冷拌冷铺沥青混合料在农村公路中的应用

张建孔

（中公高科养护科技股份有限公司，北京 100089）

引言

我国农村公路分布广且总里程长，若采用热拌沥青混凝土路面，往往需要远距离运输，大大增加道路建设成本，同时，可能由于温度损失影响摊铺和使用性能。冷拌冷铺沥青混合料降低了沥青混合料的生产与拌和温度，不依赖庞大的拌合设备以及保温运输技术，使在远离城市的农村道路应用沥青混合料成为可能［1］。

1 试验路概况

试验路位于南方某乡村，南起省道307，北至县城南大道，全长约4 km，沿线经过7 个村庄，主要交通组成为小客车及摩托车。原路面设计为山岭重丘四级公路，采用砂石路面，路基宽度4.5 m（3.5 m 车行道+2×0.5 m 路肩）。本次对该四级公路进行改造，路面设计采用单轴双轮100 kN，设计使用年限6 a，路面总厚度为24 cm（4 cm 冷拌冷铺AC-13 沥青混凝土面层+20 cm 水泥稳定级配碎石（水泥含量3%））。试验路采用机械拌和冷拌冷铺沥青混合料，以1 000 kg 为每盘，堆放在储料点待用。

2 试验路材料选取

2.1 粗集料

粗集料采用以方解石为主要成分的石灰岩碎石，碎石中伴有少量菱镁矿和白云石，参数见表1。

表1 粗集料技术指标

2.2 细集料

细集料为不含杂质的石灰岩质机制砂，粉尘含量低，颗粒饱满，耐嵌挤性能良好。参数见表2。

表2 细集料技术指标

2.3 填料

填料为石灰岩磨细的矿粉，保证矿粉干燥、洁净、无团块，能从料仓自由流出。填料的参数指标见表3。

表3 矿粉指标

2.4 沥青

采用70#道路石油沥青，指标见表4。

表4 项目用沥青指标

2.5 溶剂（柴油）

考虑到汽油温度敏感性高、挥发较快，不利于冷拌沥青施工的长时间储存，采用0#柴油作为稀释剂，指标见表5。

表5 溶剂技术指标

2.6 添加剂

采用的添加剂为深绿色油状，凝固点-4.8℃，闪点302 ℃，无刺激性气味，性质稳定，使用掺量为3%。

3 冷铺沥青混合料配比设计

3.1 矿料级配确定

沥青混合料选择悬浮密实型结构，面层结构为4 cm，矿料最大粒径13.2 mm。由于沥青结构形成与矿料的比表面积有直接关系，且矿粉对孔隙率有重要影响，间接决定路面的耐久性能。因此，试验采用与项目相同的集料、沥青、添加剂等材料，以3%、5%、7%三组矿粉含量成型马歇尔试件，对不同油石比下沥青性能与矿粉的关系进行研究，结果见表6。根据试验结果，为了兼顾混合料的施工和易性及强度，矿粉含量确定为5%。

表6 不同油石比下初始稳定度与矿粉含量的关系

3.2 冷铺沥青最佳用量确定

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中对AC-13 沥青混合料级配范围的规定，确定本项目的集料级配，同时考虑所在地区的载重较大且交通量较大，对级配取中值偏下［2］。表7 为级配组成。

表7 混合料级配组成情况

项目以0.3%为分档阶梯，分档油石比选取4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%分别成型马歇尔试件，测定马歇尔指标，进而计算最佳沥青用量。

由图1 可知，密度与稳定度最大值对应的沥青用量为5%，沥青饱和度及空隙率范围中值对应用量为5.5%、5.3%，因此，计算最佳沥青用量初始值OAC1=5.2%。各项指标均符合沥青用量范围为5.0%～5.3%的要求，OACmin=5.0%，OACmax=5.3%，因此，OAC2=5.2%。取OAC1与OAC2的平均值为最佳沥青用量OAC，则最佳沥青用量为5.2%。

