水泥沥青混凝土在高速公路通信工井周边路面修补中的应用

李香可

摘要：文章以南宁环城高速公路工程为例，将水泥沥青混凝土作为高速公路通信工井外围材料，经由现场施工验证等方式与国内现有的工井外围材料进行分析与比较，以评估水泥沥青混凝土应用于工井外围材料的可行性。试验结果显示，水泥沥青混凝土的感温性低，且在高温下可加速水化反应而产生有利于力学强度的发展，在水泥沥青混凝土的路面试验中均表现出较好的性能;应用于回填及修补材料方面，水泥沥青混凝土兼具高工作性与好开挖的特性，证明其应用于开挖频繁的工井外围具有较好的效果。

关键词：工井;修补材料;回填材料;水泥沥青混凝土

0 引言

市区道路由于道路交通频繁，工井设置密集，导致面层材料常因无法抵抗车辙而产生沉降量与路面高低差，其中尤以柔性路面材料最为明显。本研究以乳化沥青与水泥常温拌和成水泥沥青胶浆（CAP）作为粘结料，再与粒料拌制成水泥沥青混凝土。由于水泥沥青混凝土的力学特性界于刚性材料与柔性材料之间，将其应用于工井外围面层作为补强材料，对抵抗路面车辙与提升材料本身的力学性质与耐久性质定能有所助益。

1 项目概况

南宁绕城高速公路原称南宁环城高速公路，全长约82 km，于2003-12-28全線贯通。2016-07-31起，南宁绕城高速安吉互通立交至南北高速公路那马北互通立交段移交南宁市政府，并升级为那安快速路，周边部分落地段增设通信工井等配套结构设施，在施工后，由于种种原因，工井顶面与周边路面高差较大，故需采取一定手段补平此高差，确保行车安全。

根据建设单位、设计单位与施工单位三方联合研究决定，本次路面修补需根据实际试验情况确定最终修补材料。通过咨询多家本地科研团队后，决定选取热拌密级配沥青混凝土（DGAC）、树脂沥青混凝土（RAC）及水泥沥青混凝土（CAC）作为工井外围材料，经由现场试验段试验，评估试验效果后，找出适合本地区交通特性的工井外围材料及工法。

2 试验材料与试验控制

2.1 试验材料

2.1.1 粘结料

（1）水泥沥青胶浆：采用水泥沥青胶浆（CAP）。

（2）改质沥青Ⅲ型：采用某沥青公司所提供的改质沥青Ⅲ型（PMA3）。

（3）AC-20沥青胶泥：采用中石油公司所生产的沥青胶泥（AC20）。

2.1.2 粒料

（1）粗粒料：粗粒料是指停留在NO.8筛的粒料，由本地某预拌混凝土厂提供。

（2）细粒料：细粒料是指通过NO.8筛而停留在NO.100筛的砂，由本地某预拌混凝土厂提供。

（3）填充料：采用石粉，以取代停留与通过NO.200筛的粒料，由本地某材料商处采购。

2.2 试验变量

本研究为评估水泥沥青混凝土应用于工井外围材料的可行性，因此通过变换工井外围材料的种类而规划出3种材料进行探讨，组别配置为控制组与对照组共3种材料的配比设计。其中以密级配沥青混凝土（DGAC）与现今各管线施工单位所使用的树脂沥青混凝土（RAC）一同列为控制组，其中DGAC分别以AC-20沥青胶泥（AC20）及改质沥青Ⅲ型（PMA3）作为粘结料拌制成沥青混凝土，而将干拌水泥沥青混凝土（DCAC）作为对照组进行试验室材料试验，以探讨水泥沥青混凝土工井外围材料的力学性质、路面效果及耐久性质等[1]。

3 试验内容

3.1 水泥沥青胶浆（CAP）及干拌水泥沥青混凝土（DCAC）

本次研究所采用的水泥沥青胶浆（CAP）是以水泥（C）与乳化沥青（A）通过添加界面活性剂（FSP）拌和而成，主要探讨水泥与乳化沥青比例（C/A）、界面活性剂（FSP/A）用量及CAP的力学性质。本研究设计3组水泥沥青比例（C/A=1.0、1.1及1.2）及3组界面活性剂添加量（FSP/A=3%、3.5%及4%）共9组配比，再分别进行1 d、7 d及28 d龄期马歇尔试验值的量测，以决定本研究水泥沥青混凝土（DCAC）中CAP材料成分的最佳配比。本研究设定代号为DCAP。

3.2 密级配沥青混凝土（DGAC）

密级配沥青混凝土（DGAC）是采用现行常使用的密级配沥青混凝土应用于工井外围材料，以探讨其材料性质及路面效果。采用的配合设计方法为马歇尔配合设计法。马歇尔法配合设计方法为国内外最普遍采用的配比设计方法，此方法可参考规范为ASTMD1559，适用于试验室内的材料配合设计及工地的质量控制。

