冷拌冷鋪瀝青混合料在公路建設(shè)中的應(yīng)用研究

谷娟娟

（山東勝達(dá)工程建設(shè)有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)道路方向的學(xué)者們就能源消耗與環(huán)境保護(hù)方面提出了許多創(chuàng)新方法，比如，可以搜集能量的太陽(yáng)能路面和能夠進(jìn)行自我修復(fù)的自愈路面等[1，2]。目前，一部分試想已經(jīng)得到了實(shí)踐并能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料技術(shù)也逐漸被冷拌冷鋪技術(shù)所取締，熱拌瀝青混合料對(duì)拌和、攤鋪、壓實(shí)溫度要求高且易受環(huán)境溫度的影響，在遠(yuǎn)距離輸送中，混合料溫度會(huì)在一定程度上有所降低，這很不利于瀝青路面其他工序的進(jìn)行[3，4]。在高溫拌和下的瀝青混合料會(huì)產(chǎn)生輕微有毒氣體，對(duì)施工人造成損害的同時(shí)對(duì)大自然也會(huì)造成一種不可挽回的污染。冷拌冷鋪技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了熱拌技術(shù)的不足，其所有工序都是在常溫下進(jìn)行，能源消耗低、綠色環(huán)保且適合遠(yuǎn)距離傳輸。冷拌冷鋪?zhàn)鳛橐环N新型技術(shù)將會(huì)給瀝青路面的修建帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)有利于環(huán)境保護(hù)。本文對(duì)冷拌冷鋪瀝青混合料的制備及路用性能進(jìn)行分析。

2 工程概況

某地區(qū)擬修建一條一級(jí)公路，現(xiàn)打算采用冷拌冷鋪技術(shù)對(duì)其進(jìn)行瀝青鋪面，鋪筑長(zhǎng)度12.36 km。

3 原材料

乳化瀝青、集料和填料是冷拌冷鋪瀝青混合料的最主要的3種構(gòu)成物。粗集料充當(dāng)?shù)氖枪羌茏饔?，?xì)集料在骨架中填補(bǔ)一些較小的空隙讓整體骨架更密實(shí)，混合料的早期強(qiáng)度由粗集料之間的靜摩擦力提供。

3.1 粗集料

粗集料是整個(gè)混合料骨架中的主要承力物，宜選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、具有棱角的材質(zhì)，本文選用的是玄武巖粗集料。

3.2 細(xì)集料

細(xì)集料能夠填補(bǔ)混合料骨架中孔隙增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，在選用時(shí)應(yīng)該選取潔凈的碎石，本文選用的為細(xì)集料為天然砂。

3.3 乳化瀝青

乳化瀝青作為混合料中的黏結(jié)劑只有在其破乳之后才能表現(xiàn)出黏結(jié)作用，當(dāng)乳化瀝青中的所有水分被完全蒸發(fā)代表其破乳完成，此時(shí)的混合料的強(qiáng)度達(dá)到最大。

3.4 填料

填料是冷拌冷鋪瀝青混合料中的重要成分，其能與破乳后的瀝青結(jié)合成瀝青膠漿對(duì)混合料路用性能產(chǎn)生影響。水泥作為填料的一部分發(fā)生的水化反應(yīng)能夠加快乳化瀝青的破乳速度，提高混合料的早期強(qiáng)度。

4 冷拌冷鋪瀝青混合料的制備

4.1 級(jí)配的設(shè)計(jì)

在對(duì)冷拌冷鋪瀝青混合料進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)參照的是熱拌瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)。常規(guī)的3種瀝青混合料結(jié)構(gòu)為：懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)以及骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。冷拌冷鋪瀝青在最終強(qiáng)度形成之前需要經(jīng)過(guò)乳化瀝青的破乳過(guò)程，在這之前混合料的強(qiáng)度是靠骨料之間的擠嵌作用提供。當(dāng)破乳完成，隨著水分被蒸發(fā)混合料內(nèi)部孔隙將進(jìn)一步變多，這很不利于瀝青黏結(jié)作用的發(fā)揮，會(huì)嚴(yán)重影響混合料的強(qiáng)度，故本文選擇懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)作為級(jí)配的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因?yàn)槠溆凶銐蚨嗟募?xì)集料填充孔隙，能保證瀝青的黏結(jié)作用。

