新型冷補(bǔ)瀝青混合料研究與應(yīng)用

新型冷補(bǔ)瀝青混合料的研究與應(yīng)用2012年青浦區(qū)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目一、立項(xiàng)背景與意義在荷載、雨水以及環(huán)境因素的反復(fù)作用下，瀝青路面會出現(xiàn)坑槽。影響道路美觀，和行車安全性和舒適性。車輛為了避開坑槽，很有可能借用相鄰車道，造成車輛設(shè)計考慮外的分流和合流，不但增加了車流的沖突點(diǎn)，而且增加了事故的發(fā)生率，者不但影響了道路的行車的安全，而且使得交通不暢、道路資源利用率低。修補(bǔ)的方法1、傳統(tǒng)的灌入式修補(bǔ)法熱瀝青灌入式修補(bǔ)法——對坑槽進(jìn)行處理后，往其中灑入熱瀝青作粘層油，再將級配碎石填入坑中，再灑瀝青壓實(shí)存在的問題：主要在于瀝青用量難以準(zhǔn)確控制，偏小粘結(jié)、量大易泛油且冬季難施工。修補(bǔ)的方法2、冷補(bǔ)料特點(diǎn)：1)已有成熟產(chǎn)品在市場上銷售。2)添加劑配方保密。3)需對“癥”下藥，即時調(diào)整配方、級配?，F(xiàn)行冷補(bǔ)瀝青混合料存在的問題1、強(qiáng)度不足攤鋪和壓實(shí)后強(qiáng)度上升時間較長，不能盡快盡早開放交通2、存儲時間不足冷補(bǔ)料不易存儲，存放過程中易結(jié)塊、變硬，失去施工性能二、研究方案一、材料性質(zhì)分析1、70號、90號兩種基質(zhì)瀝青的指標(biāo)分析；2、集料的基本物理指標(biāo)分析；3、添加劑的摻加影響分析；4、溶劑的選擇及摻量分析；5、適合于新型冷補(bǔ)料的溶劑摻量范圍確定。二、新型冷補(bǔ)料的性能分析1、結(jié)合料的最佳用量；2、級配種類的影響；3、級配粒徑大?。?、新型冷補(bǔ)料的成型強(qiáng)度試驗(yàn)。材料性能溶劑摻量的確定摻量的確定鑒于瀝青材料的溫度敏感性，瀝青粘度應(yīng)根據(jù)使用地區(qū)的氣溫來選擇。作為配比設(shè)計時制備液體瀝青的標(biāo)準(zhǔn)圖。暫定選取20%的溶劑摻量，夏季摻量適當(dāng)降低為19%，冬季摻量適當(dāng)提高為21%。三、實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)指標(biāo)一、粘附性試驗(yàn)1目的與適用范圍本方法適用于評價冷補(bǔ)液與集料的粘附性能或成品冷補(bǔ)瀝青混合料抗水剝落性能。2方法與步驟（1）在1000毫升的干凈燒杯中注入800毫升左右的蒸餾水，加熱至沸騰；（2）取250克的冷補(bǔ)料放入沸水中，并開始記時。試驗(yàn)時以1周/秒的速率用玻璃棒攪拌，持續(xù)3分鐘；（3）停止加熱并將水面上漂浮的瀝青撇去以免二次裹附；（4）將水冷卻至室溫，倒掉水分并將濕混合料放到白紙上；（5）評定粘附性等級。二、貫入試驗(yàn)1目的與適用范圍本方法適用于評價成品冷補(bǔ)瀝青混合料的施工和易性能和施工后的初期強(qiáng)度。2方法與步驟（1）將冷補(bǔ)料放入測試盒中裝滿，注意松散放入，勿需壓實(shí)；（2）置于4℃的冰箱中保溫3h以上；（3）將貫入頭勻速插入測試盒側(cè)壁的小孔中，貫入過程持續(xù)時間為3~5s，記錄貫入儀上的讀數(shù)；（4）取三個試件的平均值記為該冷補(bǔ)料的貫入強(qiáng)度W。貫入試驗(yàn)示意圖三、粘聚性試驗(yàn)1目的與適用范圍本方法適用于評價成品冷補(bǔ)瀝青混合料的顆粒之間互相粘結(jié)、在低溫環(huán)境下不松散的特性。