【技术】浅谈薄层罩面混合料配合比设计的原材料要求
摘要：薄层罩面是一种超薄沥青混凝土磨耗层技术，主要用于高等级沥青或水泥路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护。本文基于薄层罩面的技术特点，主要介绍了薄层罩面混合料配合比设计的原材料要求，为今后薄层罩面技术的推广提供了参考。
关键词：薄层罩面；配合比；原材料
薄层罩面技术应用的好坏主要取决于薄层罩面配合比的设计，薄层罩面混合料配合比的良优主要取决于薄层罩面混合料原材料的选取。下面就薄层罩面混合料原材料的选取谈几点要求。
1.粗集料
沥青混凝土薄层罩面的厚度决定其集料的最大公称粒径不宜过大,一般为9.5mm或13.2mm。由于薄层罩面沥青混合料类型采用间断型级配且作为磨耗层，其配合比设计时应选择品质较好且粒径偏大的粗集料，最好选择玄武岩，若无玄武岩也可使用辉绿岩。
粗集料的技术性能指标应满足现行的《公路沥青路面施工技术规范》的有关规定应无风化，洁净无杂质、均匀一致、干燥无水、并具有足够的强度、耐磨耗、抗冻性、耐磨光性、耐腐蚀性、抗冲击性、抗破碎性以及与沥青良好的黏附性，且必须严格控制粗集料的扁平颗粒含量。须选用反击式或锤式破碎机加工的碎石，不得采用鄂式破碎单机加工的碎石，且不允许使用破碎砾石为粗集料。粗集料的各项指标要符合表1的标准。
表1 粗集体料性能指标
|
技 术 指 标 |
技 术 要 求（%） |
试 验 方 法 |
|
坚固性 |
≤2 |
T 0314-2000 |
|
单个破碎面 |
≥00 |
T 0346-2000 |
|
两个或多个破碎面 |
≥0 |
T 0346-2000 |
|
洛杉矶磨耗损失 |
≤8 |
T 0317-2000 |
|
微型狄法尔磨耗损失 |
≤8 |
ASTMTP 58-00 |
|
细长扁平颗粒含量（3:1) |
≤0 |
T 0312-2000 |
沥青混凝土薄层罩面作为磨耗层，直接承受行车荷载，这就要求沥青混凝土薄层罩面具有较高的耐磨性。对路用性能影响最大的是粗集料的品质，目前，主要采用微型狄法尔法、美国的洛杉矶法评价集料抵抗磨耗损失的能力。集料的磨耗损失越小，集料也就越坚硬，其耐久性、耐磨性也就越好；集料的磨耗损失量越大，意味着集料抵抗磨耗损失能力越小、其软弱风化也就越严重。
此外，沥青混凝土薄层罩面易釆用间断级配，这就要求粗集料的嵌挤能力要比其他级配类型的高，磨耗损失指标也应有所提高，必须在满足洛杉矶磨耗的要求下，再按照ASTMTP58-00进行微型狄法尔磨耗试验。试件浸lh后，放入内部高度为170±2mm，内径194±2mm，转速为100n/m，容积为5L的微型狄法尔磨耗试验机中，进行试验时需在试验机中放入5kg，直径9.5mm的钢球和2L的水，开动仪器进行搅拌试验完成后将集料烘干筛分，通过1.18mm筛的质量与试件质量的比值即为磨耗损失。
微型狄法尔磨耗试验在水中进行,主要是因为有些集料浸水后磨耗损失会更大一些。根据美国的试验经验，有些集料能够满足洛杉矶磨耗试验技术指标，但是达不到微型狄法尔磨耗试验的技术指标。故微型狄法尔磨耗损失更为严格，可作为强制性要求。
2.细集料
沥青混凝土薄层罩面用的细集料必须采用机制砂，可以是石灰岩或玄武岩。沥青混凝土薄层罩面不允许采用天然砂。根据国际标准建议的细集料的技术要求如表2和3所示。
表2 细集料性能指标
|
试验 |
试验方法 |
规范要求 |
|
砂当量% |
T 0334-1994 |
60min |
|
亚甲蓝值mg/g |
T 0349-2005 |
lOmin |
|
细集料棱角性试验% |
T 0344-2000 |
40min |
表3 细集密度实验结果
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规格 |
湿密度（g/cm3） |
毛体积相对密度 |
吸水率（%） |
|
0-3 |
2.731 |
2.677 |
0.67 |
3. 矿粉
矿粉容易受潮吸水，储存的地方应保持干燥，沥青混凝土薄层罩面用矿粉质量应符合下表4技术要求。
表4 矿粉质量技术要求
|
项 目 |
单 位 |
技 术 要 求 |
|
外观 |
— |
无团粒结块 |
|
视密度 |
g/m3 |
＞2.5 |
|
含水率 |
% |
＜1 |
|
＜0.6 |
mm |
100 |
|
＜0.15 |
mm |
90-100 |
|
＜0.075 |
mm |
80-100 |
|
亲水性 |
% |
＜1 |
粉胶比过大，沥青混合料的和易性不好，且对路用性能产生不利的影响，因此，在薄层罩面的沥青混合料的配合比设计中，要求矿粉的用量小于有效沥青含量的1.2倍。
4. 沥青结合料
由于沥青混合料空隙率大，易受水、日光、空气等因素的影响，为防止沥青混合料的快速老化，沥青膜要有足够的厚度来抵抗各种损害，因此需要使用能形成厚沥青膜的高黏度沥青。这就要求使用的沥青对集料不仅具有更强的包裹力和粘附性，而且还应具有较强的抗剥落性。表5和6所示分别为美国Novachip罩面聚合物高粘改性沥青和沥青结合料的技术要求。
表5 聚合物高粘改性沥青技术要求
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试验 |
单位 |
试验方法 |
规 范 |
|||
|
赛波特粘度试验25℃ |
s |
ASTM D244 |
T0623-1993 |
20-100 |
||
|
贮存稳定性试验24h |
% |
ASTM D244 |
