineering,Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075000,Hebei,China; 2.Highway Administration of Zhangjiakou City,Zhangjiakou 075000,Hebei,China)

In order to evaluate the improvement effect of the slurry seal technology on the asphalt pavement in cold areas,sampling was conducted on both the surface course that had been treated with slurry seal and other part of the same section that had not.In the laboratory,the curing layer of the slurry seal treated pavement was removed,and the remainder was broken down along with the sample collected from the part that did not apply slurry seal technology.The asphalt mixtures from different courses were dried and crushed,and asphalt extraction test was conducted to determine the penetration,ductility and softening point.The results show that for asphalt pavement in cold areas,the slurry seal technology can effectively slow down the occurrence of disease caused by low temperature.

road engineering;slurry seal;asphalt extraction;disease caused by low temperature

U418.6

B

1000-033X(2017)06-0070-04

2016-12-19

河北省交通運輸廳科技計劃項目(Y-2014037);河北省科技廳應用基礎研究計劃項目(15967619D)

樊旭英(1982-),女,河北張家口人,碩士研究生,講師,研究方向為路面使用性能評定。