劉學(xué)民，邊秀奇

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300121）

0 引言

瀝青路面在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)坑槽、剝落等多種病害，嚴(yán)重影響了道路的使用性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危害交通安全，因此，出現(xiàn)病害要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)以保證道路的良好狀況。瀝青路面的坑槽修補(bǔ)大多采用熱拌瀝青混合料，這種方法對(duì)坑槽分散、工程量小的路段具有一定的局限性，使用量小，工廠難以生產(chǎn)，而且給施工單位的操作也帶來(lái)很大不便。為應(yīng)對(duì)隨時(shí)隨地能夠進(jìn)行坑槽修補(bǔ)的需要，冷補(bǔ)瀝青混合料逐漸發(fā)展起來(lái)[1]。然而，國(guó)內(nèi)對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料性能研究還沒(méi)有形成完整的理論體系和評(píng)價(jià)方法，還有待進(jìn)一步研究。

1 水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是路面在水的作用下抵抗變形的能力，它是決定瀝青路面的使用性能和壽命的重要因素之一。產(chǎn)生水損害的原因有外在因素和內(nèi)在因素兩方面，外因是車輪的動(dòng)態(tài)荷載和水的作用，內(nèi)因則是瀝青混合料自身的抗水損害能力，主要取決于礦料的表面性質(zhì)、瀝青混合料之間的粘附性能以及瀝青膜的厚度、混合料的孔隙率等因素。

對(duì)于冷補(bǔ)瀝青混合料來(lái)說(shuō)，抗水損害能力是其薄弱環(huán)節(jié)。冷補(bǔ)瀝青混合料經(jīng)過(guò)初步壓實(shí)后很難達(dá)到理想的壓實(shí)度，使得水分很容易通過(guò)集料間較大的空隙進(jìn)入混合料中。冷補(bǔ)瀝青混合料在水的稀釋作用下會(huì)降低集料之間的粘附性[2]。黏度較小的瀝青混合料在交通荷載的反復(fù)作用下很容易產(chǎn)生變形，同時(shí)對(duì)氣候條件的變化比較敏感，尤其是在下雨或冬季氣溫較低凍結(jié)后，很容易在早期產(chǎn)生嚴(yán)重的水損害。

2 冷補(bǔ)瀝青混合料的材料選擇

2.1 礦料級(jí)配

瀝青混合料的結(jié)構(gòu)形態(tài)可以細(xì)分為懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)和骨架空隙結(jié)構(gòu)三種類型。懸浮密實(shí)型級(jí)配的冷補(bǔ)瀝青混合料因?yàn)檩^多的細(xì)集料，使得混合料顆粒間的接觸點(diǎn)較多，容易造成混合料喪失疏松性造成結(jié)塊，而且較高的油石比和較小的空隙率使得混合料在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)泛油。骨架空隙式的冷補(bǔ)瀝青混合料因其較大的空隙率就難以保證混合料的抗水損害能力和耐久性。所以本文研究實(shí)驗(yàn)所用的混合料采用骨架密實(shí)型級(jí)，以AC-13Ⅱ型級(jí)配為代表進(jìn)行研究，級(jí)配見(jiàn)表1。

2.2 礦粉用量

礦粉用量直接影響瀝青混合料強(qiáng)度的構(gòu)成。瀝青混合料拌制時(shí)增加礦粉含量可以增大礦質(zhì)骨架的比表面積，加強(qiáng)瀝青對(duì)石料的裹附能力，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象，同時(shí)混合料的空隙率不會(huì)顯著增加。因此，適當(dāng)增加礦粉含量對(duì)提高混合料的強(qiáng)度、得到較好的疏松性、提高密實(shí)性具有一定效果，但礦粉用量不是越多越好，礦粉過(guò)多會(huì)造成和易性的衰減，使得拌和困難甚至產(chǎn)生無(wú)法拌和的后果。本文在通過(guò)馬歇爾初始穩(wěn)定度試驗(yàn)確定礦粉用量。試驗(yàn)方法是在保持瀝青加熱溫度和瀝青用量不變的情況下，拌制不同礦粉含量的冷補(bǔ)瀝青混合料，取1 000 g左右的混合料制成馬歇爾試件，擊實(shí)后的試件高度要求符合63.5±1.3 mm的標(biāo)準(zhǔn)，將試件在15℃的恒溫箱中放置4 h取出擊實(shí)正反面各75次，測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度，測(cè)得的結(jié)果如圖1所示。

表1 AC-13Ⅱ型設(shè)計(jì)級(jí)配

圖1 礦粉用量與初始穩(wěn)定度的關(guān)系

根據(jù)圖1結(jié)果可以看出，初期強(qiáng)度隨著礦粉含量的增加逐步提高。1%礦粉含量的混合料初始強(qiáng)度很低，無(wú)法滿足承受輪載的作用。但是，拌制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著礦粉用量增加和易性也在逐漸衰減，礦粉量超過(guò)7%時(shí)和易性已無(wú)法滿足施工需要?？梢?jiàn)，礦粉用量過(guò)大過(guò)小都無(wú)法滿足要求。本文根據(jù)實(shí)際的冷補(bǔ)瀝青黏度和預(yù)熱溫度綜合考慮擬采用5%的礦粉用量。

