渗固磨耗层乳化沥青混凝土配合比设计与性能研究.pdf

38港工技术22023年第4期渗固磨耗层乳化沥青混凝土配合比设计与性能研究贾玲底玉茹（中交第三航务工程局有限公司南京分公司，江苏南京210011)摘要 沥青路面养护用渗固磨耗层技术包括渗固剂喷洒和磨耗层加铺施工，是基于下渗再生封层技术，结合特种改性乳化沥青拌合料摊铺的一种全功能预防性养护技术，其中磨耗层采用乳化沥青混凝土材料。本文通过集料筛分与级配合成试验优选了磨耗层乳化沥青混凝土集料级配；采用湿轮磨耗值和黏附砂量试验，研究了乳化沥青用量对磨耗层湿轮磨耗值和黏附砂量的影响，优选了乳化沥青用量。制备的磨耗层各项性能指标满足指标要求。关键词渗固磨耗层预防性养护配合比应用1渗固磨耗层特点渗固磨耗层利用全自动洒布车对原路面预喷洒渗固剂，其中的下渗再生组分能有效地将沥青路面“润湿”，充分渗透到原沥青路面的面层结构中，并与原路面的老化沥青相溶合。下渗组分一方面封闭了表面毛细裂缝，可有效隔绝空气和水对中、下面层沥青的氧化和侵蚀；另一方面恢复了沥青各组分的原始平衡，激活老化沥青，提高原路表的整体强度，改善其抗疲劳特性、抗裂能力，使其作为下承层能够更加稳定和坚固。渗固剂中的黏固组分可使新加铺的磨耗层与原路面紧密结合，形成带有立体网络结构的沥青结合料超强黏结层，大幅提高了新铺磨耗层与旧路面层的结构整体性。渗固磨耗层利用全自动封层车加铺9 mm厚度的高耐久磨耗层，集料要求选用强度高、硬度大、耐磨性好的精制玄武岩骨料，特定级配设计形成力学嵌锁体系；同时采用深度改性的乳化沥青作为胶结料，不仅降低了混合料的温度敏感性，还具有相对常规热拌沥青混合料更好的抗剥落性和耐磨性，因此适用于交通量大、重载车多的路面。渗固磨耗层是一种低碳环保型养护技术，采用冷施工的方式，无需加热，没有可挥发物，且不会产生废水。对于相同的处治深度，与热拌沥青混合料铣刨加铺相比，渗固磨耗层可以降低8 0%的石料消耗、7 5%的沥青消耗。由此可见，渗固磨耗层具备高渗透性、高耐磨性、高黏附性、高稳定性、高效快捷、节能环保的优点。2渗固磨耗层材料要求本次室内进行渗固磨耗层MS-3型配合比设计。所用集料为玄武岩，1号料规格为：510mm、2 号料为：3 5mm.3号料为:0 3 mm;沥青为改性乳化沥青；水泥为P.042.5普通硅酸盐水泥。所用材料性能指标分别见表1表3。表1集料筛分结果筛孔/mm通过下列筛孔（方孔筛）的质量百分率/（%）集料9.54.752.361.180.60.30.150.0751号料1005.81.20.20.20.20.20.22号料10078.55.60.70.70.70.70.73号料10010084.655.838.228.818.011.639表2乳化沥青性质试验结果检测项目技术指标检测结果蒸发残留物含量/（%）6062针入度(2 5,10 0 g,5s)(0.1mm)6012071软化点/6062.0延度(5 cm/min,5)/c m100100溶解度（三氯乙烯）/（%）97.599.42筛上剩余物量(1.18 mm)/(%)0.10.05储存稳定性5 d/(%)53.9破乳速度慢裂慢裂恩格拉黏度E253158.5微粒离子电荷阳离子(+)阳离子(+)乳化沥青与粗集料的黏附性2/32/3表3水泥性质试验结果标准稠度密度比表面积安定性凝结时间/min3d抗折强度3d抗压强度外观用水量/%）/(kg/m)/(m/kg)/mm初凝终凝/MPa/MPa27.030703520.51872325.326.9无团粒结块3005.0456003.517.0无团粒结块3磨耗层沥青混合料配合比设计磨耗层配合比试验参照公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004)中微表处试验配合比。3.1MS-3型磨耗层集料筛分与级配合成根据设计范围设计3 种矿料级配，合成级配组成见表4，合成级配曲线见图1。3.1.1拌和试验根据以往经验，结合施工现场温度，初选10.0%乳化沥青乳液用量、1.0%水泥用量及表4MS-3型磨耗层级配组成设计1号料2号料3号料4号料级配126.019.055.00.0组合级配级配220.020.060.00.0级配320.015.065.00.0筛孔/mm通过率/(%)级配1级配2级配3上限下限中值16.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.013.2100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.09.5100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.04.755.878.5100.0100.071.476.977.990.070.080.02.361.25.684.6100.047.952.156.170.045.057.51.180.20.755.8100.030.933.736.450.028.039.00.600.20.738.2100.021.223.125.034.019.026.50.300.20.728.8100.016.017.518.925.012.018.50.150.20.718.0100.010.111.011.818.07.012.50.0750.20.711.6100.06.67.17.715.05.010.040100(%)/率旦其908070605040中值一一级配330+上限下限一一级配1一一级配220100080 090811982筛孔尺寸/mm图1合成级配曲线图4.5%用水量，进行可拌和时间试验，试验结果见表5。