路橋工程中瀝青混合料的試驗檢測分析

王曉亭

(山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢有限公司，山西 太原 030006)

1 瀝青混合料的概述

1.1 類別

瀝青混合料是由一定級配礦物質(zhì)材料(礦粉)、一定黏度瀝青以及一定用量粗集料、細(xì)集料、聚合物木纖維等混合而成的材料。一般依據(jù)混合料中承擔(dān)膠結(jié)作用的化合物不相同的地方，可以將其劃分為兩種，其一為石油，其二為煤；依據(jù)混合料構(gòu)成、總體結(jié)構(gòu)不相同之處，可以將其劃分為兩種類型，其一為間斷級配，其二為連續(xù)級配；根據(jù)瀝青質(zhì)地差異，可以劃分為液體石油瀝青、道路石油瀝青、乳化石油瀝青、軟煤石油瀝青幾種類型。其中乳化石油瀝青又可分為慢凝石油瀝青、中凝石油瀝青、快凝石油瀝青幾種，多用于瀝青表面處理以及瀝青貫入式路面施工，可以透過常溫瀝青混合料面、透層與封層、粘層；而根據(jù)工藝實踐溫度差異，可以從熱拌熱鋪、常規(guī)溫度兩個層面進(jìn)行分析。

1.2 特性

從瀝青主要技術(shù)性能來看，瀝青混合料具有粘結(jié)性、耐久性、安全性、感溫性、塑性等特征。其中瀝青粘結(jié)性特指瀝青混合料的粘度、稠度、針入度，本質(zhì)上表現(xiàn)為瀝青粒子抵抗形狀異變的能力。瀝青混合料的針入度特指25 ℃溫度環(huán)境下附加100 g標(biāo)準(zhǔn)針垂直5 s貫入的深度(0.1 mm)，與稠度、粘度呈正相關(guān)，針入度大的瀝青混合料硬度較小。一般交通量大且高溫時間長、車輛行駛速度慢的路段多選擇針入度小的瀝青混合料，而交通量小、低溫時間長、日溫差與年溫差較大的地區(qū)多選擇針入度大的瀝青混合料，達(dá)到減少因溫度應(yīng)力誘發(fā)的瀝青混合料路面疲勞破壞目的。

瀝青混合料的耐久性特指瀝青混合料抗老化性能充足，多利用大氣穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性表示，如高溫老化后瀝青混合料殘留針入度比、殘留延度、質(zhì)量變化等，或者水煮下瀝青混合料粘附性。一般高等級瀝青混合料在水煮下粘附性較佳，抗水損害能力也較強。

瀝青混合料的安全性特指瀝青混合料在加熱熔化狀態(tài)下的安全溫度界限，是瀝青混合料安全應(yīng)用的保障，多用閃點表示。閃點較小的瀝青混合料在使用過程中加熱到一定溫度時揮發(fā)的油分蒸汽可以與空氣形成混合氣體，在遇到火焰的情況下出現(xiàn)閃火花甚至燃燒現(xiàn)象。比如，標(biāo)號110～160瀝青配置的瀝青混合料，可以在230 ℃以上加熱時出現(xiàn)閃火花現(xiàn)象；再如，標(biāo)號90的瀝青配置的瀝青混合料會在245 ℃以上的加熱環(huán)境下出現(xiàn)閃火花現(xiàn)象。

瀝青混合料的感溫性表現(xiàn)為瀝青混合料粘度隨溫度變化的感應(yīng)性能，具體表現(xiàn)為高溫時期不軟化、低溫時期不脆裂，又可稱之為溫度穩(wěn)定性，多用軟化點表征(瀝青混合料在高溫影響下軟化下垂的溫度)。一般承載力量較大、夏季高溫時間長且等級較多、車輛行駛速度較慢的路段，多選擇高軟化點的瀝青混合料；而交通量小、低溫時間長、日溫差與年溫差較大的地區(qū)多選擇低軟化點的瀝青混合料。

瀝青混合料的塑性特指低溫環(huán)境下的延度，與抗開裂性能呈正相關(guān)。一般冬季低溫時間長、日溫差與年溫差較大的地區(qū)多選擇低溫延度大即塑性較佳的瀝青混合料；而夏季高溫時間長且等級較多、車輛行駛速度較慢的路段可以選擇低溫延度小的瀝青混合料。

2 瀝青混合料的試驗檢測方法

2.1 馬歇爾試驗法

馬歇爾試驗法是檢測瀝青混合料穩(wěn)定性、粗集料骨架間隙率的有效方法，可以通過判定瀝青混合料油石比確定材料質(zhì)量。在該方法操作過程中，需要在規(guī)定溫度、濕度下，進(jìn)行瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)密實擊打，進(jìn)行混合料流值、穩(wěn)定度測驗、計算。試驗主要用工具為瀝青混合料自動馬歇爾試驗儀(最大載荷≥25 kN、加載速度50 mm/min±5 mm/min，鋼球直徑16 mm)、恒溫水槽(深度≥150 mm、控溫準(zhǔn)確度1.00 ℃)、真空飽和容器、溫度計(1.00 ℃)、卡尺與天平(感量≤0.10 g)。