2.3 冷補(bǔ)瀝青結(jié)合料

2.4 溶劑

冷補(bǔ)瀝青混合料調(diào)配時(shí)一般選用的溶劑是汽油或柴油。汽油的揮發(fā)速度較快，能達(dá)到柴油的兩倍，易燃性也高于柴油，而且以汽油作為溶劑生產(chǎn)出來(lái)的混合料經(jīng)儲(chǔ)存后會(huì)變硬、喪失和易性，所以本文優(yōu)先選用柴油作為冷補(bǔ)瀝青混合料的溶劑，型號(hào)為車用0#柴油。

同時(shí)，溶劑的用量也會(huì)影響瀝青混合料的整體性能。溶劑用量過(guò)小，鋪筑后難以成型，不利于施工操作，無(wú)法滿足低溫條件下的施工以及其它特殊的使用要求；相反，用量過(guò)大，雖然改善了混合料的和易性，更有利于施工，但是鋪筑后成型時(shí)間長(zhǎng)，粘聚力差，延長(zhǎng)了開(kāi)放交通的時(shí)間[4]。為了尋求更合理的溶劑用量，本文對(duì)三種溶劑用量的混合料進(jìn)行了研究，測(cè)得不同柴油含量與黏度曲線的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 不同柴油含量與黏度曲線關(guān)系

根據(jù)規(guī)范規(guī)定瀝青混合料135℃黏度不超過(guò)3 Pa·s，而冷補(bǔ)瀝青混合料是在常溫下壓實(shí)成型的，施工時(shí)其黏度與熱拌改性瀝青的黏度相接近，因此建議常溫下的黏度宜控制在3 Pa·s左右。根據(jù)試驗(yàn)得出的黏溫曲線，擬定柴油的用量為18%～22%。

3 冷補(bǔ)瀝青混合料水穩(wěn)定性研究

3.1 實(shí)驗(yàn)方案

冷補(bǔ)瀝青混合料耐水性的常用實(shí)驗(yàn)方法有水煮法、水浸法、浸水馬歇爾試驗(yàn)。水煮法和水浸法只是主觀反映瀝青對(duì)集料的裹附情況，帶有一定的主觀性，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性有較大的影響[6]。而且，這兩種方法大多適用于檢驗(yàn)粗集料與瀝青的粘附性，而本文的冷補(bǔ)瀝青混合料大部分是細(xì)集料?；谏鲜鰡?wèn)題，本文選擇浸水馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法易于操作，且能用于不同性質(zhì)集料水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)方法：將1 000 g的冷補(bǔ)瀝青混合料于常溫下裝入馬歇爾試模中，正反面各擊實(shí)50次，擊實(shí)后的試件高度應(yīng)滿足63.5±1.3 mm的標(biāo)準(zhǔn)，然后進(jìn)行養(yǎng)生[5]。養(yǎng)生分烘箱養(yǎng)生和常溫養(yǎng)生兩種情況。兩種方法養(yǎng)生后的試件各分為兩組：一組在25℃的恒溫水槽中養(yǎng)生30 min，測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度S1；另一組試件在相同條件下養(yǎng)生48 h，測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度S2。然后，根據(jù)公式S=S2/S1×100%計(jì)算殘留穩(wěn)定度，用以表征冷補(bǔ)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.2 石灰對(duì)水穩(wěn)定性的影響

通過(guò)添加石灰來(lái)改善冷補(bǔ)瀝青混合料的性能，目前尚未有專門的試驗(yàn)研究，本文對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)是從路基處理時(shí)通過(guò)添加石灰來(lái)提高強(qiáng)度這一方法中得到啟示從而進(jìn)行試驗(yàn)。本文以相同的液體瀝青粘結(jié)料、級(jí)配、油石比，分別摻加石灰和礦粉拌制兩種不同填料的混合料，采用擬定的試驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，以研究石灰對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料的水穩(wěn)定性的影響。

3.2.1 烘箱養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

烘箱養(yǎng)生是將擊實(shí)后的試件連同試模一起以側(cè)面樹(shù)立方式置于烘箱中，烘箱溫度設(shè)置為110℃，在分別養(yǎng)生 12 h、24 h、48 h、72 h、96 h、120 h后，分別取出兩組試件各擊實(shí)25次，制成馬歇爾試件，待冷卻后脫模，然后按擬定方案進(jìn)行水槽養(yǎng)生，測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度并計(jì)算殘留穩(wěn)定度，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每組試件均為4個(gè)，取其平均值，結(jié)果如圖3所示。

