冷拌沥青混合料路用性能研究

2022-07-14孙建宇

交通世界 2022年18期

孙建宇

（张家口市地方铁路管理处，河北张家口 075000）

0 引言

在我国已建成的高等级公路中，沥青路面占据了总里程的近80%，由于其具有维修养护便捷、行车安全舒适、噪声小、扬尘少等优点，其在高等级公路总里程中的占比持续增加。虽铺筑好的沥青路面具有大量优点，但传统的热拌沥青混合料路面在铺筑过程中不仅产生废气、灰尘等影响人员健康的有害物质，还会造成大量的能源消耗，不符合国家提倡的节能环保的理念。鉴于此，越来越多的学者投身于冷拌冷铺沥青混合料的研究。冷拌沥青混合料作为一种新型材料，在新建道路面层铺筑以及路面养护中都可以发挥良好的性能，具有便于运输、储存、污染小、施工便捷等优点。

1 工程概况

某高速公路所在地区平均年降雨量在1 700mm 以上，由于年降雨量较大，沥青路面受到的水损害十分严重，出现了大量的剥落和坑槽等病害，亟待养护。通过实地调查和钻芯取样，确定该道路的道路路基样式见表1，路面结构为4cm AC-13+沥青上面层6cm AC-20 沥青上面层+8cm AC-25 沥青上面层+30cm 石灰稳定碎石基层+20cm二灰土底基层+10cm砂砾垫层。

表1 某高速公路路基样式单位：m

2 工程实例

2.1 冷拌沥青

在工程中实际应用中，冷拌沥青主要有两种类型，第一类为乳剂型冷拌沥青，包括乳化沥青、改性乳化沥青等；第二类为溶剂型冷拌沥青，主要是由黏稠沥青稀释得到。由于乳剂型沥青和稀释沥青中含有较多水分，容易对冷拌沥青混合料的性能造成不利影响[1]，因此，本文为避免上述不利条件对冷拌混合料性能带来负面效果，选用新型冷拌沥青——环氧沥青。

2.2 最佳配比的确定

环氧沥青成分包含环氧树脂、固化剂以及助剂和沥青，不同环氧体系与沥青的比例会直接影响环氧沥青的各项性能指标，故本项目以5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9 的比例进行环氧沥青的配制，并对配制好的环氧沥青进行室内拉拔试验，对比分析各配比下的环氧沥青性能，确定最佳配比，之后进行冷拌沥青混合料的拌和和施工[3]。

根据上文所述，配制五组不同比例的环氧沥青，所选用的环氧树脂和固化剂的各项性能指标如表2～表3。

表2 固化剂理化性能指标

表3 环氧树脂基本性能指标

根据表2～表3 可知，本项目所选环氧树脂和固化剂均满足规范要求，可选用上述固化剂和环氧树脂以1∶1 的比例配制成环氧体系，以该环氧体系和沥青配制不同比例的环氧沥青。五组不同比例的环氧沥青配制完成后，按照规范要求，使用高黏结性的橡胶沥青按轮碾法碾压成型300×300×50mm 的SMA-13 试件，将环氧沥青以0.5kg/m3的用量涂抹于切割好的100×100×50mm的小梁试件两端，进行拉拔试验，试验结果分析图如图1所示。

图1 环氧体系掺量与材料黏结强度性能关系

根据图1 可知，环氧沥青的黏结强度随着环氧体系与沥青的比例增加而增加。在比例由1∶9 增加至3∶7 的过程中，黏结强度得到明显提高，由0.21MPa 提高至0.71MPa；在比例从3∶7 增大至5∶5的过程中，环氧沥青的黏结强度由0.71MPa 提高0.94MPa，提高幅度逐渐减缓；在总体比例由1∶9提高至1∶1 的过程中，环氧沥青的黏结强度共提高了0.73MPa，提升幅度明显，表明环氧体系与沥青的比例对环氧沥青的黏结强度的形成至关重要，根据试验结果，本项目采用5∶5 作为本项目环氧沥青的最佳配比制备环氧沥青，并将其用于冷拌沥青混合料的拌和与施工。

2.3 冷拌沥青混合料的制备

按上述研究结果，以最佳环氧体系—沥青配比制备环氧沥青，选择玄武岩作为本项目集料，拌和冷拌沥青混合料，所制备的环氧沥青与集料的各项技术指标检测如表4、表5。

表4 集料物理性能

表5 环氧沥青胶结料技术指标

表4～表5 检测结果表明，本次所选集料和制备的环氧沥青均可满足路用性能要求，可用于冷拌沥青混合料的施工。目前，关于冷拌沥青混合料的级配种类众多，综合考虑各方面因素及本研究推广应用的普及性[4]，本项目选用以美国和日本为代表的AC-13 混合料级配设计，作为集料级配，具体级配设计见表6、图2。

表6 各档筛余百分率

图2 级配设计

按照上述级配，进行冷拌沥青混合料的拌和，并通过马歇尔试验测定最佳油石比，本项目所用混合料通过试验和计算后，得出最佳油石比为4.9%。

2.4 性能检测

（1）高温性能试验

车辙试验是检验热拌沥青混合料的高温性能最直观有效的方法[2]，但冷拌沥青混合料与热拌沥青混合料有较大的差别，且冷拌沥青混合料需在铺筑完成后，有条件地开放交通，故冷拌沥青混合料在成型后所测的高温性能，并不能代表真实高温性能[5]。因此，本文通过对传统的车辙成型试验调整，即成型试件过程中，关闭温控开关，常温下成型试件，然后养护8h、24h、36h、48h 后，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行车辙试验，试验结果按下式计算后，结果见表7。

表7 冷拌沥青混合料的高温性能试验结果

式中：DS 为沥青混合料动稳定度（次/mm）；N为试验车轮往返碾压次数（次/min）；t1、t2分别为45min、60min；d1、d2为对应时间t1、t2时试件发生的变形量（mm）；d1、d2为系数，本试验均为1.0。

从表7 可以看出，随着养护时间的变长，冷拌沥青混合料的动稳定度得到大幅度提高，并且由于环氧树脂是热固性材料，因此在60℃时仍然具有较好的稳定性。

（2）水稳定性试验

本研究水稳定性试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），采用冻融劈裂试验作为评价方法，以冻融劈裂残留强度比作为评价指标，检测结果如表8。

表8 冷拌沥青混合料的水稳定性试验结果

上述试验结果表明，冻融劈裂强度比均在75%以上，可以满足使用要求。

2.5 施工流程

冷拌沥青混合料的生产方便灵活，既可以使用搅拌机实地生产，也可以在拌和站拌和完成后运送至现场[3]，具体施工流程见图3。

图3 冷拌沥青混合料施工流程

应当注意的是，冷拌沥青混合料在拌和时拌和、运输时温度应控制住10～30℃之间，施工时可以满足在-20～40℃之间进行，初压采用单钢轮压路机静压3～4 遍，复压采用大吨位胶轮压路机或关闭振动的双钢轮压路机碾压4～6 遍，终压采用关闭振动的双轮压路机碾压6～8遍直至表面没有明显轮迹。在施工完成后，应在至少养护8h 以上再开放交通，以保证施工路段具有较好的强度。