一种快捷的微表处施工含水量控制方法研究＊

吴玉财 李 智 李 苏

微表处已成为改善高等级沥青路面抗滑性能和密水性能的重要技术措施，它具有施工便捷、摊铺速度快、开放交通时间短，以及成本低、性价比高等优点［1－2］。但是近些年来微表处时常发生剥落、光面、泛油等病害。究其原因，施工过程中的质量控制环节存在技术不足，如缺乏实时快捷准确的关键指标控制手段，常常造成施工过程过于随意，导致沥青用量波动过大、含水量控制不准等问题［3－4］。

目前微表处施工质量控制呈现“事后控制”的状态，一般的做法是将现场的微表处摊铺后材料取回实验室进行试验，检测沥青含量、级配组成，但含水量大多进行粗略控制，或者现场简单用酒精炉进行燃烧测试，或者只是对原材料进行含水量的测定。

对此，本文采用浆体材料的稠度试验手段，利用水量与稀浆混合料和易性的关系［5－6］，间接判别动态施工中的微表处混合料的总含水量，进而建立一种快速、实时的含水量控制方法。

1 稠度试验

试验设备主要由截头圆锥体及底板组成，金属制，圆锥体上下口内径为38 mm及89 mm、高76 mm、壁厚2 mm。底板上有同心圆刻线。试验时，把圆锥体连同底板一起拿住倒转过来，使圆锥体大端向下立在地板上，然后立即向上提起圆锥体，让里面的混合料自然向下坍落。量取坍下的稀浆混合料边缘离中心圆边线的距离即为稀浆料的稠度，以c m计。见图1。

图1 稀浆混合料稠度仪

一般情况下，当稀浆材料的含水量较小时，试件能够较好地保持原状，不坍塌，随着含水量的增加，浆体内部颗粒间的粘结效应下降，当达到一定程度时，试件发生堆坍，试件的锥底直径变大。利用这一原理可以预测施工含水量。正常波动时，现场的稠度试验结果应与设计保持一致，含水量增大时，坍落后的稠度值应随之增大，反之亦然。

2 实验方案设计

2.1 原材料

本研究石料来源为海口福岭石场玄武岩，主要性能指标见表1。

表1 集料性能评价试验结果

沥青选用壳牌改性乳化沥青，其主要性能指标见表2。

表2 改性乳化沥青性能评价结果

2.2 级配选择

结合已有工程经验，并兼顾密实、抗滑构造和施工和易性设计微表处级配，具体设计级配见表3。

表3 室内实验级配各档通过率

现有的研究表明，关键筛孔的改变对混合料性能的影响比较显著，故在选择不同级配时，主要调整2.36 mm和0.075 mm 2个筛孔的通过率，进而对混合料的级配进行调整。其中级配1和级配2在设计级配的基础上，通过改变粉胶比的方式，对混合料的级配进行调整。级配3和级配4在设计级配的基础上改变混合料的粗细程度，进而改变混合料的级配。

2.3 试验方案

选定用水量、沥青用量作为可变量，每种试验变量选取5个因素水平。选择总水量（混合料内的全部含水量）为8.26%，10.26%，12.26%，14.26%，16.26%。在设计沥青用量的基础上选择9.5%，10.5%，11.5%，12.5%，13.5%5种 沥青用量。在此基础上，对不同用水量及沥青用量的混合料进行稠度试验。

3 稠度曲线建立及实验结果分析

首先选择一个油石比试验因素水平，变化不同含水量条件进行试验，其次，再变化油石比试验条件，重复试验。针对这些室内稠度试验结果，对不同实验条件下的实验结果进行趋势分析。试验结果见图2。

