孫建宇

（張家口市地方鐵路管理處，河北 張家口 075000）

0 引言

在我國(guó)已建成的高等級(jí)公路中，瀝青路面占據(jù)了總里程的近80%，由于其具有維修養(yǎng)護(hù)便捷、行車安全舒適、噪聲小、揚(yáng)塵少等優(yōu)點(diǎn)，其在高等級(jí)公路總里程中的占比持續(xù)增加。雖鋪筑好的瀝青路面具有大量?jī)?yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料路面在鋪筑過(guò)程中不僅產(chǎn)生廢氣、灰塵等影響人員健康的有害物質(zhì)，還會(huì)造成大量的能源消耗，不符合國(guó)家提倡的節(jié)能環(huán)保的理念。鑒于此，越來(lái)越多的學(xué)者投身于冷拌冷鋪瀝青混合料的研究。冷拌瀝青混合料作為一種新型材料，在新建道路面層鋪筑以及路面養(yǎng)護(hù)中都可以發(fā)揮良好的性能，具有便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存、污染小、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

某高速公路所在地區(qū)平均年降雨量在1 700mm 以上，由于年降雨量較大，瀝青路面受到的水損害十分嚴(yán)重，出現(xiàn)了大量的剝落和坑槽等病害，亟待養(yǎng)護(hù)。通過(guò)實(shí)地調(diào)查和鉆芯取樣，確定該道路的道路路基樣式見(jiàn)表1，路面結(jié)構(gòu)為4cm AC-13+瀝青上面層6cm AC-20 瀝青上面層+8cm AC-25 瀝青上面層+30cm 石灰穩(wěn)定碎石基層+20cm二灰土底基層+10cm砂礫墊層。

表1 某高速公路路基樣式 單位：m

2 工程實(shí)例

2.1 冷拌瀝青

在工程中實(shí)際應(yīng)用中，冷拌瀝青主要有兩種類型，第一類為乳劑型冷拌瀝青，包括乳化瀝青、改性乳化瀝青等；第二類為溶劑型冷拌瀝青，主要是由黏稠瀝青稀釋得到。由于乳劑型瀝青和稀釋瀝青中含有較多水分，容易對(duì)冷拌瀝青混合料的性能造成不利影響[1]，因此，本文為避免上述不利條件對(duì)冷拌混合料性能帶來(lái)負(fù)面效果，選用新型冷拌瀝青——環(huán)氧瀝青。

2.2 最佳配比的確定

環(huán)氧瀝青成分包含環(huán)氧樹脂、固化劑以及助劑和瀝青，不同環(huán)氧體系與瀝青的比例會(huì)直接影響環(huán)氧瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)，故本項(xiàng)目以5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9 的比例進(jìn)行環(huán)氧瀝青的配制，并對(duì)配制好的環(huán)氧瀝青進(jìn)行室內(nèi)拉拔試驗(yàn)，對(duì)比分析各配比下的環(huán)氧瀝青性能，確定最佳配比，之后進(jìn)行冷拌瀝青混合料的拌和和施工[3]。

根據(jù)上文所述，配制五組不同比例的環(huán)氧瀝青，所選用的環(huán)氧樹脂和固化劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表2～表3。

表2 固化劑理化性能指標(biāo)

表3 環(huán)氧樹脂基本性能指標(biāo)

根據(jù)表2～表3 可知，本項(xiàng)目所選環(huán)氧樹脂和固化劑均滿足規(guī)范要求，可選用上述固化劑和環(huán)氧樹脂以1∶1 的比例配制成環(huán)氧體系，以該環(huán)氧體系和瀝青配制不同比例的環(huán)氧瀝青。五組不同比例的環(huán)氧瀝青配制完成后，按照規(guī)范要求，使用高黏結(jié)性的橡膠瀝青按輪碾法碾壓成型300×300×50mm 的SMA-13 試件，將環(huán)氧瀝青以0.5kg/m3的用量涂抹于切割好的100×100×50mm的小梁試件兩端，進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分析圖如圖1所示。

圖1 環(huán)氧體系摻量與材料黏結(jié)強(qiáng)度性能關(guān)系

根據(jù)圖1 可知，環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度隨著環(huán)氧體系與瀝青的比例增加而增加。在比例由1∶9 增加至3∶7 的過(guò)程中，黏結(jié)強(qiáng)度得到明顯提高，由0.21MPa 提高至0.71MPa；在比例從3∶7 增大至5∶5的過(guò)程中，環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度由0.71MPa 提高0.94MPa，提高幅度逐漸減緩；在總體比例由1∶9提高至1∶1 的過(guò)程中，環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度共提高了0.73MPa，提升幅度明顯，表明環(huán)氧體系與瀝青的比例對(duì)環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度的形成至關(guān)重要，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目采用5∶5 作為本項(xiàng)目環(huán)氧瀝青的最佳配比制備環(huán)氧瀝青，并將其用于冷拌瀝青混合料的拌和與施工。