2方法與步驟（1）將700g左右的冷補(bǔ)料裝入馬歇爾試模中，放在4℃冰箱中保溫3h以上；（2）取出后雙面擊實(shí)各5次，制作成馬歇爾試件，試件高度應(yīng)滿足51mm±1.3mm；（3）將其脫模后稱重（G）并迅速放在標(biāo)準(zhǔn)篩上（標(biāo)準(zhǔn)篩底部為直徑305mm、篩孔為26.5mm），蓋上蓋。將標(biāo)準(zhǔn)篩直立并使試件沿篩框來回滾動20次，大約每秒一次；（4）然后放在桌子邊緣10秒，并留有空隙使試件碎塊通過篩孔，輕擊篩網(wǎng)，打開蓋，稱取最大碎塊質(zhì)量G1，計算殘留率C。粘聚性試驗(yàn)示意圖四、修正馬歇爾試驗(yàn)1目的與適用范圍本方法適用于評價成品冷補(bǔ)瀝青混合料的成型強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。2方法與步驟（1）稱取1100g左右的冷補(bǔ)料在常溫下裝入馬歇爾試模中，雙面擊實(shí)25次；（2）連同試模一起以側(cè)面豎立方式置110℃烘箱中養(yǎng)生24h，取出后再雙面擊實(shí)25次，制作成馬歇爾試件，試件高度應(yīng)滿足63.5mm±1.3mm；（3）脫模后在25℃恒溫水槽中養(yǎng)生60min，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測試其穩(wěn)定度MS；（4）另一組試件脫模后在25℃恒溫水槽中養(yǎng)生48h，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測試其穩(wěn)定度MS1，計算殘留穩(wěn)定度MS0＝MS1/MS*100%。四、新型冷補(bǔ)料的設(shè)計一、結(jié)合料設(shè)計適宜于夏秋季節(jié)的情況，即氣溫在20℃以上，固定瀝青用量，按不同稀釋劑用量配置結(jié)合料拌制混合料評定其疏松性，結(jié)果見表：春冬季配方適宜于春冬季節(jié)的情況，即氣溫在0℃以下，儲存性能的試驗(yàn)設(shè)計為：將拌好的混合料置于密封的口袋內(nèi)，放于冰箱中，根據(jù)青浦的氣溫，將溫度設(shè)定為-5℃，疏松性的觀測結(jié)果如下表：本研究中的新型冷補(bǔ)料的結(jié)合料設(shè)計，冬季21%的柴油摻量和夏季19%的柴油摻量是合理的。需要說明的是，這一摻量是與本研究所用的集料與級配相關(guān)聯(lián)的，并不一定適用于其它集料或級配。當(dāng)采用其它級配或集料時，需要根據(jù)粉的含量、瀝青用量和工作性能來綜合確定溶劑摻量。二、最大粒徑在選擇礦料的最大粒徑D時，主要考慮D與坑槽深度h之間的關(guān)系。對3～5cm深的坑槽，D值通常選為16mm，對3cm以下的淺層修補(bǔ)，D值通常選取為10mm，對較深的坑槽修補(bǔ)，則選擇3～5cm作為最大粒徑，并且采用分層壓實(shí)的方式進(jìn)行坑槽的修補(bǔ)，從而是的整個修補(bǔ)深度范圍內(nèi)新型冷補(bǔ)料的壓實(shí)質(zhì)量提高。三、級配設(shè)計從級配組成上來看，同濟(jì)大學(xué)針對新型冷補(bǔ)料的級配設(shè)計也是綜合考慮了級配、結(jié)合料和溶劑三個方面，其級配特征也屬于骨架空隙型。礦粉的用量對穩(wěn)定度的影響四、瀝青用量的確定由常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行確定。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)油石比的變化范圍為4.0%至6.0%，新型冷補(bǔ)料在油石比為4.5%時初始穩(wěn)定度具有最大值，而在5.0%時表干密度具有最大值?？紤]到瀝青用量過低時粘附性能降低，施工性能下降；瀝青用量過高時，馬歇爾穩(wěn)定度下降，易泛油。最后結(jié)合柴油溶劑的揮發(fā)性能，考慮到車轍性能，選取夏季為5.0%，冬季為5.1%。需要說明的，這一推薦瀝青用量僅適用于本研究的集料形成的相應(yīng)的級配。五、冷補(bǔ)料的生產(chǎn)（1）烘干石料

