【技术】超薄改性沥青混合料UTA-10在预防性养护工程中的应用研究
摘要：本文以某公路试验路使用冷拌薄层罩面技术为依托，从原材料要求、级配选择、最佳油石比确定、试验路施工和检测等几个方面介绍了超薄改性沥青混合料UTA-10在预防性养护工程中的应用，为今后超薄改性沥青混合料UTA-10在预防性养护工程中的应用提供了参考。
关键词：超薄改性沥青混合料；UTA-10；预防性养护
1. 原材料检测
优质的原材料是沥青混合料具有优良路用性能的根本保证，用于路面预养护的超薄沥青混凝土胶结料性能要求高，且必须使用不易磨光的集料。
1.1 改性乳化沥青
所用的壳牌SBR改性乳化沥青试验结果及技术指标见表1。
表1 SBR改性乳化沥青试验结果及技术指标
|
指标 |
单位 |
试验结果 |
技术指标 |
试验方法 |
|
|
粒子电荷 |
-- |
阳离子（+） |
阳离子（+） |
T0653-1993 |
|
|
破乳速度 |
-- |
慢裂 |
慢裂 |
T0658-1993 |
|
|
筛上剩余量（1.18mm筛） |
% |
≤0.1 |
≤0.1 |
T0652-1993 |
|
|
恩格拉粘度 |
-- |
11 |
3～30 |
T0622-1993 |
|
|
贮存稳定性1d |
% |
0.4 |
≤1 |
T0655-1993 |
|
|
与矿料的粘附性，裹覆面积，不小于 |
-- |
≥2/3 |
2/3 |
T0654-2011 |
|
|
蒸发残留物 |
含量，不小于 |
% |
63.1 |
≥62 |
T0651-1993 |
|
针入度（100g，25℃，5s） |
0.1mm |
70 |
40～100 |
T0604-2011 |
|
|
软化点，不小于 |
℃ |
59.5 |
≥57 |
T0606-2011 |
|
|
延度（5℃），不小于 |
cm |
35.5 |
≥20 |
T0605-2011 |
|
|
溶解度（三氯乙烯），不小于 |
% |
≥98.5 |
≥97.5 |
T0607-2011 |
|
1.2 集料
集料是沥青混合料的关键材料之一，其力学性能是决定混合料强度性能的最重要因素，它的颗粒形状不仅影响混合料的构架，也直接关系到混合料的路用性能，沥青混合料用集料应该洁净、干燥、无风化、不含杂质，其物理和力学性质均应符合相应的道路等级的要求。
1.3 矿粉
沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等石料经磨细得到的矿粉，所采用的矿粉各项技术指标检验结果见表2。
表2 矿粉的试验指标与技术要求
|
指标 |
单位 |
试验指标 |
技术要求 |
试验方法 |
|
表观密度 |
t/m3 |
2.62 |
≥2.5 |
T0352-2000 |
|
外观 |
-- |
无团粒结块 |
无团粒结块 |
-- |
|
亲水系数 |
-- |
0.7 |
＜1 |
T0353-2000 |
|
塑性指数 |
-- |
3.6 |
＜4 |
T0354-2000 |
|
加热安定性 |
-- |
无颜色变化 |
实测记录 |
T0355-2000 |
2. 级配选择及组成
组成沥青混合料的原材料选定后，沥青混合料的技术性质在很大程度上决定于集料间的级配组成。沥青混合料由于集料的级配不同，可以形成不同的组成结构，用于表面层的沥青混合料除了需要有足够的稳定性外，其表面功能特性尤为重要，对于公称粒径较小的UTA-10沥青混合料而言，表面构造深度是表面功能品质考察的重点，为此，增加了级配中粗集料的含量。在已有研究的基础上，UTA-10级配的目标级配及级配组成见表3。
表3 UTA-10 目标级配及级配组成
|
集料规格（mm） |
4.75-13.2 |
0-4.75 |
矿粉 |
合成级配 |
UTA-10目标级配 |
||
|
比例（%） |
65 |
30 |
5 |
||||
|
筛孔（mm） |
原材料筛分结果（%） |
中值 |
上限 |
下限 |
|||
|
13.2 |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
100.0 |
100 |
100 |
100 |
|
9.5 |
79.4 |
100.0 |
100.0 |
86.6 |
90 |
100 |
80 |
|
6.7 |
15.7 |
98.7 |
100.0 |
44.8 |
40 |
50 |
30 |
|
4.75 |
2.3 |
93.6 |
100.0 |
34.5 |
30 |
40 |
20 |
|
2.36 |
1.5 |
63.8 |
100.0 |
25.1 |
27 |
36 |
18 |
|
1.18 |
1.3 |
48.8 |
100.0 |
20.5 |
22 |
30 |
14 |
|
0.6 |
1.2 |
35.6 |
100.0 |
16.4 |
18 |
25 |
10 |
|
0.3 |
1.0 |
21.3 |
100.0 |
12 |
13 |
20 |
7 |
|
0.15 |
0.8 |
14.7 |
98.6 |
9.9 |
9 |
12 |
6 |
|
0.075 |
0.7 |
7.6 |
86.3 |
7.1 |
6 |
8 |
4 |
3 最佳油石比确定
3.1 冷拌乳化沥青混凝土马歇尔稳定度试验方法