图1 沥青用量与各马歇尔指标的关系

4 冷拌冷铺混合料性能

4.1 混合料的初始强度

由于项目所在地为村镇通往县城的必经道路，需在短暂养生后立即开放交通，要求沥青混合料在冷铺后应当具有足够的初始强度。根据表8 试验结果可知，该冷铺沥青混合料的最低初始强度为2.47 kN，满足冷铺沥青混合料初期强度应达到2.0～3.0 kN的要求［1，3］。

表8 初始马歇尔试验结果

4.2 混合料的成型强度

将试件养生24 h 后，置于60 ℃恒温水槽养生30 min，随即开展马歇尔稳定度试验。试验结果见表9。根据结果可知，成型养护后的冷拌冷铺沥青混合料的稳定度都在8 kN 以上，冷铺沥青混合料成型强度≮4 kN 的要求［1，3］。表明该冷铺沥青混合料强度满足农村公路的承载能力要求。

表9 成型马歇尔试验结果

4.3 混合料的抗车辙性能

采用车辙试验评价混合料的抗车辙性能，结果见表10。

表10 车辙试验结果

由表10 可知：（1）该冷铺沥青混合料的最低动稳定度也超过800 次/mm，满足要求。（2）t1时产生了较大变形，t1～t2时段内的变形较小。原因在于前期沥青胶结料较软，在车轮作用下变形明显，随着剩余溶剂不断挥发，沥青的黏度增大，集料更为密实，宏观上表现为45 min 后的变形增长率下降，冷铺沥青混合料的抗车辙能力逐渐增大。

4.4 混合料的水稳定性

对成型的冷铺沥青混合料试件进行冻融劈裂试验，结果见表11。

表11 冻融劈裂试验结果

根据表11 试验结果，冷铺沥青混合料的劈裂强度不高，但是能够满足劈裂强度比≮70%的规定，具备较好的抗冻融抗水损能力；不同油石比下的冷铺沥青混合料的试验结果差异很小。

4.5 对试验路的跟踪观测

对修筑后的试验路进行了三个月的跟踪观测。在路面摊铺成型后，道路平整度较好，实测渗水系数为295 ml/min，相比热拌沥青混合料的渗水系数大，推测是摊铺压实度不足导致。在一个月后，实测路面弯沉为56.2 mm，渗水系数下降明显，为229 mL/min，道路全段性能较好，无裂缝。在两个月后，路面实测弯沉值44.7 mm，渗水系数为219 ml/min，此时在上坡段弯道处出现较大车辙，深度为10.3 mm。三个月后，路面实测弯沉值为39.5 mm，渗水系数为215 ml/min，上坡弯道处最大车辙深度为11.1 mm，除弯道外车辙平均深度6.2 mm，路面整体性能良好。从三个月的跟踪监测结果来看，在三个月的车辆压实作用下，冷铺沥青混凝土路面的强度随着时间逐渐提高，路用性能较好。

4.6 冷铺沥青混合料的经济效益分析

结合项目实际情况，对冷铺沥青混合料的材料成本进行核算，成本高出普通热拌SBS 改性沥青0.6%，每吨冷铺沥青混合料材料相比普通热拌SBS 改性沥青价格高2.33 元。但是考虑到热拌沥青混合料需要搭建拌合站、采用远距离运输等成本，冷板冷铺沥青混合料能够大大降低施工成本。根据测算，相比使用热拌沥青混合料，采用冷拌冷铺沥青混合料后，3.5 m 宽度农村公路每公里造价可以降低1 176.03 元。

5 结语

通过对冷拌冷铺沥青混凝土试验路的铺筑和性能试验，表明冷铺沥青混合料能够满足农村公路的路用性能要求。同时采用冷拌冷铺工艺后，避免了对热拌沥青拌合站以及远距离运输的需求，运输存储更为便利，有利于节约工程投资，且降低了热拌沥青拌和与摊铺时对坏境造成的污染。综合来看，冷拌冷铺沥青混合料适应于我国农村公路的建设，值得推广。