图2 设计级配的稠度值变化曲线

通过对图2分析可见，在相同沥青用量的情况下，改变总水量，其稠度也随之发生改变。以油石比7.13%的稠度曲线为例，随着混合料中总水量由8.26%逐渐增加到16.26%，在稠度曲线上，稠度值也相应地由0逐渐增加到3.5 c m。油石比为5.89%，6.51%，7.75%和8.37%的稠度值也随着含水量的增长而增加。显然，一方面整体曲线呈现前段增速快，中间舒缓，末端增速加速的趋势，即含水量小于10.26%阶段快，10.26%～14.26%之间相对舒缓，大于14.26%时又加速的规律。另一方面，同一含水量下，沥青用量增加时，稠度值也相应增长。

总之，在级配和沥青用量固定不变的情况，随着总水量的增加，稠度值也相应地增加，微表处混合料的施工和易性也逐渐增强。室内试验及施工的过程中也注意到，控制好总水量对微表处混合料的和易性至关重要，直接影响到微表处混合料的施工质量。

4 工程应用

本文依托广东省某高等级公路微表处养护施工项目，采用前述试验级配，设计总含水量为12.26%，设计油石比为6.8%，室内试验对应的稠度为1.5 c m。利用前述稠度曲线，在施工现场进行施工含水量动态质量控制，同时，取样进行室内试验校核。具体流程如下。

微表处施工前，采集现场混合后的集料进行筛分，从筛分的结果中可以看出，微表处混合料的级配能够满足设计级配的要求。此外，对摊铺机的沥青计量系统进行标定，结果显示沥青用量基本上能够控制在－3%～＋0.3%之间。

在此基础上，开展稠度试验方法的施工控制，首先在摊铺机正常启动摊铺时，每间隔固定的距离采集摊铺混合料，进行现场稠度实验，将观测到的稠度数值记录下来，见表4。

表4 未调整时的稠度值

结合室内建立的稠度曲线对采集到的稠度值所对应的含水量进行预判，从图2中的判断结果中可以发现，总水量约为15%（假设沥青用量控制在设计油石比的情况下），在现场基于此结果对微表处混合料摊铺车加入的水量减少2%（为了避免过大的质量波动，采取小幅调整的原则），再次采集稠度值见表5。

表5 第一次调整后的稠度值

对照稠度曲线上的数值可以看出，该稠度值对应的总水量约为13.5%，仍没有达到设计时所要求的稠度值，故继续调整总水量，令摊铺车加水时的加水量减少1%，继续采集现场的稠度数值。采集的稠度值见表6。

表6 第二次调整后的稠度值

从第三次采集到的数据中可以看出，经过两次加水量的调整，稠度值基本能够满足设计的要求。依据第三次调整的数值，进行现场混合料的摊铺，施工后的质量效果十分理想，表面干湿程度适中，和易性理想，无流淌和积水迹象，也不存在干涩拖料划痕的情况。

5 结论

（1）稠度曲线随着总含水量和沥青含量的增加，呈现不同程度的上升趋势：前段增速快，中间舒缓，末端增速加速的趋势，即含水量小于10.26%阶段快，10.26%～14.26%之间相对舒缓，大于14.26%时又加速的规律。同时也注意到，同一含水量下，沥青用量增加时，稠度值也相应增长。

（2）利用室内研究成果开展了多次含水量指标的调控，使得稠度指标接近于设计值，从而间接地保证了总含水量指标符合设计要求。进而建立以稠度曲线为依据，以稠度试验为手段的新的、快捷有效的微表处施工含水量动态质量控制方法。

［1］ 沙红卫，吴 铖.微表处改性乳化沥青的研制及其存储稳定性［J］.公路交通科技：应用技术版，2013（11）：36－38.

［2］ 蔡 旭，王端宜，陈小庭，等.改性乳化沥青对微表处混合料性能的影响［J］.公路，2011（2）：127－132.

［3］ 姚青梅.微表处施工技术探讨［J］.青海师范大学学报：自然科学版，2011（2）：88－93.

［4］ 张尤平，咸红伟.微表处施工质量控制技术研究［J］.市政技术，2011（29）：32－34.

［5］ JTGE42－2005公路工程集料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］ JTJ052－2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2011.