微表處瀝青混合料稠度影響關鍵因素分析及驗證

謝福榮

(廣東能達高等級公路維護有限公司， 廣東 廣州 510030)

微表處是一種常見路面病害處治方式。微表處對材料、施工等要求較高，其中對混合料配比的要求更高，需通過試驗確定最佳配比組合。受施工工藝及材料性能的影響，微表處施工質量的變異性較大，常出現脫皮、泛油等病害。如微表處混合料含水率較大時，容易導致細集料上浮，從而影響攤鋪層的結構，導致攤鋪不均等現象；油石比過小會導致路面和新鋪層的黏結力不足，過大則造成泛油等現象；級配過細會導致路面抗滑構造小，過大則會產生較大噪音。目前，微表處施工中對材料含水率、油石比、級配組成的控制較為滯后，一般是將現場材料取回到實驗室進行試驗研究，會延誤微表處現場施工質量控制。瀝青混合料的稠度是微表處瀝青混合料性能的關鍵指標，常用坍落度表征，瀝青混合料的含水量、油石比、級配粗細程度等均會影響坍落度。 由于不同地區材料的差異，材料占比對瀝青混合料稠度的影響存在差異。該文采用廣東揭普惠路面微表處瀝青混合料進行稠度分析，以含水量、油石比、級配為變量進行試驗，確定最重要影響因素，同時結合稠度曲線對含水量、瀝青含量進行反算，檢驗試驗結果的可靠性。

1 原材料

(1) 集料。粗、細集料分別選用5～10 mm英安巖碎石、0～5 mm石灰巖機制砂，其各項性能指標均滿足相關規范的要求。

(2) 瀝青。采用BCR型改性乳化瀝青，其技術指標見表1，均滿足要求。

表1 BCR型改性瀝青的技術指標

(3) 級配。為分析級配對瀝青混合料稠度的影響，結合項目施工現場檢測數據及設計配比提出5種配比設計(見圖1)，其中級配5為設計級配。設計其他4種級配時，主要對篩孔2.36、0.075 mm的通過率進行調整,如級配1、級配2改變粉膠比例，級配3、級配4改變混合料粗細程度。

圖1 5種配比設計結果

2 微表處瀝青混合料稠度影響因素研究

2.1 試驗設置

將瀝青混合料含水量、油石比、級配作為變量進行試驗，試驗中控制單一變量變化，研究不同變量變化對瀝青混合料稠度的影響。試驗變量設置見表2。

表2 試驗變量設置

試驗時，保持3個變量中的2個變量不變，進行另外1個變量變化下稠度試驗。試驗嚴格按JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行。最后進行各因素變量的顯著性分析，確定影響最大的因素。

2.2 水的影響

不同含水量下5種級配瀝青混合料的稠度試驗結果見圖2～6。

由圖2～6可知：不同油石比下，隨著含水量的增大，不同級配瀝青混合料的稠度呈現相同的增大趨勢，但不同級配下含水量的影響程度有差異。同一級配下，如級配5(設計級配)，隨含水量增大，瀝青混合料的稠度逐漸增大，16.3%含水量、8.2%油石比下的稠度達到2.1，而8.3%含水量下稠度為零。混合料的含水量顯著影響瀝青混合料的稠度。

圖2 級配1下含水量變化對稠度的影響

圖3 級配2下含水量變化對稠度的影響

圖4 級配3下含水量變化對稠度的影響

圖5 級配4下含水量變化對稠度的影響

圖6 級配5下含水量變化對稠度的影響

2.3 油石比及級配的影響

含水量取12.3%、16.3%。不同油石比下不同級配瀝青混合料的稠度試驗結果見圖7、圖8。

由圖7、圖8可知：同一含水量下，油石比不同，瀝青混合料的稠度也不同，隨著油石比的增大，瀝青混合料的稠度逐漸增大。但不同級配、同一含水量下的稠度受油石比的影響有差異。根據圖2～6，含水量為8.3%時，混合料的稠度為零，不受油石比和級配的影響，此時含水量對瀝青混合料稠度的影響較顯著。含水量及油石比保持不變時，不同級配下混合料稠度也不同，級配2的稠度最大；級配5的稠度處于中間水平；級配3、級配4對0.075 mm篩孔通過率進行了調整，兩種級配下級配粗細程度不一致，在很大程度上影響了兩種級配的稠度。盡管級配2展現了最好的和易性，但結合項目特點，選用級配5也可滿足路面性能要求。

圖7 12.3%含水量時不同油石比下不同級配瀝青混合料的稠度

圖8 16.3%含水量時不同油石比下不同級配瀝青混合料的稠度

2.4 各變量的顯著性分析

根據上述分析，隨著微表處混合料含水量、油石比、級配的增大，瀝青混合料的稠度增大。為識別稠度的主要影響因素，進行正交試驗，分析3種因素影響混合料稠度的程度。各因素的顯著性分析結果見表3。

由表3可知：3種因素對混合料稠度的影響程度由大到小為含水量、油石比、級配。25組混合料的稠度均小于7，在實驗儀器的上限內。雖然稠度越大混合料的流動性越好，但流動性過大的混合料含水量過多，于混合料不利。含水量關乎混合料的和易性，但并非越大越有利于施工，需結合設計選取。從施工角度，宜采用級配5，油石比取6.4%，含水量為10.3%。

表3 不同含水量、油石比、級配下瀝青混合料稠度正交試驗結果

3 工程應用驗證

收集揭普惠路面微表處施工中所用混合料的相關數據，配合室內抽提試驗驗證稠度試驗的可靠性。

(1) 施工現場稠度試驗。采集攤鋪前各分段的混合料，檢驗其級配是否滿足設計級配的要求。5個標段的混合料級配檢測結果表明其混合料級配均滿足設計要求。進而采集攤鋪過程中的混合料，進行混合料現場稠度試驗，記錄各標段混合料的稠度。根據圖2～6中曲線預判稠度對應的混合料含水量。將做完稠度試驗的混合料稱重后裝入密封容器中，作為后續抽提試驗樣品。

(2) 室內抽提試驗。采集各標段的瀝青混合料，在恒溫的烘烤箱中充分烘烤，然后測量烘烤前后質量差值，即混合料的含水量差值。將已烘烤的混合料置入燃燒抽提設備中進行瀝青抽提，獲得瀝青質量，計算油石比。

(3) 含水量與油石比的預判值及實測值對比。對5個標段的微表處瀝青混合料進行現場稠度試驗、室內抽提試驗，結果見表4。

由表4可知：M2-M1的值較小，均不高于2%，說明室內實測含水量與預判含水量較接近；油石比實測值與預判油石比的差值不超過0.2%，兩者相當。可見，根據微表處混合料的稠度值預判混合料的含水量和油石比可行。

表4 不同標段微表處瀝青混合料含水量及油石比預判值與室內實測值

4 結論

(1) 含水量、油石比和級配均影響微表處瀝青混合料的稠度，隨著含水量和油石比的增大，在保持單一變量的情況下，混合料的稠度也增大，但增大程度有差異。隨著級配逐漸變粗，混合料的稠度逐漸增大。

(2) 含水量相對于油石比、級配更能影響混合料的稠度，其次是油石比，水量低于8.3%時，在油石比及級配變化的情況下混合料的稠度仍為零。含水量關乎混合料的和易性，但并非越大越有利于施工，需結合設計選取。

(3) 可根據微表處混合料的稠度曲線對混合料的含水量和油石比進行預判。