高速公路路面修补工程中热拌沥青混凝土的性能分析

文 立

(1.广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001；2.南宁市筑路技术与筑路材料工程技术研究中心，广西 南宁 530001)

0 引言

世界各国目前普遍面临资源短缺与能源匮乏的现象，因此地球村“可持续发展”的?厳念逐渐受到重视。由于国内废弃物数量日渐增加，而公共工程必需的砂石短缺问题却相当严重。因此，寻找可行性的替代粒料及开发适宜的人造粒料已具有迫切性与前瞻性。本研究系通过纯水泥浆及二灰水泥浆包裹破碎型轻质骨材，简称“裹浆粒料”，然后采用裹浆粒料，以改善沥青混凝土中粒料的强度及耐久性，并解决天然砂石逐渐枯竭的窘境，再借由水泥沥青胶浆作为粘结料与裹浆粒料拌制成热拌沥青混凝土，除具有节约能源及减少粉尘公害等优点外，尚可提升施工效率及路面质量。

1 工程概况及现场规划布置

柳南高速公路是国家高速公路网G72(泉南高速公路)的一部分，全程225 km，分两段通车：柳州至王灵全程136 km，1998-12-08通车；王灵至南宁三岸全程89 km，1999-10-01通车。2016年7月，柳南高速公路南宁那容至三岸段移交南宁市政府，后改造为城市快速路。

在改造过程中，由于原路面已凹凸不平，故考虑在改造过程中，同步加铺路面，这是广西高速公路史上第一次对高速公路大规模改扩建，将水泥路改造成沥青路。此次铺设沥青分为三层，最下面一层沥青主要功能是粘合水泥路面，防止水泥路面变形，与原有的水泥路面牢牢结合；中间层沥青主要是抗压层，主要承担行车的重量，可以防止沥青路面出现车辙；最上面一层则是热拌沥青，这种沥青因为直接与车轮接触，必须耐磨、噪音小、柔软而不失坚固。但由于道路等级提高，路面粘结料的选取及路面热拌沥青的拌和比例就极为重要。通过咨询多家本地科研团队后，决定经由现场试验段试验，评估试验效果后，找出适合本地区热拌沥青的制作工艺[1]。

2 试验材料及配比方法

2.1 试验材料

(1)粘结料：本研究采用以下两种粘结料。

①水泥沥青胶浆：水泥沥青胶浆为热拌沥青混凝土的粘结料，系由阳离子乳化沥青、水泥及界面活性剂等材料拌和而成。本研究所采用的水泥沥青比为1.2，界面活性剂添加量为3%。

②改性沥青：改性沥青为热拌沥青混凝土的粘结料，系由本地企业提供，材料性质符合规范相关的要求。

(2)粒料：粗粒料采用天然碎石、破碎型轻质骨材及裹浆轻质骨材，细粒料则采用天然砂。

(3)裹浆材料：本研究系通过纯水泥浆、飞灰水泥浆及炉石水泥浆作为裹浆材料，以系统化设计掌握最佳的裹浆质与适当的裹浆量。

2.2 沥青混凝土配比设计方法

本研究同步探讨裹浆材料种类对含轻质骨材裹浆粒料的密级配(DGAC)、多孔隙(PA)及石胶泥(SMA)等柔性及半刚性路面的路面效果。轻质骨材裹浆粒料以体积方式置换部分与全部天然粗粒料并进行比较。研究中使用马歇尔配合设计法，以求取沥青混凝土路面试体的最佳粘结料含量，其中密级配沥青混凝土及石胶泥沥青混凝土设计空隙率为4±1%，多孔隙沥青混凝土设计孔隙率则为20±1%。

3 试验方案

3.1 试验组别配置

本次试验主要探讨裹浆粒料颗粒性质、裹浆粒料组构型式及粘结材料种类等三方面对沥青混凝土路面效果的影响[2]。本研究从改变粒料表面微观结构着手，以粒料比表面积为基础变换不同裹浆厚度，探讨不同浆体材料的裹浆粒料物化性质差异。采用最佳裹浆的质与最适裹浆的量包裹轻质骨材(简称裹浆粒料)，以提升其粒料基本性质，期望能进一步提升其路面效果。其中以改性沥青Ⅲ型(PMA)与水泥沥青胶浆(CAP)作为粘结料，依各路面型式的配合设计法求得最佳粘结料含量，然后进行沥青混凝土的重要性质试验，评估裹浆材料种类对轻质骨材裹浆粒料应用于各种沥青混凝土的路面效果。