2.3 冷拌瀝青混合料的制備

按上述研究結(jié)果，以最佳環(huán)氧體系—瀝青配比制備環(huán)氧瀝青，選擇玄武巖作為本項(xiàng)目集料，拌和冷拌瀝青混合料，所制備的環(huán)氧瀝青與集料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)如表4、表5。

表4 集料物理性能

表5 環(huán)氧瀝青膠結(jié)料技術(shù)指標(biāo)

表4～表5 檢測(cè)結(jié)果表明，本次所選集料和制備的環(huán)氧瀝青均可滿足路用性能要求，可用于冷拌瀝青混合料的施工。目前，關(guān)于冷拌瀝青混合料的級(jí)配種類眾多，綜合考慮各方面因素及本研究推廣應(yīng)用的普及性[4]，本項(xiàng)目選用以美國(guó)和日本為代表的AC-13 混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，作為集料級(jí)配，具體級(jí)配設(shè)計(jì)見(jiàn)表6、圖2。

表6 各檔篩余百分率

圖2 級(jí)配設(shè)計(jì)

按照上述級(jí)配，進(jìn)行冷拌瀝青混合料的拌和，并通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定最佳油石比，本項(xiàng)目所用混合料通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算后，得出最佳油石比為4.9%。

2.4 性能檢測(cè)

（1）高溫性能試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)是檢驗(yàn)熱拌瀝青混合料的高溫性能最直觀有效的方法[2]，但冷拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料有較大的差別，且冷拌瀝青混合料需在鋪筑完成后，有條件地開放交通，故冷拌瀝青混合料在成型后所測(cè)的高溫性能，并不能代表真實(shí)高溫性能[5]。因此，本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的車轍成型試驗(yàn)調(diào)整，即成型試件過(guò)程中，關(guān)閉溫控開關(guān)，常溫下成型試件，然后養(yǎng)護(hù)8h、24h、36h、48h 后，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算后，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 冷拌瀝青混合料的高溫性能試驗(yàn)結(jié)果

式中：DS 為瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）；N為試驗(yàn)車輪往返碾壓次數(shù)（次/min）；t1、t2分別為45min、60min；d1、d2為對(duì)應(yīng)時(shí)間t1、t2時(shí)試件發(fā)生的變形量（mm）；d1、d2為系數(shù)，本試驗(yàn)均為1.0。

從表7 可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變長(zhǎng)，冷拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度得到大幅度提高，并且由于環(huán)氧樹脂是熱固性材料，因此在60℃時(shí)仍然具有較好的穩(wěn)定性。

（2）水穩(wěn)定性試驗(yàn)

本研究水穩(wěn)定性試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），采用凍融劈裂試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)方法，以凍融劈裂殘留強(qiáng)度比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果如表8。

表8 冷拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，凍融劈裂強(qiáng)度比均在75%以上，可以滿足使用要求。

2.5 施工流程

冷拌瀝青混合料的生產(chǎn)方便靈活，既可以使用攪拌機(jī)實(shí)地生產(chǎn)，也可以在拌和站拌和完成后運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)[3]，具體施工流程見(jiàn)圖3。

圖3 冷拌瀝青混合料施工流程

應(yīng)當(dāng)注意的是，冷拌瀝青混合料在拌和時(shí)拌和、運(yùn)輸時(shí)溫度應(yīng)控制住10～30℃之間，施工時(shí)可以滿足在-20～40℃之間進(jìn)行，初壓采用單鋼輪壓路機(jī)靜壓3～4 遍，復(fù)壓采用大噸位膠輪壓路機(jī)或關(guān)閉振動(dòng)的雙鋼輪壓路機(jī)碾壓4～6 遍，終壓采用關(guān)閉振動(dòng)的雙輪壓路機(jī)碾壓6～8遍直至表面沒(méi)有明顯輪跡。在施工完成后，應(yīng)在至少養(yǎng)護(hù)8h 以上再開放交通，以保證施工路段具有較好的強(qiáng)度。

3 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)冷拌瀝青混合料的制備、原材料的檢測(cè)、混合料高低溫性能的研究得到如下結(jié)論：

（1）選用1∶1 的環(huán)氧體系：瀝青用量的比例，可以保證環(huán)氧瀝青具有較好的黏結(jié)強(qiáng)度；

（2）以環(huán)氧瀝青作為膠結(jié)料，4.9%的油石比，可以保證冷拌瀝青具有較好的高溫和水穩(wěn)性能，避免瀝青中所含水分對(duì)混合料性能的影響；

冷拌瀝青混合料在施工時(shí)，應(yīng)控制好施工和拌和時(shí)的溫度，并在攤鋪完成后，按照規(guī)定碾壓次數(shù)，進(jìn)行初壓、復(fù)壓、終壓，且至少養(yǎng)護(hù)8h 以上才能開放交通，以保證路面強(qiáng)度和長(zhǎng)期穩(wěn)定。