坛百高速公路路面微表处混合料配比设计及应用

马月梅，周献高

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西　南宁　530029)

坛百高速公路路面微表处混合料配比设计及应用

马月梅，周献高

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530029)

马月梅(1980—)，女，工程师，主要从事道路、桥梁工程试验检测工作。

摘要：微表处是路面预防性养护的主要手段，文章以广西坛百高速公路路面车辙修复工程为例，结合当地的交通和气候条件，介绍了微表处混合料的配比设计及使用方法，为当地微表处技术工艺应用提供参考依据。

关键词：改性乳化沥青；级配设计；稀浆混合料；设计；应用

0引言

我国地域辽阔，自然因素变化复杂，从北向南分别处于寒带、温带和热带，而广西就属于南亚热带季风气候，夏长冬短、雨热同季，光、温、水气候资源丰富。多年年均气温21.4 ℃，极端最高气温40 ℃，极端低温-2.5 ℃。年均有霜期5 d；多年平均降雨量为1 310.4 mm。平均蒸发量为1 396.5 mm。在这样的气候条件及现代化的经济发展快速增长下，道路在交通量、轴重均大幅增加，及沥青路面对气温、雨水、日照等自然因素十分敏感，各种病害类型出现相对较高，在提升道路服务水平，恢复道路服务功能，进行病害处治时也相应采取对策及防范，而对于在保持交通不间断，同时保证施工的可操作性和安全性病害处治方面，沥青路面大面积轻度车辙需进行修补时，采用微表处填补或路面罩面处治就具有无需养护时间，快速开放交通，提高路用性能的优点。

1工程概况

坛百高速公路是广西南宁市至百色市的一条高速公路，是国家高速公路网G80广昆线的重要组成部分。道路于2007年建成通车以来，随着经济迅速发展，交通量不断增长，道路随之出现不同程度病害，其中车辙是该道路沥青路面病害的主要破坏现象之一，为改善道路的行车舒适性及安全性，决定对该道路进行维修处治。本次通过调查所在地区的地理环境、气候条件和车辙状况，针对南方高温多雨地区的气候特点，分析其出现车辙的主要原因，研究适合该道路的车辙修补技术，形成整套车辙修复技术体系。

2试验材料与方法

2.1　改性乳化沥青

表1　改性乳化沥青性能检测结果表

本实验所用基质沥青为广东茂名A级70号道路石油沥青，A级70号道路石油沥青符合道路石油沥青技术要求，则改性乳化沥青的配制为：(1)乳化剂CMK-20：1.8%；(2)改性剂SBR胶乳：3.0%；(3)水：35.2%；(4)基质沥青：60%；(5)PH值：1.8。改性乳化沥青各项指标经检测后结果见表1。

考虑到工程所处地区为南方炎热地区，对沥青路面的热稳定性和抗车辙能力要求较高，且道路交通量、轴重均较大的情况下，改性乳化沥青蒸发残留物的软化点选择控制在57 ℃以上，其他技术指标通过检测均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中改性乳化沥青的技术要求。

2.2　集料试验

集料选用百色市田东县采石场的辉绿岩，其具有坚硬、耐磨耗的良好性能，用于路面微表处能很好地提高路面的抗冲击、抗滑性能，集料经试验检测后得出的各项指标见表2。

表2　粗细集料检测结果表

从表2可知，辉绿岩的压碎值、磨耗损失较要求值小，能很好地提高路面的抗滑性能，恢复路面表面功能。

2.3　矿料级配设计

为更好地提高道路使用性能，提升道路服务水平，改善行车舒适性，微表处将用于道路的车辙填补和罩面处治工程，结合当地气候条件及车辙状况，分别采用微表处MS-3型和MS-4型级配。根据0~3 mm、3 mm~5 mm和5 mm~10 mm三种材料的筛分结果以及微表处MS-3型和MS-4型级配范围要求，可确定该微表处填补车辙和罩面处治工程所用的矿料级配设计MS-3型为0~3 mm∶3~5 mm∶5~10 mm=37∶38∶25(质量比)，MS-4型为0~3 mm∶3~5 mm∶5~10 mm=35∶35∶30(质量比)。

