沥青路面材料新技术的发展和应用

2010-08-20李志杰

山西建筑 2010年5期

李志杰

随着人们对环境保护和行车舒适性的要求以及沥青混合料再生技术的不断成熟,沥青混合料的研究已经成为了交通行业材料学科的最主要课题。各种研究机构呈现出了百家争鸣的局面,这也为沥青混合料的应用创造了更为广阔的空间。但是,由于受到材料、施工水平以及检测设备的限制,当前我国的沥青混合料路面还处在一个不断成熟的阶段,主要表现在以下几个方面。

1 沥青混合料研究体系有待发展

我国现行规范所采用的马歇尔体系基于刚性击实成型试验件,而且以各类体积指标来间接反映路面材料的各种性能,马歇尔稳定度和流值与沥青路面材料在实际使用中的应力应变情况也有着很大的区别。这就落后于国外所使用的旋转压实机具及其应力应变评价方式。具体的说,如果我们以马氏法做出了空隙率为4%的试验配合比,而且在施工过程中也能达到这个压实标准,但在路面日后的使用过程中随着轮胎反复的柔性碾压空隙率就会进一步减小为2%,这样就会造成压密型车辙。

现在国际上常用的沥青混合料配合比设计体系有Superpave和GTM。1)Superpave是一个商标名。商标的拥有者是美国各州公路与运输官员协会(AA SHTO),但Superpave不仅仅是热拌沥青路面的一个新的名称,还包括三样东西:建立在性能基础上的沥青胶结料规范、混合料设计体系和性能预测体系。性能规范和混合料设计体系已为我国广大公路工作者熟知,而性能预测体系,由于SHRP完成时一方面由于预测模型不够完善,另一方面缺乏足够的现场验证,所以没有列入正式推广中,通过这几年的研究,同时结合AA SHTO2002路面规范的修订以及路面长期性能(LTPP)试验路的验证,最终完成了整个体系,这样从材料选择、混合料设计和路面结构设计连成了整体,可以保证优良的路面性能。2)GTM就是美国工程兵旋转压实剪切试验机,配合比设计理论就建立在这个试验设备上,其最终的配合比主要由应变比GSI、抗剪安全系数GSF和密度3个指标控制,其受力简图见图1。

在实际使用过程当中,GTM以真实发生的应变和应力作为确定混合料配合比的方式,可以直接有效地反映出路面材料在使用过程中的受力特征,由于其成型方式几乎使混合料能达到最终空隙率,所以其油石比较马歇尔要小得多,且抗车辙能力比较高。但是它的发展受到了两个方面的限制:1)试验设备比较昂贵,无法在大多数的施工单位普及;2)对施工机械的要求比较高,很多机械设备无法达到与GTM相当的压实效果。

2 原材料与配合比设计存在一定的矛盾

随着沥青混合料配合比设计体系的不断进步,对原材料的要求越来越严格,表1,表2以级配为例说明了这一点。

很明显,GTM的级配范围要比马氏要求的范围窄一些。然而,很多地区的集料规格相当有限,要配制出Superpave和GTM都有一定的困难,这其中也包括在我国已经使用较为广泛的SMA。

表1 2004年公路沥青路面施工技术规范中对沥青混合料级配的规定

表2 GTM施工指南(河北省交通厅)对沥青混合料级配的规定

我国现行标准对原材料的各项指标做了非常详细的规定,我个人认为有几点应该特别重视:

1)对沥青混合料而言,施工温度是非常重要的,所以动力粘度(布氏粘度)作为粘温曲线的重要指标是很值得重视的。2)矿粉是沥青混合料最主要的填料,其细度决定了0.075筛孔的通过量。3)一定要选择干净的石灰岩质石屑,有条件的话要使用机制砂。4)细集料的棱角性和稳定度关系密切,是细集料的必检指标。

3 施工工艺还有待进一步的改进,SMA仍有较广阔的应用空间

SMA作为一种新型材料还有着很多方面的优点。由于其在级配上有着鲜明的特点,研究SMA主要集中在各个体积指标之上,VMA(矿料间隙率)、VCA(粗集料骨架间隙率)、VV(空隙率)。它们各自关系到SMA的结构特征,同时各指标之间又是相互联系的。表3是我在长珲公路施工时的一点总结。

表3 长珲公路08标段SMA-16三种级配的试验数据汇总表

从表3中看出,在同样油石比的情况下,不同级配随着 VMA的增加 VV也在不断的增加。必须找到一个合适级配,使得VMA＞17%(我国规定为16.5%),VV＜4%,这是 SMA设计的最主要步骤。VCAmix＜VCADRC就证明骨架没有被玛脂撑开,可以用来判定SMA能否形成真正的“石—石”结构。

SMA施工过程应注重:1)SMA是典型的间断级配,粗骨料热料仓(4号或5号仓)的用量是最多的,经常会出现不能供应连续生产的现象。与此同时,其他几个热料仓则由于用量较少等各方面的原因,出现溢料现象。所以,一定要合理选择振动筛,严格控制冷料仓进料比例。2)SMA对施工温度要求较高,要严格按照规范控制出料,摊铺和碾压的温度。3)SMA最常见的施工问题是油斑,原因是:a.纤维素质量不够,不足以分散和吸收沥青;b.细集料和矿粉用量不足,造成玛脂成分中沥青含量太多。