3.2 路面效果试验项目

(1)马歇尔稳定值试验

依据ASTM D1559规范进行马歇尔稳定值试验，其目的是评估沥青混凝土中粒料与沥青胶泥间的粘结能力与抗?厱动能力。

(2)间接张力强度试验

依据ASTM D4123规范进行试验，此为量测沥青混凝土张力强度的主要方法，亦称圆柱劈裂试验。试体于试验前分别置于40 ℃的恒温烘箱内养护24 h后进行测试。

(3)磨耗试验

依据日本道路铺装协会的规范进行试验，其目的是评估沥青混凝土在车辆轮压及摩擦作用下粒料松散的潜能。

(4)浸水剥脱试验

依据AASHTO T283方法进行试验，主要用以评估各种级配在水分侵入路面后，沥青混凝土抵抗水分侵害的能力。

4 试验结果分析

4.1 马歇尔稳定值试验结果

路面型式方面结果显示(见图1)：无论是纯水泥浆裹浆粒料、飞灰水泥浆裹浆粒料还是炉石水泥浆裹浆粒料，都是在密级配情况下的稳定值最高。粒料方面结果显示，在密级配热拌沥青路面型式时，其稳定性从高到低排列为：炉石水泥浆裹浆粒料>飞灰水泥浆裹浆粒料>纯水泥浆裹浆粒料，并随着取代量提高稳定值。本试验所采用的炉石为水淬炉石，本身具有非定型不完全结晶的铝质与硅质材料而产生胶体。

4.2 间接张力强度试验结果

试验时分别将各组试件放入于恒温烘箱25 ℃及40 ℃中养护24 h，再进行间接张力强度试验。根据图2可知，在路面型式上，热拌沥青混凝土在40 ℃表现的间接张力强度较低。沥青混凝土的间接张力强度随着裹浆粒料取代量的增加而降低。主因系为堆积时，粒料间孔隙率随着裹浆粒料取代量的增加而递减，由于试体孔隙率为20%，裹浆粒料取代量越高的试体所能添加的沥青粘结材料及细粒料势必越少，因此间接张力也越低[3]。

(a)纯水泥浆裹浆粒料

(a)纯水泥浆裹浆粒料

根据图3可知，裹浆粒料取代量高组的热拌沥青混凝土在40 ℃表现的间接张力强度较25 ℃的间接张力强度低；裹浆粒料取代量低组的热拌沥青混凝土在40 ℃表现的间接张力强度较25 ℃时的间接张力强度高。沥青混凝土的间接张力强度随着裹浆粒料取代量增加而降低，主因系为堆积时，粒料间孔隙率随着裹浆粒料取代量增加而递减，由于试体孔隙率为20%，裹浆粒料取代量越高的试体所能添加的沥青粘结材及细粒料势必越少，因此间接张力也越低。故沥青混凝土在裹浆粒料取代量增加时，沥青胶泥较少，间接张力较低；石胶泥沥青混凝土则由于系使用CAP拌和而成，相对控制组时的浆体更有强化效果，具有良好的抵抗变形能力。粒料方面可看出，力学性质上使用二灰质的裹浆粒料明显优于裹纯水泥浆裹浆粒料，其中裹炉石粉裹浆粒料最佳[4]。

(a)纯水泥浆裹浆粒料

4.3 浸水剥脱试验结果

根据试验结果可知(见图4)，裹浆粒料取代比例越高，TSR值越高，裹浆粒料取代比高组的TSR值皆高于裹浆粒料取代比低组。此试验经过冻融使水分积存骨材内，更进一步探讨水分在裹浆层里的情形。在路面型式上，密级配路面及多孔隙路面的TSR值较低，系因为沥青含量亦较石胶泥路面少，水分确实造成其剥脱，但裹浆粒料亦发挥粘结功效。与天然粒料相比，裹浆粒料具有减少剥脱的耐久性效果，其中以飞灰水泥浆裹浆粒料为最佳。

(a)纯水泥浆裹浆粒料

5 结语

本文对柳南高速公路路面加铺情况进行了分析，并结合实际情况提出了几种路面修补的材料方案，并通过现场试验采集数据进行对比分析，得到如下结论：

(1)密级配组随着裹浆粒料取代量增加而提高马歇尔稳定值，而炉石水泥浆裹浆粒料取代的热拌沥青混凝土为最强。故总结可知，用炉石水泥浆裹浆粒料取代的试块，其马歇尔稳定值为最佳。

(2)沥青混凝土的间接张力强度随着裹浆粒料取代量增加而降低，故沥青混凝土在裹浆粒料取代量增加时，沥青胶泥较少，间接张力较低。石胶泥沥青混凝土则由于系使用CAP拌和而成，相对控制组时的浆体更有强化效果，具有良好的抵抗变形能力。从粒料方面可看出，力学性质上使用二灰质的裹浆粒料明显优于裹纯水泥浆裹浆粒料，其中裹炉石粉裹浆粒料为最佳。

(3)DGAC及SMA的磨耗率会随着裹浆粒料取代量增加而提升，系因为粗粒料的轻质骨材裹浆粒料比重本身较细粒料轻。粒料方面裹飞灰浆为最佳，其次为裹炉石浆，主要原因为二灰水泥浆比重较低且裹浆粒料经过28 d养护，试体本身较轻，强度足够，故其磨耗率小于纯水泥浆裹浆粒料试体。

(4)浸水剥脱方面，裹浆粒料取代比例越高TSR值越高。与天然粒料相比，裹浆粒料具有减少剥脱的效果，其中以飞灰水泥浆裹浆粒料为最佳。