冷拌冷鋪瀝青混合料在農村公路中的應用

張建孔

（中公高科養護科技股份有限公司，北京 100089）

引言

我國農村公路分布廣且總里程長，若采用熱拌瀝青混凝土路面，往往需要遠距離運輸，大大增加道路建設成本，同時，可能由于溫度損失影響攤鋪和使用性能。冷拌冷鋪瀝青混合料降低了瀝青混合料的生產與拌和溫度，不依賴龐大的拌合設備以及保溫運輸技術，使在遠離城市的農村道路應用瀝青混合料成為可能［1］。

1 試驗路概況

試驗路位于南方某鄉村，南起省道307，北至縣城南大道，全長約4 km，沿線經過7 個村莊，主要交通組成為小客車及摩托車。原路面設計為山嶺重丘四級公路，采用砂石路面，路基寬度4.5 m（3.5 m 車行道+2×0.5 m 路肩）。本次對該四級公路進行改造，路面設計采用單軸雙輪100 kN，設計使用年限6 a，路面總厚度為24 cm（4 cm 冷拌冷鋪AC-13 瀝青混凝土面層+20 cm 水泥穩定級配碎石（水泥含量3%））。試驗路采用機械拌和冷拌冷鋪瀝青混合料，以1 000 kg 為每盤，堆放在儲料點待用。

2 試驗路材料選取

2.1 粗集料

粗集料采用以方解石為主要成分的石灰巖碎石，碎石中伴有少量菱鎂礦和白云石，參數見表1。

表1 粗集料技術指標

2.2 細集料

細集料為不含雜質的石灰巖質機制砂，粉塵含量低，顆粒飽滿，耐嵌擠性能良好。參數見表2。

表2 細集料技術指標

2.3 填料

填料為石灰巖磨細的礦粉，保證礦粉干燥、潔凈、無團塊，能從料倉自由流出。填料的參數指標見表3。

表3 礦粉指標

2.4 瀝青

采用70#道路石油瀝青，指標見表4。

表4 項目用瀝青指標

2.5 溶劑（柴油）

考慮到汽油溫度敏感性高、揮發較快，不利于冷拌瀝青施工的長時間儲存，采用0#柴油作為稀釋劑，指標見表5。

表5 溶劑技術指標

2.6 添加劑

采用的添加劑為深綠色油狀，凝固點-4.8℃，閃點302 ℃，無刺激性氣味，性質穩定，使用摻量為3%。

3 冷鋪瀝青混合料配比設計

3.1 礦料級配確定

瀝青混合料選擇懸浮密實型結構，面層結構為4 cm，礦料最大粒徑13.2 mm。由于瀝青結構形成與礦料的比表面積有直接關系，且礦粉對孔隙率有重要影響，間接決定路面的耐久性能。因此，試驗采用與項目相同的集料、瀝青、添加劑等材料，以3%、5%、7%三組礦粉含量成型馬歇爾試件，對不同油石比下瀝青性能與礦粉的關系進行研究，結果見表6。根據試驗結果，為了兼顧混合料的施工和易性及強度，礦粉含量確定為5%。

表6 不同油石比下初始穩定度與礦粉含量的關系

3.2 冷鋪瀝青最佳用量確定

根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中對AC-13 瀝青混合料級配范圍的規定，確定本項目的集料級配，同時考慮所在地區的載重較大且交通量較大，對級配取中值偏下［2］。表7 為級配組成。

表7 混合料級配組成情況

項目以0.3%為分檔階梯，分檔油石比選取4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%分別成型馬歇爾試件，測定馬歇爾指標，進而計算最佳瀝青用量。

由圖1 可知，密度與穩定度最大值對應的瀝青用量為5%，瀝青飽和度及空隙率范圍中值對應用量為5.5%、5.3%，因此，計算最佳瀝青用量初始值OAC1=5.2%。各項指標均符合瀝青用量范圍為5.0%～5.3%的要求，OACmin=5.0%，OACmax=5.3%，因此，OAC2=5.2%。取OAC1與OAC2的平均值為最佳瀝青用量OAC，則最佳瀝青用量為5.2%。