2.3.1矿料筛分结果

表3　矿料筛分结果表

由矿料筛分结果(见表3)可知：0~3 mm的矿粉能有效改善矿料的级配，同时5 mm以下部分的矿料含量对于稀浆混合料改性剂发挥的改性效果起显著影响。可通过筛分了解各型号原有的级配情况，为稀浆混合料的矿料组成级配设计提供参数。

2.3.2矿料级配设计

2.3.2.1矿料级配设计结果

矿料级配设计结果见表4~5。

表4　MS-3型设计级配结果表

表5　MS-4型设计级配结果表

结合本工程道路的车辙状况以及交通量、轴载组成状况，对MS-4型矿料级配组成设计时采用国际稀浆罩面协会的Ⅳ型级配范围。

2.3.2.2设计级配曲线图

设计级配曲线见图1~2。

图1　微表处MS-3型级配曲线图

图2　微表处MS-4型级配曲线图

3稀浆混合料初拟配合比设计

3.1　拌和试验

由于微表处施工时是通过专门设备调配成稀浆混合料后冷铺冷拌而成厚度为1 cm左右的薄层沥青混合料，因此要求稀浆混合料的成浆状态和可拌和时间较严，通过将油石比按5%、6%、7%、8%进行拌和，了解稀浆混合料的配伍性情况，从而为混合料的搅拌及施工摊铺时间控制提供可靠保证。各油石比拌和时间试验检测结果见表6。

表6　拌和试验结果表

从表6的拌和试验结果可以看出，在保证稀浆混合料的成浆状态能满足施工摊铺条件和稀浆稠度适宜的情况下，通过调整改性乳化沥青及水的掺入量，稀浆混合料的可拌和时间均能够满足技术指标要求。

3.2　破乳时间试验

稀浆混合料摊铺到路面至混合料表面用吸水纸轻压后看不到褐色斑点的时间为破乳时间，是决定稀浆混合料摊铺到路面能否成型的施工控制条件。试验结果见表7。

表7　破乳时间试验结果表

由破乳时间试验检测结果(表7)可看出，稀浆混合料通过调整不同的改性乳化沥青及水的掺入量，能使破乳时间达到相同时间，为稀浆混合料的施工成型提供有利的时间准备。

3.3　粘聚力试验

受施工不封闭的条件要求，对于稀浆混合料施工后的初凝时间和开放交通时间提出了更高要求，然而如何掌握稀浆混合料具备开放交通时间的条件，可通过对稀浆混合料的粘聚力是否满足技术要求进行控制，各油石比按要求进行拌和后进行的粘聚力试验检测结果见表8。

表8　粘聚力试验结果表

从表8可以看出，稀浆混合料的粘聚力满足技术指标30 min(初凝时间)1.2(N/m)、60 min(开放交通时间)2.0(N/m)的要求。

3.4　湿轮磨耗试验和负荷车轮粘砂试验

通过在成型后的稀浆混合料上用湿轮磨耗仪磨耗一定时间后，测定试件磨耗前后单位磨耗面积的质量差，用于确定稀浆混合料的最小沥青用量和评价混合料配伍性以及混合料的抗水损坏能力。为了确定稀浆混合料最大沥青用量，需进行负荷车轮粘砂试验。对用于车辙填补的MS-3型混合料和罩面处治的MS-4型混合料，各油石比按要求进行拌和后，其湿轮磨耗损失和负荷车轮的粘附砂量情况见表9~10。