考虑现场施工温度及可拌合时间富裕系数，根据经验选择级配2 为设计级配。3.1.2黏聚力试验根据选定的级配，以10.0%乳化沥青乳液用量、1.0%水泥用量及4.5%用水量，进行黏聚力试验，试验结果见表6。表5可拌和时间试验结果级配温度/可拌和时间/s技术要求/s130175230160120330126表6黏聚力试验结果时间/min黏聚力/(Nm）技术要求/(Nm)301.21.2602.22.03.2乳化沥青用量确定由于乳化沥青的蒸发残留物含量为6 2%，分别对5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%的乳化沥青用量进行1h湿轮磨耗值及黏附砂量试验，试验结果见表7。表71h湿轮磨耗值及黏附砂量试验结果沥青用量/%）5.56.06.57.07.5要求乳液用量/（%）8.99.710.511.312.1湿轮磨耗值/g/m)614.1445.2339.0247.0205.8540黏附砂量值/g/m）217.2329.9442.7547.1647.3450图2 为1h湿轮磨耗值及黏附砂量关系曲线图。满足1h湿轮磨耗值要求的沥青用量为最小沥青用量，即Pbmin=5.70%；满足黏附砂量要求的沥青用量为最大沥青用量，即Pbmax=6.55%。因此，沥青用量可选范围为5.70%6.55%，根据经验选择配方的沥青用量Pb=6.2%（乳化沥青用量10.0%），满足可选范围的要求。4配合比设计验证按照拟定的配合比比例，进行各项验证试验，结果见表8。通过磨耗层混合料的各项验证试验，表明本次所设计的渗固磨耗层MS-3型混合料的各项性能指标均满足要求，可作为施工时的依据。最终设计混合料比例见表9。5结论（1）通过集料筛分与级配合成试验，优选集料的最优级配为1号料：2 号料：3 号料：乳化沥青：水泥：水=2 0.0:2 0.0:6 0.0:10.0:1.0：4.5，其中乳化沥青、水泥、水为外掺比例。（2）磨耗层乳化沥青混凝土的最佳乳化沥青用量为10%，制备的磨耗层1h湿轮磨耗值为42 4.6 g/m6h湿轮磨耗值为6 3 3.6 g/m，黏附砂量为3 9 2.5g/m，满足指标要求。（3）在实际施工过程中，现场技术人员需结合实际情况对乳化沥青及水的用量进行港工技术与管理2 0 2 3 年第4期411000.01000.0(u/B)/800.0800.0600.0600.0400.0400.0200.0200.00.00.05.05.56.06.57.07.58.0沥青用量/（%）图2沥青用量选定范围表8磨耗层混合料验证结果沥青用量黏附砂量车辙变形试验的宽度变化率浸水1h湿轮磨耗值浸水6 h湿轮磨耗值/(%)/(g/m)/(%)/(g/m)/g/m)6.2392.53.7424.6633.6要求4505540800表9MS-3型混合料设计比例集料/(%)沥青乳液用量水泥水1号料2 号料3号料/(%)/(%)/%)20.020.060.010.01.04.5注：蒸发残留物含量为6 2%，沥青用量为6.2%，乳化沥青用量为10.0%。微调，加强对原材料的控制，以获得性能最佳的渗固磨耗层混合料。（上接第3 0 页）孔、溶蚀裂隙中存在岩溶水，影响隧道围岩及其稳定性，施工难度大。采用TGS360Pro预报系统+C6多功能钻机+EVS三维地质建模软件构建出的三维地质可视化综合预报技术，可收集围岩应力梯度、含水概率图、杨氏模量、泊松比、钻探推进力、扭矩、速度等数据，且数据的收集、处理过程更加智能化，能大幅减少人为失误导致的误差；同时，三维立体的预报成果比传统的预报成果更可视化。通过在汉邦2 号隧道三维地质可视化综合预报技术的应用，充分证明该技术的直观易懂、准确率高，在日后隧道施工中参考文献1公路沥青路面施工技术规范 S.JTGF40-20042公路沥青路面设计规范 S.JTGD50-20173公路工程沥青及沥青混合料试验规程 S.JTGE20-20114公路工程集料试验规程 S.JTGE42-2005可以继续深入研究，从而推动隧道三维地质可视化综合预报工作的普及和常态化，为隧道安全施工提供更为科学有力的护航。参考文献1骆文学齐岳山隧道施工中物探与钻探的应用比较研究 J.现代隧道技术，2 0 0 9,46(2)：112 1182王统金，王运生，唐平祥，赵栋琪，赵灿元一种三维隧道地质超前预报新方法的研究与应用 J。工程地球物理学报,2 0 14,112）：147 1503朱超，许兆义，王晓三维地震波层析成像技术在隧道超前地质预报中的应用 J北京交通大学学报，2010,34(4):3135