本试验决定最佳沥青含量方式，是将最大单位重、最大稳定值及4%孔隙率所对应的沥青含量予以平均，在确定各项性质符合规范后，其平均值即为最佳沥青含量[2]。

3.3 树脂沥青混凝土（RAC）

采用树脂沥青混凝土（RAC）试体制作时，将25 kg桶装打开取适当的树脂沥青混凝土用量，放入烘箱中（温度约145 ℃～150 ℃）中烘至恒重，再按照规范的试体制作方式制作试体，以自动夯压机夯实，制作6.35 cm高的马歇尔试体。

4 试验评估

4.1 磨耗试验

磨耗试验的主要目的在于评估多孔隙沥青混凝土受车辆轮压及摩擦力时，抵抗粒料的飞散能力[3]。通常磨耗率越小代表路面越具有耐久性。本研究将各试验组别进行磨耗试验，以检核其耐久性与服务效果。试验结果如表1及图1所示。依据试验结果显示：除DCAC组1 d龄期时平均磨耗率为63.15%外，其他组别平均磨耗率分别为：DCAC组7 d龄期平均磨耗率为22.69%、DCAC组28 d龄期平均磨耗率为9.69%、DGAC-PMA3组平均磨耗率为2.70%、DGAC-PMA3组平均磨耗率为3.39%及RAC组平均磨耗率为3.75%，均符合规范<25%的要求。主要原因为PMA3粘滞度较DCAP为高，且PMA3较具柔性，故磨耗率较低。

4.2 车辙试验

车辙轮迹试验是模拟行驶中车辆碾压路面所造成的垂直压密及横向推挤现象，试验时以特定的轮胎荷载作用于沥青混凝土试体上，并且反复滚动碾压，试验结果可用以评估沥青混凝土抵抗永久变形的能力[4]。为了解不同轮压对沥青混凝土车辙行为的影响程度，本研究以试验温度60 ℃，轮压16.8 kgf/cm 2进行车辙试验。试验结果如表1及图2所示。

依据试验结果显示，各组别中以DCAC组动稳定值最高、DGAC组次之，RAC组最低，而由DGAC中DGAC-PMA3组的动稳定值高于DGAC-AC20组。就整体试验结果而言，沥青混凝土动稳定值受到孔隙率、瀝青种类、粒料粒径及粒料级配等的影响甚大。而在比较各组别的动稳定值发展趋势后，DCAC组中可观察到动稳定值随龄期增加而增加，且7 d龄期动稳定值分别高于RAC组47.4%、DGAC-AC20组50.1%及DGAC-PMA3组37.6%，在28 d龄期时更分别高于RAC组62.8%、DGAC-AC20组84.3%及DGAC-PMA3组51.6%。

由于沥青混凝土为粘弹性材料，故其变形量为荷载作用时间的函数，变形量是由瞬时弹性变形、粘弹性变形与粘塑性变形组成。沥青混凝土卸除后，弹性变形立即恢复，粘弹性变形则随时间增加而逐渐恢复，塑性与粘塑性变形则因无法立即恢复而成为永久变形，此变形即为路面车辙的主要原因之一。DCAC组主要由于乳化沥青内的水分，可提供水泥水化所需的水分，增加其抵抗永久变形的能力，且可限制沥青胶泥受温度软化的塑性变形，使得粒料受力减少相对位移，因此DCAC组的车辙较其他组别车辙量为小。

5 结语

本文对南宁环城高速公路现状工井周边路面情况进行了分析，并结合实际情况提出了几种路面修补的材料方案，并通过现场试验采集数据进行对比分析，得到如下结论：

（1）水泥沥青胶浆（DCAP）基本性质试验结果为水泥含量与DCAP强度成正比，与DCAP工作性成反比，若DCAP欲在高水泥含量下得到良好的工作性则需增加界面活性剂的用量。

（2）常温拌和的DCAP浆体性质不具感温性，且由于添加水泥的缘故，材料于高温下强度并未折减，反而加速水化反应而提高早期强度。路面效果方面，DCAC内水泥的水化反应可限制沥青胶泥受温度软化的塑性变形，减少粒料间的相对位移而提高抵抗车辙的能力。

（3）整体而言，干拌水泥沥青混凝土（DCAC）在路面效果及耐久性质的表现均较目前国内补强材料佳，且经试铺验证效果良好，故DCAC可应用于工井外围材料。[KG-1mm][XCW.TIF，JZ]

参考文献：

[1]单 社.浅谈现场热再生技术在高速公路沥青混凝土路面修补中的应用[J].甘肃科技，2012，28（16）：141-144，131.

[2]梅建峰，朱锦海.浅谈环氧混凝土在通信井维修中的应用[J].江苏交通科技，2013（6）：18-19.

[3]马步方，张 魁.单层沥青混凝土在高速公路水泥路面罩面工程中的应用[J].科技创新与应用，2014（35）：238-240.

[4]郭素军.裂缝密封胶在京秦高速公路路面坑槽和伸缩缝修补中的应用[J].交通世界，2009（11）：66-67.