表1為AC-13瀝青混合料級(jí)配表，同時(shí)該級(jí)配為本文冷拌冷鋪瀝青混合料的設(shè)計(jì)級(jí)配。圖1為冷拌冷鋪瀝青混合料級(jí)配曲線圖。

圖1 冷拌冷鋪瀝青混合料級(jí)配曲線圖

表1 瀝青混合料級(jí)配表

4.2 最佳有油石比（乳液）的設(shè)計(jì)

本文利用擊實(shí)法成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾瀝青混合料試件，通過(guò)對(duì)馬歇爾試件的性能測(cè)試得到最佳的乳液摻量，試驗(yàn)分為下面幾個(gè)步驟。

1）在拌和鍋內(nèi)加入計(jì)算好的用水量與石料進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，繼續(xù)將乳化瀝青倒入拌和鍋再次進(jìn)行攪拌，最后再加入填料進(jìn)行攪拌。

2）將拌和好的混合料裝入馬歇爾試模進(jìn)行第一次壓實(shí)，壓實(shí)次數(shù)為正反各70次，第一次壓實(shí)結(jié)束后將試模連同試件一起放入60℃的烘箱中養(yǎng)護(hù)24 h，待養(yǎng)護(hù)完成后對(duì)試件進(jìn)行第二次壓實(shí)，壓實(shí)次數(shù)為正反各25次。

在步驟2）中需要注意的是養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能夠過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò)了48 h，填料中的水泥已經(jīng)初凝結(jié)束，此時(shí)的冷拌冷鋪瀝青混合料將形成一定的骨架結(jié)構(gòu)，如果在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行第二次擊實(shí)將會(huì)破壞掉混合料初形成的骨架結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步嚴(yán)重影響到瀝青混合料最終的強(qiáng)度。

在冷拌冷鋪瀝青混合料中乳化瀝青的含水率將直接影響馬歇爾試件最大干密度，為了得到乳化瀝青的最佳含水率設(shè)計(jì)了馬歇爾試件最大干密度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和圖2。

表2 最大干密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表2和圖2可知，當(dāng)含水率在3.0%～5.0%的范圍時(shí)，隨著乳化瀝青含水率的增大馬歇爾試件最大干密度先增大后減小，其最佳含水率為4%，此時(shí)最大干密度達(dá)到2.215g/cm3。

圖2 馬歇爾最大干密度圖

本文用含水率為4%的乳化瀝青分別以7.7%、8.0%、8.3%、8.6%、8.9%的摻量擊實(shí)成型4組不同的馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試件并對(duì)它們的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。根據(jù)表3可知，

表3 冷拌冷鋪瀝青混合料力學(xué)指標(biāo)

該冷拌冷鋪瀝青混合料的最佳油石比（乳液）為8.3%。

5 路用性能檢測(cè)

瀝青混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)瀝青路面質(zhì)量的重要項(xiàng)目，本文通過(guò)了車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)分別對(duì)冷拌冷鋪瀝青混合料的這三大性能進(jìn)行了測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 冷拌冷鋪瀝青混合料路用性能測(cè)試表

由表4可知，由AC-13級(jí)配、8.3%的最佳乳液摻量下生產(chǎn)出來(lái)的冷拌冷鋪瀝青混合料的路用性能優(yōu)異各大指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

冷拌冷鋪瀝青混合料對(duì)環(huán)境污染小，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)能源的耗費(fèi)也相對(duì)較低。本文制備了一種以AC-13為設(shè)計(jì)及配、8.3%為乳液摻量的冷拌冷鋪瀝青混合料。經(jīng)相關(guān)試驗(yàn)測(cè)試其具有良好的路用性能，能夠安全運(yùn)用在到實(shí)際工程中。