在工具準(zhǔn)備完畢后，依據(jù)JTJ052的相關(guān)要求，利用公稱最大徑≤26.50 mm的粗集料、細(xì)集料、聚合物木纖維、瀝青料，制備直徑在101.6±0.2 mm、高為63.5±1.3 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件(1組4個或以上)。進(jìn)而利用卡尺，沿“十字”對稱四個方向，進(jìn)行試件邊沿10 mm位置高度以及中部直徑的測量并計算平均值。在確定試驗件直徑、高度與要求相符后，在恒定溫度水槽內(nèi)放置試件(距離水槽底部≥5 cm)、馬歇爾試驗儀上壓頭與下壓頭。一般對于黏稠、乳化類型的試驗用料(烘箱養(yǎng)生)，需調(diào)節(jié)控制水處理溫度在59～61 ℃之間；而對于乳化(空氣養(yǎng)生)、液體試驗用料，需要調(diào)節(jié)控制水處理溫度在24～26 ℃左右。持續(xù)35±5 min后，去除試件以及試驗儀壓頭，并將試件放置在下壓頭、上壓頭之間后加載，依據(jù)每分鐘45～55 mm的標(biāo)準(zhǔn)，雙面密實擊打50～75次。通過試驗儀自動記錄的荷載-變形曲線，可以得到流值為最大荷載值時的變形，穩(wěn)定度為最大荷載。

2.2 車轍試驗法

車轍試驗法是檢測瀝青混合料動穩(wěn)定性的主要方式，需要利用標(biāo)準(zhǔn)成型方法，制作長×寬×高為300 mm×300 mm×50 mm的試件。在試件制作完畢后，調(diào)整環(huán)境溫度至60.00 ℃，利用一個實心橡膠輪胎，以0.70±0.05 MPa的輪壓行走于試件上，進(jìn)行試驗件變形穩(wěn)定時期的測量。進(jìn)而計算每增加1.00 mm形狀異變所伴隨走動行進(jìn)的次數(shù)，即動穩(wěn)定度，單位為次/mm。一般試驗時可以選擇CZ-4型車轍試樣成型儀(走行速度6次/min、壓輪溫度室溫～200 ℃，行走次數(shù)0～999次，壓力范圍0～12 kN，輪線壓力9.00 kN)、專業(yè)車轍試驗用機(jī)器(機(jī)器包括15.00 mm橡膠層，外部直徑為φ200.00 mm，走動行進(jìn)間距為230.00±10.00 mm、碾壓速度41次/min～43次/min)以及變形測量裝置。

在車轍碾壓前，應(yīng)依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》要管要求，將試件模具放置到烘箱內(nèi)，于100 ℃加熱60 min取出，經(jīng)普通紙隔離后安裝框架，安裝后從邊緣至中部均勻裝填拌和完畢的瀝青混合料，裝填后利用預(yù)熱小型密實擊打錘由邊緣至中部密實擊打。獲得凸圓弧形的試件后，將碾壓輪預(yù)先加熱到100 ℃左右，在輪碾機(jī)平臺上放置試件，下放碾壓輪并進(jìn)行總載荷調(diào)整(9.00 kN)。進(jìn)而依據(jù)一個方向2次往返的方式，啟動輪碾壓。碾壓后，在59～61 ℃環(huán)境下，測定60 min內(nèi)(最大變形達(dá)到25.00 mm時)的動穩(wěn)定度。

2.3 謝倫堡瀝青析漏試驗法

謝倫堡瀝青析漏試驗法常用于材料黏結(jié)度測量，需要以較高溫度狀態(tài)為前提，以析出、瀝干為主要操作，以多余游離瀝青量為計算對象，進(jìn)行記錄、計算。通過計算確定試驗用材料所需的瀝青用量最高值。試驗時需要利用小型瀝青混合料拌和機(jī)、燒杯(800 mL)、烘箱、玻璃板、天平(0.10 g)、拌和機(jī)。在材料準(zhǔn)備完畢后，需要依據(jù)T0702的相關(guān)要求，在小型瀝青拌合機(jī)中按比例將粗細(xì)集料、纖維穩(wěn)定劑、礦粉、瀝青攪拌均勻。拌和后，利用潔凈而干燥、質(zhì)量已知的燒杯(m)裝填混合料，稱定總質(zhì)量m后將玻璃板蓋到燒杯上。進(jìn)而將燒杯放入烘箱內(nèi)，調(diào)整烘箱溫度為168～172 ℃，持續(xù)59～61 min。最后將燒杯取出并向下扣倒在玻璃板上，進(jìn)行扣除混合料后燒杯總質(zhì)量m稱量。最終瀝青析漏損失為：100×(-)(-)。

