一種快捷的微表處施工含水量控制方法研究＊

吳玉財(cái) 李 智 李 蘇

微表處已成為改善高等級(jí)瀝青路面抗滑性能和密水性能的重要技術(shù)措施，它具有施工便捷、攤鋪速度快、開(kāi)放交通時(shí)間短，以及成本低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)［1－2］。但是近些年來(lái)微表處時(shí)常發(fā)生剝落、光面、泛油等病害。究其原因，施工過(guò)程中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)存在技術(shù)不足，如缺乏實(shí)時(shí)快捷準(zhǔn)確的關(guān)鍵指標(biāo)控制手段，常常造成施工過(guò)程過(guò)于隨意，導(dǎo)致瀝青用量波動(dòng)過(guò)大、含水量控制不準(zhǔn)等問(wèn)題［3－4］。

目前微表處施工質(zhì)量控制呈現(xiàn)“事后控制”的狀態(tài)，一般的做法是將現(xiàn)場(chǎng)的微表處攤鋪后材料取回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)瀝青含量、級(jí)配組成，但含水量大多進(jìn)行粗略控制，或者現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單用酒精爐進(jìn)行燃燒測(cè)試，或者只是對(duì)原材料進(jìn)行含水量的測(cè)定。

對(duì)此，本文采用漿體材料的稠度試驗(yàn)手段，利用水量與稀漿混合料和易性的關(guān)系［5－6］，間接判別動(dòng)態(tài)施工中的微表處混合料的總含水量，進(jìn)而建立一種快速、實(shí)時(shí)的含水量控制方法。

1 稠度試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備主要由截頭圓錐體及底板組成，金屬制，圓錐體上下口內(nèi)徑為38 mm及89 mm、高76 mm、壁厚2 mm。底板上有同心圓刻線。試驗(yàn)時(shí)，把圓錐體連同底板一起拿住倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，使圓錐體大端向下立在地板上，然后立即向上提起圓錐體，讓里面的混合料自然向下坍落。量取坍下的稀漿混合料邊緣離中心圓邊線的距離即為稀漿料的稠度，以c m計(jì)。見(jiàn)圖1。

圖1 稀漿混合料稠度儀

一般情況下，當(dāng)稀漿材料的含水量較小時(shí)，試件能夠較好地保持原狀，不坍塌，隨著含水量的增加，漿體內(nèi)部顆粒間的粘結(jié)效應(yīng)下降，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，試件發(fā)生堆坍，試件的錐底直徑變大。利用這一原理可以預(yù)測(cè)施工含水量。正常波動(dòng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的稠度試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)與設(shè)計(jì)保持一致，含水量增大時(shí)，坍落后的稠度值應(yīng)隨之增大，反之亦然。

2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 原材料

本研究石料來(lái)源為?？诟X石場(chǎng)玄武巖，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 集料性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

瀝青選用殼牌改性乳化瀝青，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 改性乳化瀝青性能評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 級(jí)配選擇

結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn)，并兼顧密實(shí)、抗滑構(gòu)造和施工和易性設(shè)計(jì)微表處級(jí)配，具體設(shè)計(jì)級(jí)配見(jiàn)表3。

表3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)級(jí)配各檔通過(guò)率

現(xiàn)有的研究表明，關(guān)鍵篩孔的改變對(duì)混合料性能的影響比較顯著，故在選擇不同級(jí)配時(shí)，主要調(diào)整2.36 mm和0.075 mm 2個(gè)篩孔的通過(guò)率，進(jìn)而對(duì)混合料的級(jí)配進(jìn)行調(diào)整。其中級(jí)配1和級(jí)配2在設(shè)計(jì)級(jí)配的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變粉膠比的方式，對(duì)混合料的級(jí)配進(jìn)行調(diào)整。級(jí)配3和級(jí)配4在設(shè)計(jì)級(jí)配的基礎(chǔ)上改變混合料的粗細(xì)程度，進(jìn)而改變混合料的級(jí)配。

2.3 試驗(yàn)方案

選定用水量、瀝青用量作為可變量，每種試驗(yàn)變量選取5個(gè)因素水平。選擇總水量（混合料內(nèi)的全部含水量）為8.26%，10.26%，12.26%，14.26%，16.26%。在設(shè)計(jì)瀝青用量的基礎(chǔ)上選擇9.5%，10.5%，11.5%，12.5%，13.5%5種 瀝青用量。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同用水量及瀝青用量的混合料進(jìn)行稠度試驗(yàn)。

3 稠度曲線建立及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

首先選擇一個(gè)油石比試驗(yàn)因素水平，變化不同含水量條件進(jìn)行試驗(yàn)，其次，再變化油石比試驗(yàn)條件，重復(fù)試驗(yàn)。針對(duì)這些室內(nèi)稠度試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行趨勢(shì)分析。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 設(shè)計(jì)級(jí)配的稠度值變化曲線