圖1 瀝青用量與各馬歇爾指標的關系

4 冷拌冷鋪混合料性能

4.1 混合料的初始強度

由于項目所在地為村鎮通往縣城的必經道路，需在短暫養生后立即開放交通，要求瀝青混合料在冷鋪后應當具有足夠的初始強度。根據表8 試驗結果可知，該冷鋪瀝青混合料的最低初始強度為2.47 kN，滿足冷鋪瀝青混合料初期強度應達到2.0～3.0 kN的要求［1，3］。

表8 初始馬歇爾試驗結果

4.2 混合料的成型強度

將試件養生24 h 后，置于60 ℃恒溫水槽養生30 min，隨即開展馬歇爾穩定度試驗。試驗結果見表9。根據結果可知，成型養護后的冷拌冷鋪瀝青混合料的穩定度都在8 kN 以上，冷鋪瀝青混合料成型強度≮4 kN 的要求［1，3］。表明該冷鋪瀝青混合料強度滿足農村公路的承載能力要求。

表9 成型馬歇爾試驗結果

4.3 混合料的抗車轍性能

采用車轍試驗評價混合料的抗車轍性能，結果見表10。

表10 車轍試驗結果

由表10 可知：（1）該冷鋪瀝青混合料的最低動穩定度也超過800 次/mm，滿足要求。（2）t1時產生了較大變形，t1～t2時段內的變形較小。原因在于前期瀝青膠結料較軟，在車輪作用下變形明顯，隨著剩余溶劑不斷揮發，瀝青的黏度增大，集料更為密實，宏觀上表現為45 min 后的變形增長率下降，冷鋪瀝青混合料的抗車轍能力逐漸增大。

4.4 混合料的水穩定性

對成型的冷鋪瀝青混合料試件進行凍融劈裂試驗，結果見表11。

表11 凍融劈裂試驗結果

根據表11 試驗結果，冷鋪瀝青混合料的劈裂強度不高，但是能夠滿足劈裂強度比≮70%的規定，具備較好的抗凍融抗水損能力；不同油石比下的冷鋪瀝青混合料的試驗結果差異很小。

4.5 對試驗路的跟蹤觀測

對修筑后的試驗路進行了三個月的跟蹤觀測。在路面攤鋪成型后，道路平整度較好，實測滲水系數為295 ml/min，相比熱拌瀝青混合料的滲水系數大，推測是攤鋪壓實度不足導致。在一個月后，實測路面彎沉為56.2 mm，滲水系數下降明顯，為229 mL/min，道路全段性能較好，無裂縫。在兩個月后，路面實測彎沉值44.7 mm，滲水系數為219 ml/min，此時在上坡段彎道處出現較大車轍，深度為10.3 mm。三個月后，路面實測彎沉值為39.5 mm，滲水系數為215 ml/min，上坡彎道處最大車轍深度為11.1 mm，除彎道外車轍平均深度6.2 mm，路面整體性能良好。從三個月的跟蹤監測結果來看，在三個月的車輛壓實作用下，冷鋪瀝青混凝土路面的強度隨著時間逐漸提高，路用性能較好。

4.6 冷鋪瀝青混合料的經濟效益分析

結合項目實際情況，對冷鋪瀝青混合料的材料成本進行核算，成本高出普通熱拌SBS 改性瀝青0.6%，每噸冷鋪瀝青混合料材料相比普通熱拌SBS 改性瀝青價格高2.33 元。但是考慮到熱拌瀝青混合料需要搭建拌合站、采用遠距離運輸等成本，冷板冷鋪瀝青混合料能夠大大降低施工成本。根據測算，相比使用熱拌瀝青混合料，采用冷拌冷鋪瀝青混合料后，3.5 m 寬度農村公路每公里造價可以降低1 176.03 元。

5 結語

通過對冷拌冷鋪瀝青混凝土試驗路的鋪筑和性能試驗，表明冷鋪瀝青混合料能夠滿足農村公路的路用性能要求。同時采用冷拌冷鋪工藝后，避免了對熱拌瀝青拌合站以及遠距離運輸的需求，運輸存儲更為便利，有利于節約工程投資，且降低了熱拌瀝青拌和與攤鋪時對壞境造成的污染。綜合來看，冷拌冷鋪瀝青混合料適應于我國農村公路的建設，值得推廣。