微表处沥青混合料稠度影响关键因素分析及验证

谢福荣

(广东能达高等级公路维护有限公司， 广东 广州 510030)

微表处是一种常见路面病害处治方式。微表处对材料、施工等要求较高，其中对混合料配比的要求更高，需通过试验确定最佳配比组合。受施工工艺及材料性能的影响，微表处施工质量的变异性较大，常出现脱皮、泛油等病害。如微表处混合料含水率较大时，容易导致细集料上浮，从而影响摊铺层的结构，导致摊铺不均等现象；油石比过小会导致路面和新铺层的黏结力不足，过大则造成泛油等现象；级配过细会导致路面抗滑构造小，过大则会产生较大噪音。目前，微表处施工中对材料含水率、油石比、级配组成的控制较为滞后，一般是将现场材料取回到实验室进行试验研究，会延误微表处现场施工质量控制。沥青混合料的稠度是微表处沥青混合料性能的关键指标，常用坍落度表征，沥青混合料的含水量、油石比、级配粗细程度等均会影响坍落度。 由于不同地区材料的差异，材料占比对沥青混合料稠度的影响存在差异。该文采用广东揭普惠路面微表处沥青混合料进行稠度分析，以含水量、油石比、级配为变量进行试验，确定最重要影响因素，同时结合稠度曲线对含水量、沥青含量进行反算，检验试验结果的可靠性。

1 原材料

(1) 集料。粗、细集料分别选用5～10 mm英安岩碎石、0～5 mm石灰岩机制砂，其各项性能指标均满足相关规范的要求。

(2) 沥青。采用BCR型改性乳化沥青，其技术指标见表1，均满足要求。

表1 BCR型改性沥青的技术指标

(3) 级配。为分析级配对沥青混合料稠度的影响，结合项目施工现场检测数据及设计配比提出5种配比设计(见图1)，其中级配5为设计级配。设计其他4种级配时，主要对筛孔2.36、0.075 mm的通过率进行调整,如级配1、级配2改变粉胶比例，级配3、级配4改变混合料粗细程度。

图1 5种配比设计结果

2 微表处沥青混合料稠度影响因素研究

2.1 试验设置

将沥青混合料含水量、油石比、级配作为变量进行试验，试验中控制单一变量变化，研究不同变量变化对沥青混合料稠度的影响。试验变量设置见表2。

表2 试验变量设置

试验时，保持3个变量中的2个变量不变，进行另外1个变量变化下稠度试验。试验严格按JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行。最后进行各因素变量的显著性分析，确定影响最大的因素。

2.2 水的影响

不同含水量下5种级配沥青混合料的稠度试验结果见图2～6。

由图2～6可知：不同油石比下，随着含水量的增大，不同级配沥青混合料的稠度呈现相同的增大趋势，但不同级配下含水量的影响程度有差异。同一级配下，如级配5(设计级配)，随含水量增大，沥青混合料的稠度逐渐增大，16.3%含水量、8.2%油石比下的稠度达到2.1，而8.3%含水量下稠度为零。混合料的含水量显著影响沥青混合料的稠度。

图2 级配1下含水量变化对稠度的影响

图3 级配2下含水量变化对稠度的影响

图4 级配3下含水量变化对稠度的影响

图5 级配4下含水量变化对稠度的影响

图6 级配5下含水量变化对稠度的影响

2.3 油石比及级配的影响

含水量取12.3%、16.3%。不同油石比下不同级配沥青混合料的稠度试验结果见图7、图8。

由图7、图8可知：同一含水量下，油石比不同，沥青混合料的稠度也不同，随着油石比的增大，沥青混合料的稠度逐渐增大。但不同级配、同一含水量下的稠度受油石比的影响有差异。根据图2～6，含水量为8.3%时，混合料的稠度为零，不受油石比和级配的影响，此时含水量对沥青混合料稠度的影响较显著。含水量及油石比保持不变时，不同级配下混合料稠度也不同，级配2的稠度最大；级配5的稠度处于中间水平；级配3、级配4对0.075 mm筛孔通过率进行了调整，两种级配下级配粗细程度不一致，在很大程度上影响了两种级配的稠度。尽管级配2展现了最好的和易性，但结合项目特点，选用级配5也可满足路面性能要求。

图7 12.3%含水量时不同油石比下不同级配沥青混合料的稠度

图8 16.3%含水量时不同油石比下不同级配沥青混合料的稠度

2.4 各变量的显著性分析

根据上述分析，随着微表处混合料含水量、油石比、级配的增大，沥青混合料的稠度增大。为识别稠度的主要影响因素，进行正交试验，分析3种因素影响混合料稠度的程度。各因素的显著性分析结果见表3。

由表3可知：3种因素对混合料稠度的影响程度由大到小为含水量、油石比、级配。25组混合料的稠度均小于7，在实验仪器的上限内。虽然稠度越大混合料的流动性越好，但流动性过大的混合料含水量过多，于混合料不利。含水量关乎混合料的和易性，但并非越大越有利于施工，需结合设计选取。从施工角度，宜采用级配5，油石比取6.4%，含水量为10.3%。

表3 不同含水量、油石比、级配下沥青混合料稠度正交试验结果

3 工程应用验证

收集揭普惠路面微表处施工中所用混合料的相关数据，配合室内抽提试验验证稠度试验的可靠性。

(1) 施工现场稠度试验。采集摊铺前各分段的混合料，检验其级配是否满足设计级配的要求。5个标段的混合料级配检测结果表明其混合料级配均满足设计要求。进而采集摊铺过程中的混合料，进行混合料现场稠度试验，记录各标段混合料的稠度。根据图2～6中曲线预判稠度对应的混合料含水量。将做完稠度试验的混合料称重后装入密封容器中，作为后续抽提试验样品。

(2) 室内抽提试验。采集各标段的沥青混合料，在恒温的烘烤箱中充分烘烤，然后测量烘烤前后质量差值，即混合料的含水量差值。将已烘烤的混合料置入燃烧抽提设备中进行沥青抽提，获得沥青质量，计算油石比。

(3) 含水量与油石比的预判值及实测值对比。对5个标段的微表处沥青混合料进行现场稠度试验、室内抽提试验，结果见表4。

由表4可知：M2-M1的值较小，均不高于2%，说明室内实测含水量与预判含水量较接近；油石比实测值与预判油石比的差值不超过0.2%，两者相当。可见，根据微表处混合料的稠度值预判混合料的含水量和油石比可行。

表4 不同标段微表处沥青混合料含水量及油石比预判值与室内实测值

4 结论

(1) 含水量、油石比和级配均影响微表处沥青混合料的稠度，随着含水量和油石比的增大，在保持单一变量的情况下，混合料的稠度也增大，但增大程度有差异。随着级配逐渐变粗，混合料的稠度逐渐增大。

(2) 含水量相对于油石比、级配更能影响混合料的稠度，其次是油石比，水量低于8.3%时，在油石比及级配变化的情况下混合料的稠度仍为零。含水量关乎混合料的和易性，但并非越大越有利于施工，需结合设计选取。

(3) 可根据微表处混合料的稠度曲线对混合料的含水量和油石比进行预判。