乳化沥青—CTB混合料在沥青路面大修的应用

马 骥

(甘肃省兰州公路局榆中公路段，甘肃 兰州 730000)

0 引言

水泥稳定碎石(CTB)是一种半刚性基层材料，普遍应用于我国的路面建设当中。但经过多年实践证明，水泥稳定类材料会因为水化放热及环境温、湿度的变化导致基层出现裂缝，最后在行车作用下导致路面的早期损害。

近年来，全周期寿命沥青路面的理念让国内外学者致力于将半刚性基层材料转变为半柔性基层材料的研究，其目的在于保持基层强度的同时，降低干缩、温缩应变，主要措施包括减少水泥剂量的同时改善级配、改变胶凝材料种类、添加增韧性有机聚合物等。无论是从经济方面还是效果方面考虑，作为添加剂，乳化沥青都具有极高的使用价值。侯彦明的研究指出不同级配及乳化沥青含量会影响混合料的干缩应变。黄琴龙通过Weibull分布建立了乳化沥青掺量与混合料疲劳寿命的预估模型，为工程实施材料选择作出参考。樊顺忠针对乳化沥青—稳定碎石基层的施工技术及控制要点进行了解释。

结合国内外学者的研究基础，本文依托甘肃某省三级路面大修工程，对乳化沥青水泥稳定碎石的性能、组成设计和工程应用展开研究，为半柔性基层材料的推广提供一定的借鉴。

1 原材料及配合比

1.1 原材料及集料级配

乳化沥青：采用阳离子慢裂型乳化沥青，按照JTG E20—2011对其技术指标进行试验，结果满足相关规范要求。

水泥：选用海螺牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，按照JTG 3420—2020对其技术指标进行试验，结果满足相关技术规范。

集料：采用石灰岩碎石。

1.2 集料级配

粗集料分为15 mm～25 mm，10 mm～15 mm，5 mm～10 mm三种规格，细集料为0 mm～5 mm，本文结合已有的工程应用经验，采用ATB-25混合料的嵌挤密实型结构级配，见表1。

表1 水泥稳定碎石混合料合成级配

1.3 混合料配合比

1)确定水泥掺量。

根据所选级配，采用1.5%，2%两种水泥掺量进行最佳水泥用量的确定，结果见图1，图2。

由图1，图2可知，当水泥的用量从2.0%减少到1.5%时，抗压强度降低了24%～33%，劈裂强度降低了9%～54%。水泥用量明显降低了材料的早期强度，若水泥用量过大，会引发早期干缩的可能性，基层材料会变得更容易开裂，综合考虑水泥用量为2%。

2)确定最佳外掺水量。

乳化沥青—水泥稳定碎石混合料中的水由两部分组成，分别是乳化沥青中所含的水分和外加水。在乳化沥青中水有着固定的掺入比例，可以通过外掺部分水使其达到最优含水率。参照JTG E51—2009的击实试验，选用五个含水量进行试验，得到水泥用量为2%时对应的最大干密度和外掺水量，数据见表2。

表2 外掺水量及最大干密度数据

3)确定最佳乳化沥青用量。

将不同乳化沥青含量的试件养生7 d，以60 ℃马歇尔稳定、15 ℃劈裂强度、无侧限抗压强度为指标判定最佳乳化沥青用量，试验结果见表3。

表3 不同乳化沥青用量的强度结果

由表3可知，加入水泥后，即使乳化沥青用量不同，混合料的稳定度均能满足技术要求，随着乳化沥青用量的增大，混合料的劈裂强度与抗压强度均先增加后减小，且在乳化沥青含量为4%时，出现峰值。这表明乳化沥青用量过大，反而会降低其强度。综合经济及性能要求，采用4%的乳化沥青为后续试验用量。

2 混合料路用性能

2.1 力学性能、水稳定性、低温抗裂性能

采用回弹模量试验、冻融劈裂试验、低温梁弯曲试验考察乳化沥青—水泥稳定碎石混合料的路用性能，试验结果见表4。

表4 混合料路用性能

由表4可知，混合料的路用性能可达到使用要求。

2.2 收缩性能

收缩应变是评价混合料是否产生裂缝的关键指标，对混合料进行24 d收缩应变试验，结果见图3。

由图3可知，与水泥稳定碎石混合料相比，乳化沥青—水泥稳定碎石混合料的收缩应变明显较低，表明半柔性基层材料的抗开裂性能优异。

3 工程应用

甘肃省某三级沥青路面使用年限较久，路面损坏程度较大，其中产生的横向裂缝病害最为严重，拟决定在大修过程中采用乳化沥青—水泥稳定碎石混合料作为基层材料，其主要施工顺序为：拌和→运输→摊铺→碾压→养生→开放交通。完工后对基层进行检验评价，数据见表5。

表5 半柔性基层检测数据

4 结语

通过对半柔性基层材料的研究并应用于沥青路面大修中，得到如下结论：

1)通过击实试验、劈裂强度试验及7 d无侧限抗压强度试验确定水泥用量为2%，外加水量3.0%，乳化沥青用量为4.0%。2)由回弹模量、冻融强度比、低温应变的试验结果可知，乳化沥青—水泥稳定碎石混合料满足目前公路对基层材料的要求。3)收缩应变试验的结果表明，乳化沥青—水泥稳定碎石混合料的抗早期开裂性能优于水泥稳定碎石混合料，将乳化沥青加入半刚性材料中使其成为半柔性材料是降低反射裂缝产生的措施之一。