2.4 凍融劈裂試驗法

凍融劈裂試驗法較為常見，需要以25.0 ℃環(huán)境為前提，以水損害、劈裂破壞為主要操作，進(jìn)行劈裂破壞強度比值計算，判定水穩(wěn)定性。試驗前，需要準(zhǔn)備規(guī)定加載速度的材料試驗機(jī)(40 kN傳感器)、恒溫水槽(0.5 ℃)、恒溫冰箱(-18.0 ℃)、壓條以及劈裂試驗夾具。準(zhǔn)備完畢后，根據(jù)T0702要求，進(jìn)行試件制作，經(jīng)試驗儀密實擊打50次后，保存到室溫環(huán)境下。進(jìn)而在98.50±0.20 kPa真空條件下，維持15.00 min后恢復(fù)常壓，并放入水中，持續(xù)30 min后取出。再次放入裝有10.0 mL水的塑料袋內(nèi)，將塑料袋放入-18.0 ℃恒溫冰箱內(nèi)，維持15～17 h，去除后放入59.5～60.5 ℃恒溫水槽內(nèi)，保溫24.0 h。保溫后調(diào)整水槽溫度至24.5～25.5 ℃，依據(jù)每分鐘50 mm的加載速度進(jìn)行劈裂，記錄未進(jìn)行凍融循環(huán)試件、進(jìn)行凍融循環(huán)試件劈裂抗壓強度、試驗最大荷載、試驗高度后根據(jù)規(guī)范計算。

2.5 光電比色法

常規(guī)瀝青混合料水煮法多通過水中浸泡被瀝青膜包裹覆蓋的粗集料的方法模擬路面受水損害環(huán)境，檢測瀝青與集料粘附性、瀝青混合料抗水侵蝕的能力，這一方法雖然可以通過人為觀察判定瀝青膜剝落程度確定瀝青與集料粘附等級，但是無法定量測量瀝青剝落率。此時，為定量測量瀝青混合料剝落率，可以選擇光電比色法，利用光電分光光度計，將200 g瀝青包裹的集料(直徑2.5～5 mm)放置到0.01 g/L酚藏紅花溶液內(nèi)，在60 ℃環(huán)境下靜止放置2 h，利用分光光度計測定因水浸剝落的集料表面吸收溶液成分，可以完成瀝青膜剝落率的定量測量。

3 瀝青混合料的試驗檢測分析

3.1 試驗檢測背景

某道路橋梁工程為次干道，瀝青路面總長為14 500 m，面積為135 000 m。機(jī)動車道結(jié)構(gòu)面層包括AC-13型改性瀝青混凝土(細(xì)粒式)、AC-16型普通瀝青混凝土(中粒式)、AC-25型(粗粒式)普通瀝青混凝土、5.0%水泥穩(wěn)定碎石基層，各層的操作厚度依次為4.00 cm、5.00 cm、6.00 cm、25.00 cm。該工程橫坡為1.50%，路拱設(shè)計為正三次拋物線結(jié)構(gòu)，車道寬度為4.0～12.0 m。

3.2 試驗檢測操作

依據(jù)前述操作流程，在攤鋪后未碾壓的道路橋梁面層兩側(cè)1/2位置到1/3位置，利用鐵鍬，鏟出攤鋪層，按四分法取足夠樣。一般馬歇爾試驗需要取12～20 kg樣，取樣后雙面密實擊打50次，得出結(jié)果見表1；而車轍試驗需要取40.0～60.0 kg樣，取樣后依據(jù)前述操作流程，調(diào)整環(huán)境溫度在59～61 ℃之間，設(shè)定接地壓強為0.70 MPa，試驗輪往返碾壓速度42.00次/nub，試驗機(jī)修正系數(shù)為1，在60.00 min內(nèi)，以試件動穩(wěn)定性為對象，進(jìn)行測試、計算操作，得出結(jié)果見表2；謝倫堡瀝青析漏試驗、劈裂強度實驗均需要取15.0～25.0 kg樣，取樣后依據(jù)前述操作進(jìn)行試驗、計算。

3.3 試驗檢測結(jié)果

表1 馬歇爾試驗結(jié)果

如表1可知，馬歇爾試驗得出的試件穩(wěn)定度、流值、孔隙率均與密級配瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)值相符，表明瀝青混合料穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

表2 高溫車轍試驗結(jié)果

如表2可知，夏季月平均最高氣溫>30 ℃時的動穩(wěn)定度實測值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在此基礎(chǔ)上，查看試件為45.00 min、60.00 min時的變形量，分別為5.21 mm、5.78 mm，小于25.00 mm，與要求相符。

表3 瀝青析漏試驗及劈裂強度結(jié)果

由表3可知，瀝青析漏試驗損失、劈裂強度比滿足密級配瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，表明瀝青粘結(jié)度、水穩(wěn)定性與要求相符。

表4 瀝青光電比色結(jié)果

由表4可知，瀝青光電比色結(jié)果與密級配瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)值相符，表明瀝青水穩(wěn)定性與要求相符。

4 結(jié) 語

綜上所述，在瀝青混合料主要試驗項目已知的情況下，需要操作者依據(jù)當(dāng)前執(zhí)行的規(guī)范要求，每班次檢查1次以上，及時發(fā)現(xiàn)道路橋梁工程中瀝青混合料動穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、粘結(jié)性問題，及時改善瀝青配比或原料，保證道路橋梁工程中瀝青混合料性質(zhì)穩(wěn)定。