浅谈冷铺沥青在道路养护中的应用

周汝成

(衡水衡通公路工程监理咨询有限公司)

1 前 言

沥青路面在长期的使用过程中,会出现松散、坑洞、剥落等病害。路面病害不仅降低了路面的服务能力,而且主要影响道路正常交通,在高速道路上的坑洞甚至可能引发交通事故。因此对于路面出现的坑洞、破损需要及时加以修补。

目前,修补路面坑洞大都采用热拌沥青混合料,它对于地点集中,工程量较大的路面维修是可行的,但对于地点分散,工程量小的路面维修,不仅因数量太少而沥青拌和厂难以生产,而且施工单位对热沥青混合料的保温和修补操作也感到不便,特别在冬季和雨水较多的春季,因此道路养护部门十分需要一种能够随时可以用于路面修补的材料。

路面修补用的沥青混合料不同于普通热拌沥青混合料,它是事先将沥青混合料预拌好,用袋装好储存起来,当发现路面上出现坑洞时,随时运到现场,进行路面修补。由于平时储存在仓库内,使用时在常温下进行摊铺和压实,因而将这种材料称之为储存式冷铺沥青混合料。

近年来,许多外国企业看好我国广阔市场,纷纷来华推销他们的冷铺材料,但外商的冷铺料大多价格昂贵,用户难以承受,除少量使用外,无法在工程中大量使用。因此积极开展储存式冷铺沥青混合料配制技术的研究,开发我们自己的价廉物美产品是非常必要的。

2 冷铺沥青材料的特点

(1)这种混合料存放在密闭的袋内,可储存几个月,甚至更长的时间,都能保持良好的疏松状态而不结成团块,即使结成团块,经拍打就能散开。

(2)混合料在路面坑洞中摊铺后,经过压实即能粘结成型而不松散,这就要求混合料具有良好的粘结性能和压实性。

正是由于冷铺沥青混合料具备这样的特性,因而所铺路面具有以下优点。

①路面在行车作用下会逐渐压实,强度慢慢提高。如果在路面修补时,未能使用碾压设备,路面在使用过程中经行车碾压会逐渐密实。

②由于在常温下施工,且使用简单工具即可进行坑洞修补,操作颇为方便。

③冷铺沥青混合料预先在工厂生产并储存起来,随时可供使用,因而适合常年路面坑洞修补,或供路面开挖埋设管线后恢复路面使用。

经过碾压成型的冷铺沥青路面,具有与热铺沥青路面基本一样的使用性能,且冷铺沥青路面不易出现温度收缩裂缝。

3 冷铺沥青混合料配制原理与方法

冷铺沥青混合料必须具有良好的疏松性和压实性,而这两者既相矛盾又统一,这是冷铺沥青混合料配制技术的难点,但又是配制技术的关键和依据。试验研究表明,影响冷铺沥青材料的性能主要有以下因素。

3.1 沥青的粘度

沥青在混合料中起着粘结松散集料成为整体的作用。根据粘附理论,沥青要粘附在集料表面,充分而必要的条件是能够浸润集料表面,为此沥青必须具有一定的流动性以易于铺展。液体沥青在不很高的温度下已成流动液体,有利于浸润集料表面。当温度降至常温时,粘度增大,内聚力也增大,于其他物体粘结性降低,使所拌混合料易于分散;但由于其表面仍存在微弱的粘结性,当在外力作用下使它们紧密接触时,则又会形成粘结而成为整体。同时在低温下沥青又不致粘度过大而使混合料无法操作,因此必须使用液体沥青,但其轻质油分应不致挥发过快。

根据研究,液体沥青应属于一种中凝或慢凝的液体沥青,而且其粘度宜控制在 1～10Pa·s范围内。

3.2 沥青用量

当沥青用量较多时,集料表面沥青膜较厚,自由沥青较多,相互之间容易粘结,混合料易结块成团,结团后也不易打散。当沥青用量较少时,不足以充分裹覆集料表面,沥青与集料之间形成弱界面,虽混合料有较好的疏松性,但集料颗粒之间粘结性差,碾压不能使混合料形成整体,路面容易出现松散。因此,冷铺沥青混合料有一适宜的沥青用量,但不能用常规马歇尔试验方法确定。根据试验资料归纳适宜的结合料用量可按以下经验公式估算

式中:P为冷铺沥青混合料结合料用量,%;a为大于2.36mm颗粒重量百分率,%;b为0.3～2.36mm颗粒重量百分率,%;c为0.075～0.3mm颗粒重量百分率,%;d为小于0.075mm颗粒重量百分率,%。