通過(guò)對(duì)圖2分析可見(jiàn)，在相同瀝青用量的情況下，改變總水量，其稠度也隨之發(fā)生改變。以油石比7.13%的稠度曲線為例，隨著混合料中總水量由8.26%逐漸增加到16.26%，在稠度曲線上，稠度值也相應(yīng)地由0逐漸增加到3.5 c m。油石比為5.89%，6.51%，7.75%和8.37%的稠度值也隨著含水量的增長(zhǎng)而增加。顯然，一方面整體曲線呈現(xiàn)前段增速快，中間舒緩，末端增速加速的趨勢(shì)，即含水量小于10.26%階段快，10.26%～14.26%之間相對(duì)舒緩，大于14.26%時(shí)又加速的規(guī)律。另一方面，同一含水量下，瀝青用量增加時(shí)，稠度值也相應(yīng)增長(zhǎng)。

總之，在級(jí)配和瀝青用量固定不變的情況，隨著總水量的增加，稠度值也相應(yīng)地增加，微表處混合料的施工和易性也逐漸增強(qiáng)。室內(nèi)試驗(yàn)及施工的過(guò)程中也注意到，控制好總水量對(duì)微表處混合料的和易性至關(guān)重要，直接影響到微表處混合料的施工質(zhì)量。

4 工程應(yīng)用

本文依托廣東省某高等級(jí)公路微表處養(yǎng)護(hù)施工項(xiàng)目，采用前述試驗(yàn)級(jí)配，設(shè)計(jì)總含水量為12.26%，設(shè)計(jì)油石比為6.8%，室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的稠度為1.5 c m。利用前述稠度曲線，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工含水量動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制，同時(shí)，取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)校核。具體流程如下。

微表處施工前，采集現(xiàn)場(chǎng)混合后的集料進(jìn)行篩分，從篩分的結(jié)果中可以看出，微表處混合料的級(jí)配能夠滿足設(shè)計(jì)級(jí)配的要求。此外，對(duì)攤鋪機(jī)的瀝青計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果顯示瀝青用量基本上能夠控制在－3%～＋0.3%之間。

在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展稠度試驗(yàn)方法的施工控制，首先在攤鋪機(jī)正常啟動(dòng)攤鋪時(shí)，每間隔固定的距離采集攤鋪混合料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)稠度實(shí)驗(yàn)，將觀測(cè)到的稠度數(shù)值記錄下來(lái)，見(jiàn)表4。

表4 未調(diào)整時(shí)的稠度值

結(jié)合室內(nèi)建立的稠度曲線對(duì)采集到的稠度值所對(duì)應(yīng)的含水量進(jìn)行預(yù)判，從圖2中的判斷結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，總水量約為15%（假設(shè)瀝青用量控制在設(shè)計(jì)油石比的情況下），在現(xiàn)場(chǎng)基于此結(jié)果對(duì)微表處混合料攤鋪車加入的水量減少2%（為了避免過(guò)大的質(zhì)量波動(dòng)，采取小幅調(diào)整的原則），再次采集稠度值見(jiàn)表5。

表5 第一次調(diào)整后的稠度值

對(duì)照稠度曲線上的數(shù)值可以看出，該稠度值對(duì)應(yīng)的總水量約為13.5%，仍沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)所要求的稠度值，故繼續(xù)調(diào)整總水量，令攤鋪車加水時(shí)的加水量減少1%，繼續(xù)采集現(xiàn)場(chǎng)的稠度數(shù)值。采集的稠度值見(jiàn)表6。

表6 第二次調(diào)整后的稠度值

從第三次采集到的數(shù)據(jù)中可以看出，經(jīng)過(guò)兩次加水量的調(diào)整，稠度值基本能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。依據(jù)第三次調(diào)整的數(shù)值，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混合料的攤鋪，施工后的質(zhì)量效果十分理想，表面干濕程度適中，和易性理想，無(wú)流淌和積水跡象，也不存在干澀拖料劃痕的情況。

5 結(jié)論

（1）稠度曲線隨著總含水量和瀝青含量的增加，呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì)：前段增速快，中間舒緩，末端增速加速的趨勢(shì)，即含水量小于10.26%階段快，10.26%～14.26%之間相對(duì)舒緩，大于14.26%時(shí)又加速的規(guī)律。同時(shí)也注意到，同一含水量下，瀝青用量增加時(shí)，稠度值也相應(yīng)增長(zhǎng)。

（2）利用室內(nèi)研究成果開(kāi)展了多次含水量指標(biāo)的調(diào)控，使得稠度指標(biāo)接近于設(shè)計(jì)值，從而間接地保證了總含水量指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。進(jìn)而建立以稠度曲線為依據(jù)，以稠度試驗(yàn)為手段的新的、快捷有效的微表處施工含水量動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制方法。

［1］ 沙紅衛(wèi)，吳 鋮.微表處改性乳化瀝青的研制及其存儲(chǔ)穩(wěn)定性［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2013（11）：36－38.

［2］ 蔡 旭，王端宜，陳小庭，等.改性乳化瀝青對(duì)微表處混合料性能的影響［J］.公路，2011（2）：127－132.

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［4］ 張尤平，咸紅偉.微表處施工質(zhì)量控制技術(shù)研究［J］.市政技術(shù)，2011（29）：32－34.

［5］ JTGE42－2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］ JTJ052－2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.