T0656-1993 |
l.Omax |
||
|
筛上剩余量试验 |
% |
ASTMD244 |
T0652-1993 |
0.05max |
||
|
蒸馏固含量试验 |
% |
ASTMD244 |
63.0min |
|||
|
蒸馏后石油馏分 |
% |
ASTMD244 |
2.0max |
|||
|
破乳速度 |
35mL，0.02N, CaCl2 |
ASTMD244 |
40 |
|||
|
35mL, 0.8%,汽溶胶 OT |
ASTM D244 |
40 |
||||
|
蒸馏残留物性能试验 |
||||||
|
针入度（25℃，100g，5s）0.1mm |
ASTM D5 |
T0604-2000 |
60-150 |
|||
|
溶解度（三氯乙烯） |
% |
ASTM D2042 |
T0607-1993 |
97.5min |
||
|
延度（10℃,5cm/min） |
cm |
ASTMD113 |
T0605-1993 |
40min |
||
|
弹性恢复, 10℃ |
% |
AASHTT301 |
60min |
|||
注：如果现场施工效果较好，可以不进行筛上剩余量试验。进行改性沥青试验时，最高温度到200℃±6℃,并保持15分钟。
表6 沥青混合料技术指标
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试 验 |
试验方法 |
规 范 |
||
|
针入度，25℃, 100g, 5s, 0.1mm |
ASTM D5 |
T0604-2000 |
50min |
|
|
软化点TR&B, ℃ |
ASTM D36 |
T0606-2000 |
65min |
|
|
密度15 ℃, g/m |
ASTM D70 |
T0603-1993 |
实测 |
|
|
延度5°C, 5cm/min, cm |
ASTM D113 |
T0605-1993 |
20min |
|
|
48h离析，℃ |
ASTM D5976 |
Y0661-2000 |
2max |
|
|
旋转粘度135℃，Pa.s |
ASTM D4402 |
T0625-2000 |
3max |
|
|
测力延度比4℃,5cm/min,% |
ASTM D226 |
0-3min |
||
|
弹性恢复25℃,% |
ASTM D6084-97 |
T0662-2000 |
70min |
|
|
旋转面加热试 验残留物163℃ 75min |
质量损失% |
ASTM D2872 |
T0610-1993 |
l.Omax |
|
针入度比% |
ASTM D5 |
T0604-2000 |
60min |
|
|
延度5℃ |
||||
|
5cm/min,cm |
ASTM D113 |
T0605-1993 |
15min |
|
根据薄层罩面混合料使用环境和技术要求，在选择沥青品种时应注意以下几个方面：
（1）黏附性大（高韧性、高抗拉强度)。为保证沥青混合料的路用性能，沥青应具有较高的包裹力及黏附性。
（2）耐候性强。由于沥青混合料空隙率大，易受水、日光、空气等因素的影响，为防止沥青混合料的快速老化，沥青膜要有足够的厚度来抵抗各种损害，因此需要使用能形成厚沥青膜的高黏度沥青。
（3）软化点较高。在重交通路上应用时，混合料具有较高的抗车辙能力，因此需要使用软化点为60℃度以上的沥青。
沥青混凝土薄层罩面是一种新型的路面养护技术，国内对其组成材料的选择还没有一个规范性的标准。国内南雪峰等经过试验研究提出了沥青混凝土薄层罩面组成材料的参考技术指标，如表7所示。
表7沥青混凝土薄层罩面乳化沥青技术要求
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项目 |
技术要求 |
试验方法 |
||
|
同步施工 |
分步施工 |
|||
|
黏度（赛波特）25℃,s |
200～100 |
10～80 |
||
|
储存稳定性试验24h,% |
＜1 |
＜1 |
||
|
筛上残留物% |
＜0.05 |
＜0.05 |
||
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蒸发残留物含量% |
＞63 |
＞60 |
AASHTO T59 |
|
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蒸发残留物油分含量% |
＜2 |
＜2 |
||
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破乳速度35℃ |
＞60 |
＞50 |
||
|
蒸发残留物 |
针入度25℃, 0.1mm |
60～150 |
30～100 |
AASHTO T49 |
|
溶解度% |
＞97.5 |
＞97.5 |
AASHTO T44 |
|
|
弹性恢复% |
＞60 |
＞60 |
AASHTO T301 |
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5.结论
沥青混凝土薄层罩面所用的沥青混合料是一种小料径、多碎石型混合料，主要用于沥青表面磨耗层，是一种具有良好耐久性的微观构造且具有耐久性好的微观构造。通常采取以下两个措施来实现这种微观构造，一是选择较好的混合料级配类型及性能较好沥青结合料，防止在行车过程中沥青胶浆上浮；二是选用耐磨性能良好的硬质粗集料。