3.3 沥青中的添加剂

(1)改性剂。经过试验比较,在沥青中添加树脂改性剂,有利于提高混合料的粘结性,改善储存性,尤其是改善混合料使用初期的稳定性。

(2)增水剂。在沥青中添加增水剂,有利于混合料抵抗雨水的侵蚀,并使得能在潮湿状态下紧急修补使用。

(3)催干剂。在某些国外文献中有介绍在沥青中添加催干剂,如亚硫酸盐废液(Sulphitewasteliquor)、环烷酸皂(Naphthenatesoap)等,以便使混合料颗粒表面的沥青膜适当地干燥,降低粘结性,保持混合料的疏松性。使用催干剂必须经过细致的选择和反复的试验,使用不当反而影响其粘结性。

3.4 集料级配与矿粉用量

冷铺材料是用于路面修补的材料,需要广泛的适应性,既可用于修补浅的坑洞,又可用于修补深的坑洞,为此最好有较粗和较细两种不同粒径的混合料,但养护部门只愿意使用一种规格的材料,同时较粗粒径又易造成掉粒,所以冷铺材料宜设计成一种较细级配的混合料。

为提高混合料的承载能力和表面粗糙度,其集料宜设计成近似 SMA以能形成骨架结构的级配,但矿粉用量控制在1%～3%范围内,这样有利于提高混合料疏松性和强度。

所用集料由 3～5mm和 0～3mm碎石材料配合而成,其中 3～5mm碎石应采用硬质岩石轧制而成,具有良好的棱角性。

4 冷铺沥青混合料技术要求

冷铺沥青材料作为路面修补材料,需要满足一定的技术要求以判断其性质,但不能按热拌沥青混合料的概念来进行评定。

4.1 疏松性与压实性

如何评定冷铺混合料的疏松性和压实性,国际上大都采用经验判断的方法。我们借鉴工地现场检验土壤最佳含水量的简便方法,即用手将混合料捏紧,松开手混合料能成团,则表明混合料可压实成型而不松散;将成团的混合料拍一下,混合料就能散开,则表明混合料疏松性良好,方法简单而解决问题。

4.2 初始强度

冷铺混合料在压实后需要达到一定强度,以承受车轮荷载。由于马歇尔试验方便,故以稳定度评定其初始强度。取冷铺混合料 1000g,在常温下正反面各锤击 75次,脱模后在常温下测定马歇尔稳定度。

4.3 残留稳定度

储存性冷铺沥青混合料压实后,初始空隙率大,抗水性差,因此需要检验其水稳性。将常温下成型的马歇尔试件浸泡在水中一昼夜,测试浸水后的稳定度Sw,该稳定度 Sw与原稳定度So之比值K=Sw·So,作为评定混合料的水稳性。

4.4 低温粘结性

为检验混合料在冬季低温下的粘结性能,将混合料装入塑料袋内,然后放在 -10℃的冰箱内冷冻 4h以上,取出后将 1000g样品立即装入试模,每面锤击 150次,观察是否能粘结成型,在常温下测试马歇尔稳定度,其值要求大于1.5kN。

5 冷铺沥青混合料生产与应用

5.1 冷铺混合料现场生产

先配制改性稀释沥青结合料,采用重交通道路沥青、树脂、石油溶剂、添加剂配合而成,其粘度分别调配成适合于冬春季节和夏秋季节两种。

集料采用0～3mm和356mm两种集料进行配合,结合料用量先按上述经验公式计算,然后根据试拌情况加以调整。

混合料在 60～80℃的温度下进行拌和,出料后采取措施令其快速冷却,然后装袋储存。取现场生产的冷铺沥青混合料,在室内进行试验,检验疏松性与压实性良好。

5.2 冷铺混合料现场应用

2000年3月生产的冷铺沥青混合料,经过3个月的储存后于 6月进行实地使用。在经历了夏季 36～37℃的高温和3次台风暴雨的袭击,又经历了冬季低温考验,修补路面保持良好状态,没有脱粒、松散等现象。在施工时,为模拟雨天施工,还曾特地带水作业,以考验这种材料的抗水性,至今路面未发现脱粒、松散现象,说明材料具有较好的抗水性。现在,这种冷铺材料已逐渐在城市道路和郊区公路上得到应用,其效果与国外同类产品相比毫不逊色。

6 成本经济比较

配制储存式冷铺沥青混合料,在材料配方上与热拌沥青混合料有所区别,成本相对较高,同时由于冷铺沥青材料生产量很少,管理、包装要求较高,也使成本有所提高。粗略测算,这种冷铺材料可能的价格大概是热拌沥青混合料的2～3倍左右,这样生产厂家能既有利可图,而养路部门又能承受。同国外经销的冷铺材料相比,因国外产品经远距离运输、加收关税和高额利润,价格差不多为热拌料的 10～20倍。由此可见,所开发的产品性能既好,成本又低,故具有良好的应用前景。