將所需集料烘干，然后攤開集料，待集料溫度下降到50℃后再將其堆積存放，以備生產(chǎn)使用。（2）清空拌合樓各倉清空拌合樓各倉石料及粉塵。減少粉塵對冷補(bǔ)瀝青混合料的影響。（3）加熱冷補(bǔ)液為便于泵送，需要將冷補(bǔ)液粘度降低至拌和粘度要求。受現(xiàn)場條件限制，采用簡易燃?xì)庠罴訜崂溲a(bǔ)液。在加熱過程中，為防止局部溫度過高造成冷補(bǔ)液中揮發(fā)性組分揮發(fā)，安排專人采用手持式攪拌器不斷攪拌，同時使用紅外溫度儀實(shí)時監(jiān)測，控制溫度在60℃以內(nèi)。（4）石料及冷補(bǔ)液入缸將各檔集料放入各倉后，開啟設(shè)備，集料入缸。等集料入缸后，將冷補(bǔ)液用機(jī)車舉起，泵送入缸。（5）轉(zhuǎn)運(yùn)冷補(bǔ)料待集料與冷補(bǔ)液拌合均勻，用裝卸車將拌合好的冷補(bǔ)料轉(zhuǎn)運(yùn)至堆放地點(diǎn)，等待裝袋存儲。（6）冷補(bǔ)料簡易檢測測定拌合完成的冷補(bǔ)料溫度，檢查流動性及粘結(jié)性。（7）冷補(bǔ)料裝袋及存儲將堆積的冷補(bǔ)料人工裝袋，封存。（8）成品存放將裝袋后的成品存放在干燥、潔凈、通風(fēng)、陰涼的地方。六、施工工藝與實(shí)際應(yīng)用冷補(bǔ)瀝青混合料使用非常方便，當(dāng)其用于應(yīng)急搶修時，可不進(jìn)行圓坑方補(bǔ)、刷黏層油、坑槽干燥等傳統(tǒng)熱補(bǔ)復(fù)雜的工序，只需做簡單的清掃即可填料，即便坑槽內(nèi)有少許的粉塵、砂礫顆粒、積水等，也不會明顯降低冷補(bǔ)料的路用性能。在沒有壓實(shí)設(shè)備情況下，只需用運(yùn)料車的輪胎碾壓幾遍即可，也可用鐵鍬人工拍打擊實(shí)。一、坑槽開挖二、坑槽清理三、涂抹粘層油四、填充冷補(bǔ)料五、壓實(shí)實(shí)際應(yīng)用與工后觀察沈海高速華徐路（北青公路）下匝道，交通位置較為重要，重載和超載車量較多，且車流量較大，坑槽大且深，有的坑的深度達(dá)到10cm。課題組將冷補(bǔ)瀝青混合料于2012年6月進(jìn)行快速修補(bǔ)，維修時間僅6小時，即迅速開放了交通。此次新型冷補(bǔ)料攤鋪至今已有一年時間，經(jīng)歷了四季環(huán)境的變換，仍有良好的路用效果。具體情況如下列圖片所示。本產(chǎn)品已在中全區(qū)公路日常養(yǎng)護(hù)中廣泛使用，共計生產(chǎn)100余噸新型冷補(bǔ)瀝青混合料，截止目前已使用了絕大部分，進(jìn)行修補(bǔ)的類似的大小坑洞多達(dá)數(shù)百多個。試驗(yàn)、檢驗(yàn)成品和路面檢測試驗(yàn)成品檢驗(yàn)路面檢驗(yàn)八、不足與深入研究的建議在攤鋪的過程中，課題組進(jìn)行抽樣調(diào)查，進(jìn)行隨時間變化的馬歇爾強(qiáng)度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有2%-5%的冷補(bǔ)瀝青混合料會出現(xiàn)強(qiáng)度上升較慢的問題。使用后溶劑的殘留是不可避免的，冷補(bǔ)瀝青混合料在使用中的強(qiáng)度無法完全達(dá)到