圖3 烘箱養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

從圖3可以看出，石灰作為填料的這一組混合料的殘留穩(wěn)定度在不同養(yǎng)生時(shí)間下均高于礦粉作為填料的一組，說(shuō)明高溫養(yǎng)生條件下石灰能夠提高冷補(bǔ)瀝青混合料和集料之間的粘附性，對(duì)提高水穩(wěn)定性有明顯的效果。此外，試驗(yàn)沒(méi)有明顯規(guī)律可循，這是因?yàn)樵嚰?jīng)過(guò)水槽養(yǎng)生這一環(huán)節(jié)，空隙率對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，所以該指標(biāo)只能用于檢驗(yàn)其合格性。

3.2.2 常溫養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

常溫養(yǎng)生與烘箱養(yǎng)生所不同的是，將試件放置在室內(nèi)通風(fēng)處養(yǎng)生，分別養(yǎng)生 2 d、4 d、6 d、8 d、10 d、12 d、14 d后再進(jìn)行水槽養(yǎng)生，測(cè)得不同養(yǎng)生條件試件的馬歇爾穩(wěn)定度，并計(jì)算殘留穩(wěn)定度，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，不同養(yǎng)生時(shí)間情況下以石灰為填料的冷補(bǔ)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度高于礦粉作為填料的一組，說(shuō)明常溫養(yǎng)生條件下石灰對(duì)提高冷補(bǔ)瀝青混合料的水穩(wěn)定性具有一定的作用。通過(guò)圖3和圖4的對(duì)比，還可以看出烘箱養(yǎng)生更有利于提高混合料的水穩(wěn)定性，原因是在高溫養(yǎng)生狀態(tài)下石料能夠得到瀝青結(jié)合料的二次浸潤(rùn)，增強(qiáng)兩者的粘附性。

3.3 不同標(biāo)號(hào)瀝青對(duì)水穩(wěn)定性的影響

冷補(bǔ)瀝青混合料可以采用高低不同標(biāo)號(hào)的瀝青進(jìn)行配制，但是在平時(shí)的試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，高標(biāo)號(hào)的瀝青調(diào)配的混合料初期強(qiáng)度較低，難以達(dá)到理想狀態(tài)，直接影響了成型時(shí)間[7]。所以本文采用中低標(biāo)號(hào)瀝青調(diào)配冷補(bǔ)瀝青混合料，對(duì)不同標(biāo)號(hào)瀝青對(duì)水穩(wěn)定性的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。本文采用的兩種中低標(biāo)號(hào)的瀝青分別是茂名A-50#、A-70#。

3.3.1 烘箱養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

按照上述擬定的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，此次試驗(yàn)烘箱養(yǎng)生的時(shí)間分別是 0.5 h、1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h，然后兩組試件分別進(jìn)行 30min、48 h的恒溫水槽養(yǎng)生。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看出，高溫養(yǎng)生條件下不同標(biāo)號(hào)瀝青配制的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度有一定的差別，70#冷補(bǔ)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度明顯高于50#冷補(bǔ)瀝青混合料。分析其原因，低標(biāo)號(hào)的冷補(bǔ)瀝青混合料壓實(shí)性能較差，空隙率偏大產(chǎn)生較低的殘留穩(wěn)定度。高標(biāo)號(hào)瀝青因強(qiáng)度原因不適用于冷補(bǔ)瀝青混合料，而低標(biāo)號(hào)瀝青水穩(wěn)定性較差，所以具體施工時(shí)建議采用中標(biāo)號(hào)的瀝青。

3.3.2 常溫養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

將兩種不用標(biāo)號(hào)的瀝青混合料按前面所述的常溫養(yǎng)生方案進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

從圖6中的結(jié)果可以看出，常溫養(yǎng)生狀態(tài)結(jié)果和烘箱養(yǎng)生狀態(tài)結(jié)果一樣，50#瀝青的冷補(bǔ)瀝青混合料殘留穩(wěn)定度明顯低于70#瀝青組的。

圖6 常溫養(yǎng)生殘留穩(wěn)定度

從圖5和圖6兩種養(yǎng)生狀態(tài)結(jié)果相比得到，常溫養(yǎng)生狀態(tài)下50#瀝青的混合料的殘留穩(wěn)定度比烘箱養(yǎng)生狀態(tài)測(cè)得的結(jié)果要低得多，而70#瀝青的混合料在兩種養(yǎng)生狀態(tài)下的結(jié)果相差不大。

4 結(jié)語(yǔ)

影響冷補(bǔ)瀝青混合料水穩(wěn)定性的因素還有很多，評(píng)價(jià)方法也有多種。本文只是從馬歇爾穩(wěn)定度這一評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)，影響因素也僅涉及兩方面，所以結(jié)果還具有一定的片面性。在今后的研究中還需從多方面對(duì)冷補(bǔ)瀝青混合料的水穩(wěn)定性這一方面進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，使其更具有說(shuō)服力。

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