微表处沥青混合料性能研究

摘 要:主要介绍了微表处所用材料的技术要求以及配合比设计流程,微表处混合料配合比设计中所存在的问题,通过借鉴热沥青混合料设计的方法改善微表处混合料最佳沥青用量的指标。在此基础上通过车辙实验、冻融飞散、试验对微表处的路用性能进行了评价。

关键词:微表处混合料 配合比设计

中图分类号:TU53文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 05-018-02

科学的养护对策应该是以预防性养护为主,修补性养护为辅,即在路面将要出现或者尚未出现病害之前进行预防性养护,做到防患于未然,降低维修费用,并使道路保持良好的服务状态。然而现有的维修养护技术都是来自中低等级公路,沿用了普通公路的维修养护方法。如补坑、封闭交通、热沥青混合料薄层罩面等,这些维修方法不但严重影响交通,而且成本高,封闭交通时间长,材料质量差,使用寿命短,有些地方用于中低等级的公路维持时间也较短,很难适用于高等级公路的重载,快速交通的要求。所以我们需要一种适合高等级公路的养护技术。

1原材料的选择

1.1集料

微表处应选择轧制而成的硬质石料,而且应尽量选择砂当量高的集料,以保证提供经久耐磨的抗滑表面。本文所用矿料选择玄武岩和石灰岩搭配,玄武岩可以提供良好的耐磨性能,石灰岩可以降低成本。

1.2改性乳化沥青

微表处混合料中起粘结作用的是所用改性乳化沥青中的沥青材料,因此制备改性乳化沥青所选用的基质沥青应符合道路石油沥青标准,改性乳化沥青应符合JEG F40-2004中表4.7.1-2的BCR的要求。微表处铺设后的成型时间可以控制在一小时左右。

1.3微表处混合料各组成材料的用量范围

国际稀浆封层协会(ISSA)规定的微表处材料用量范围如表1所示。

1.3.1石油比范围

对我国微表处应用的情况调查发现,型级配单层摊铺厚度一般在8mm~10mm之间,MS-2型微表处单层摊铺厚度在4mm~7mm之间。

1.3.2水泥、消石灰用量范围

水泥、消石灰的作用主要是改善混合料的拌合性能和成型速度,并在一定程度上调整集料的级配,但剂量不宜过多。剂量过大,一方面会使混合料的拌合和性能和混合料稠度受到影响,同时也会是成型后的混合料变脆。国际稀浆封层协会和日本微表处技术指南中对水泥或其他填料的用量均规定为0%~3%,我国普通稀浆封层的填料用量范围也是0%~3%。笔者调查发现,国内微表处混合料中水泥、消石灰的用量一般不超过1.5%,多数在0.5%~1%之间。考虑到特殊情况下的需要,剂量在0%~3%的范围是合适的。

1.3.3外加水量范围

外加水的目的主要是为了满足拌合时间和拌合状态的要求,在满足要求的情况下尽量减少水的用量。一般情况下,如果微表处混合料中外加水剂量低于5%后仍然能够满足拌合时间的要求,那么混合料的成型速度很有可能满足不了以下要求:如果混合料中外加水量超过了15%才能满足拌合时间的要求,一般情况下混合料的拌合状态会比较差,可施工时间短。我国普通稀浆封层的外加水量范围规定为6%~11%,接近日本标准的要求。对改性剂剂量的下限提出要求,主要是为了保证改性乳化沥青的路用性能,国际稀浆封层协会微表处技术指南ISSA-A143中规定微表处改性乳化沥青的改性剂剂量不应低于3%,而日本标准中没有这一要求。

2微表处混合料配合比设计的步骤

(1)根据选择的级配类型,确定矿料的级配范围。计算各种集料的配合比例,使合成级配在要求的级配范围内。

(2)根据以往的经验初选乳化沥青、填料、水和外加剂的用量,进行拌和试验和黏聚力试验。ISSA稀浆封层设计指南中(NO.111)中,对于普通的稀浆封层,认为日均交通量(ADT)在0~500(轻交通)时,粘附砂量的界限值为70g/ft2,ADT在250~1500之间(中交通)时,粘附砂量的界限值为60g/ft2,ADT在1500~3000+(重交通)时,粘附砂量的界限值为50g/ft2。可见,随着交通量的增加,稀浆封层油石比上限值是不断降低的。尽管微表处混合料设计中粘附砂量的要求值为50g/ft2(540g/m2),但在设计时,如果微表处用于重载,大交通量公路时,宜采用较少的油石比。

(3)图解法确定石油比存在的问题我国稀浆封层施工规程中混合料石油比的确定参照了国际稀浆封层协会中稀浆封层混合料的设计方法,如下图3-1所示的图解法,石油比的容许范围确定在由粘附砂量所得出的最大沥青用量Amax与湿轮磨耗值所得出的最小沥青用量之间。因此,国内多数单位在设计微表处混合料和普通稀浆封层混合料时,都采用图解法定所谓的“最佳沥青用量”。

(4)微表处混合料飞散试验的研究标准飞散试验可用于确定沥青路面表层使用的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA),排水式大空隙沥青混合料,抗滑表层混合料,沥青碎石或乳化沥青碎石混合料等所需的最少沥青用量。以上路面的表层材料往往表层构造深度大,粗集料外露,空隙中经常充满了水,在交通荷载的反复作用下由于集料与沥青的粘结力不足而引起集料的脱落、掉粒、飞散并成为坑槽的路面损坏,是常见的一种严重的沥青路面破坏现象,为了防止这种破坏,在进行配合比设计时辅以飞散试验进行检验室必要的。通过以上曲线可以发现,随着石油比的加大飞散损失也随之减小,从某个石油比(曲线拐点)以后混合料的飞散损失基本没有大的变化,以上各混合料分别从石油比为6.7%,6.3%,7.2%。7.0%以后飞散基本不再发生大的变化,这说明随着石油比的继续增大飞散损失也不会大幅减少,说明混合料之间的粘结力也不会发生大的变化,本文拟提出以曲线拐点来作为微表处混合料配合设计比的最小沥青用量,也可把此值作为最佳沥青用量值。

3结语

实践表明微表处具有适合于重载交通的路面、提高路面的耐久性和抗滑性能、施工速度、封闭交通时间短等许多优点。微表处技术作为高等级公路的一种理想的养护和预防性养护方法,比热沥青薄层罩面具有更好的封层效果,能更好的防止路表水的下渗,从而更好地保证路面结构的使用性能,在路基路面稳定的前提下,国外优质的微表处使用寿命可达5年,与热沥青薄层罩面寿命相当。因此,微表处技术具有很好的应用前景和显着的经济效益。

参考文献:

[1]徐剑.沥青路面微表处养护技术的研究[D].东南大学博士学位论文,2002年.

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