表9　MS-3型湿轮磨耗试验和负荷车轮粘砂试验结果表

表10　MS-4型湿轮磨耗试验和负荷车轮粘砂试验结果表

表9~10的试验结果为确定稀浆混合料的最小沥青用量和最大沥青用量提供了参数依据。

4确定稀浆混合料最佳油石比

根据拌和试验表(见表6)、破乳时间试验表(见表7)、粘聚力试验表(见表8)的试验结果并结合稀浆混合料的外观状态，4个不同的油石比5%、6%、7%、8%在进行各项性能试验检测后，以MS-3型和MS-4型不同油石比的1 h湿轮磨耗值及粘附砂量绘制成关系曲线，见图3~4，以1 h湿轮磨耗值接近540 g/m2时的油石比6%作为最小油石比Pb min，粘附砂量接近450 g/m2时的油石比8%为最大油石比Pb max，得出油石比的可选择范围为6%~8%。

通过得出的油石比可选范围6%~8%及该微表处罩面处治工程的要求，综合原路面状况、当地气候及交通因素，选出适宜的油石比为6.5%，在该油石比下的稀浆混合料各项性能指标均满足该项施工工艺的要求。

通过确定各材料各项指标及矿料级配成果，以及最佳油石比后，稀浆混合料配合比为矿料∶沥青=100∶6.5，总用水量包括改性乳化沥青中水量和外加水量。MS-3型和MS-4型稀浆混合料配合比见表11~12及图3~4。

表11　MS-3型稀浆混合料配合比表

注：水泥外掺质量占矿料质量的2.0%。

表12　MS-4型稀浆混合料配合比表

注：水泥外掺质量占矿料质量的2.0%。

图3　MS-3型稀浆混合料沥青用量曲线图

图4　MS-4型稀浆混合料沥青用量曲线图

5施工应用

通过对坛百高速公路的车辙修复及罩面处治工程施工，经检测微表处各项指标均符合质量检验要求。

6结语

(1)改性乳化沥青同矿料拌和时，加入的水对沥青起稀释作用，降低了沥青乳液的黏度，使之能更好地流动分散，加之沥青微粒与矿料表面的离子电荷吸附作用，能使沥青微粒完全裹覆在所有矿料的表面上，形成一定厚度的沥青薄膜，使沥青在骨料表面均匀分布，形成既有足够的结构沥青粘附矿料，又无过多的自由沥青，从而保证稀浆混合料硬化后的热稳性和强度。因此，对于加水量宜结合施工温度，矿料含水量等情况适当调整，保证稀浆混合料的成浆和易性，从而保证道路的路用性能、使用寿命等。

(2)微表处混合料用矿料质量其4.75 mm以下部分的砂当量指标关系着改性剂的发挥改性效果，因此需对微表处用矿料的砂当量从严要求。

(3)水泥为化学活性的填料，可适当调整用量，从而调节混合料的可拌和时间、稠度等施工性能。

(4)添加剂影响混合料的施工性能及混合料的路用性能，应根据实际情况通过试验进行科学的选择。

(5)微表处施工为边摊铺边上料连续不间断施工，为保证施工的顺利进行，保证施工质量，因此拌和试验时搅拌速率应与施工机械的搅拌速率接近，同时在施工前先调制好各种材料的配合比，摊铺效果、配备的专用V字形车车辙摊铺槽等均满足施工条件要求后才能进行车辙填补或罩面处治施工。

参考文献

[1]交通部公路科学研究院.微表处和稀浆封层技术指南[R].

[2]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[3]JTG E42-2005，公路工程集料试验规程[S].

Gradation Ratio Design and Application of Micro-surfacing Mixtures in Tanbai Expressway Pavement

MA Yue-mei，ZHOU Xian-gao

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Abstract：Micro-surfacing is the primary means for preventive pavement maintenance，and with Guangxi Tanbai Expressway pavement rutting restoration project as the example，and combined with local traffic and weather conditions，this article introduced the gradation ratio design and application method of micro-surfacing mixtures，thereby providing the reference basis for the applications of local micro-surfa-cing process technology.

Key Words：Modified asphalt emulsion；Gradation design；Slurry mixtures；Design；Application

收稿日期：2014-10-10

文章编号：1673-4874(2015)02-0004-05

中图分类号：U416.2

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.002

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