乳化沥青的马歇尔稳定度试验方法修正的要点在于试件的击实和养生、试件的试验条件以及试件拌和用水的确定，具体方法如下：（1）一组试样采用6个试件，常温试件与高温试件各3个。常温试件在室温下（15℃～25℃）模内和模外分别养生24h，然后在25℃条件下试压；高温试件在105℃烘箱中于模内养生24h，脱模后在室内静置24h，然后在60℃的条件下试压。（2）试件的拌和用水量是总用水量减去乳化沥青中的水和矿料中的水，在本试验中矿料已经烘干，采用预估改性乳化沥青用量为9%，通过拌合实验，确定外加水量。根据拌和过程中的难易程度、再生混合料的裹附程度确定外加水量为2.5%，总水量为：9*0.37+2.5=5.83%。（3）每个试件在制作时，首先在混合料试件拌制入模时，于试件上下两面各击实50次，经过24h模内养生后，在养护温度条件下，再于上下两面各补击25次，然后冷却脱模并在室温下养生24h。（4）高温养生试件在60±1℃的恒温水槽中浸泡30分钟后进行试验，常温养生试件置于25±1℃密闭恒温箱中30分钟后进行试验。上述修正要点是基于对乳化沥青混合料性能的研究和试验路面施工成型的实际情况提出来的。
3.2 最佳油石比确定
成型试件时以热拌沥青混合料估算的改性乳化沥青用量9%为初值，按1%增减改性乳化沥青用量，称取5组集料和改性乳化沥青，每组平行3个试件。采用25℃条件下的稳定度作为乳化沥青混凝土混合料初期强度的评定指标，而经过105℃高温养生的试件在60℃条件下的稳定度则作为乳化沥青混合料后期强度的评价指标。
最佳乳化沥青用量的确定可以参照公路沥青路面技术规范附录中热沥青混合料最佳油石比确定的方法确定冷拌沥青混合料最佳乳化沥青用量。为了进一步验证目标配合比设计的合理性，研究过程中对UTA-10沥青混合料的水稳定性能进行了验证。
进行浸水马歇尔试验时，各种类型的沥青混合料均以最佳油石比成型试件，试件分为两组，每组4个平行试件，一组在60℃恒温水槽中保温48h后测定其浸水稳定度，另一组以标准马歇尔试验方法测定其标准马歇尔稳定度，然后计算残留稳定度。沥青混合料浸水马歇尔试验结果与技术要求见表4。
表4 沥青混合料浸水马歇尔试验结果
|
沥青混合料类型 |
正常稳定度 （kN） |
浸水稳定度 （kN） |
残余稳定度 （%） |
残余稳定度技术要求（%） |
|
|
UTA-10 |
5.7 |
4.9 |
86.0 |
≥85 |
从表4的结果可以看出，浸水对UTA-10沥青混合料马歇尔稳定度影响很小，由此可见，UTA-10混合料的具有很好的水稳定性。通过对原材料进行测试，确定超薄沥青混合料UTA-10的级配组成。并采用修正的马歇尔试验确定冷拌改性乳化沥青超薄沥青混合料UTA-10的最佳油石比为9.2%。
4试验路施工和路面检测
采用冷拌薄层罩面技术铺筑试验段，沥青混合料级配采用UTA10型级配，油石比与室内试验相同，铺筑时间大约为2016年11月中旬，铺筑温度10℃左右，温度偏低。施工后发现：冷拌薄层罩面段质量一般，在上行道未出现明显病害，而在下行道部分横向施工缝处，出现明显的拥包、拌料剥离。对此处进行了钻芯取样以进行原因分析。初步分析原因是下行道后施工，气温更低，部分路段开放交通过早，混合料还没有完全形成强度。而且接缝没有处理好，导致混合料与原路面粘结力下降，出现推挤。对此试验路分三个断面，试验点均在右幅行车带处，表观平整，无明显病害，其采集的数据包括3项指标，一处芯样（拌料剥离处）。
4.1 构造深度试验
此次的构造深度试验采用手工铺砂法来取得的，见表5。
表5 互助线公路冷拌薄层罩面段构造深度数据
|
桩号 |
部位距右边（m） |
铺砂直径（mm） （平均值） |
构造深度（mm） |
|
|
单值 |
平均值 |
|||
|
K4+310 |
2.5 |
217.5 |
0.67 |
0.78 |
|
195 |
0.84 |
|||
|
195 |
0.84 |
|||
|
K4+400 |
2.2 |
200 |
0.80 |
0.79 |
|
202.5 |
0.78 |
|||
|
202.5 |
0.78 |
|||
|
K4+500 |
2.2 |
217.5 |
0.67 |
0.67 |
|
220 |
0.66 |
|||
|
215 |
0.69 |
|||
4.2 摩擦系数试验
此次摩擦系数试验采用摆式仪法来采集，数据如表6。
表6 互助线公路冷拌薄层罩面段摩擦系数数据
|
桩号 |
部位距右边（m） |
摆值FBT（BPT）（平均值） |
路面温度（℃） |
温度修正后摆值FB20 |
摆值评定值FB |
|
K4+310 |
2.5 |
80 |
14 |
64.4 |
60 |
|
82 |
13 |
58.4 |
|||
|
82 |
13 |
57.8 |
|||
|
K4+410 |
2.5 |
81 |
11 |
60 |
67 |
|
73 |
10 |
52 |
|||
|
80 |
11 |
60 |
|||
|
K4+510 |
2.5 |
72 |
12 |
67.2 |
67 |
|
71 |
13 |
65.2 |
|||
|
74 |
12 |
69.8 |
4.3 渗水系数试验
由于天气温度较低（地表温度10℃～15℃），橡皮泥防水性下降，并且路面光滑泛亮，故试验并未按试验章程测试5点，此次仅选取了2个代表位置进行测试3分钟时间内水的渗透量分别为60ml、78ml，经计算得到平均渗水系数为23ml/min。
5.结论
通过乳化沥青混凝土试铺发现，11月份施工，温度还是偏低，尽管不影响压实度，但是路面强度形成较慢。施工时一些车辆提前进入封闭区域，也造成了一些破坏。建议施工尽量选择温度高的日子，若温度较低可适当加温乳化沥青增强破乳能力。
