微表处混合料配合比设计存在的问题及改进

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摘要 基于现行微表处配合比设计对微表处路段在施工中、施工后发生病害的影响，分析了目前微表处混合料配合比设计存在的问题。研究了将飞散试验引入微表处混合料配合比设计的可行性，并提出改进微表处配合比的设计方法。

关键词 微表处；配合比设计；飞散试验；质量损失

中图分类号：U418.6

文献标志码：B

文章编号：1000—033X（2012）07—0062—03

0 引言

微表处乳化沥青混合料既不同于一般的沥青混凝土，又与稀浆封层混合料有一定的差别；其优良的路面特性需要通过沥青混合料的使用性能来实现。世界各国沿用多年的图解法和中国采用的现行方法在确定沥青用量方面尽管有诸多缺陷，但其具备经济、简单、可行、方便的优点、因此，在中国微表处研究仍处于起步阶段的情况下，仍应借鉴传统思路对沥青混合料进行设计。同时，为了弥补现行方法存在的不足，需要增加新的试验方法对其进行补充。本文提出引入飞散试验进行微表处混合料设计的新方法。

1 现行设计方法存在的问题

目前，中国微表处工程混合料配合比设计中对沥青用量的确定一般采用《微表处和稀浆封层技术指南》中的建议，而这些建议也在很大程度上借鉴了ISSA混合料配合比设计中沥青用量的确定方法，在实际工程应用中，存在诸多问题。

1.1图解法存在的问题

现行《微表处和稀浆封层技术指南》中油石比的确定方法是对初选的3个左右的混合料配方分别变化不同的沥青用量（沥青用量一般在6.0%～8.5%之间），按要求重复试验，并分别将不同沥青用量的1h湿轮磨耗值及砂粘附量绘制成如图1的关系曲线。以1h湿轮磨耗值接近要求的沥青用量作为最小沥青用量Pbmin，砂粘附量接近要求的沥青用量作为最大沥青用量Pbmax，得出沥青用量的可选择范围Pbmin～Pbmax。

在采用图解法设计微表处混合料配合比过程中，发现该方法存在以下问题。

（1）混合料成型困难。图解法中必须变化4～5个不同油石比制备试样，由于微表处混合料敏感性强，当油石比变化时，改性乳化沥青的用量随之变化，导致混合料的拌和状态出现明显变化。油石比过小，混合料可能很快破乳，成型困难；油石比过大，混合料过稀，跑浆严重。

（2）由于微表处混合料有6d湿轮磨耗的要求，因此，如果采用图解法，应该有1h湿轮磨耗、6d湿轮磨耗、粘附砂量3条曲线，而不是现在的2条曲线。图解法确定的最佳沥青用量在通常情况下是由粘附砂量一个指标确定的，是单指标的设计方法。

（3）由图解法确定的最佳油石比往往偏大。只有当试样表面泛油严重，形成油膜时，粘附砂量才可能超过538kg·m—2，由该用油量降低1.5%后得出的最佳油石比明显偏大。

1.2施工中油石比低于设计油石比

此外，调查中还发现，微表处混合料设计得出的油石比与施工中实际采用的油石比相差较大。Ⅲ型级配的设计油石比一般在7.0%以上，而实际采用的油石比一般不会超过7.0%，多数在6.0%左右。可见，即使严格按照中国现有的ISSA设计方法进行微表处混合料的设计，也不能完全控制微表处的施工质量及相应的路用性能。

1.3路面泛油现象

在现行的WTAT试验方法中要求将石料预先过4.75mm筛，过筛的目的是为了易于获得表面平整的WTAT试件，但这样做改变了微表处本身的级配。按此试验方法和最大磨耗值限制得到的油石比偏高，导致微表处路面使用中泛油现象尤为严重。

本文对泛油路段进行了抽提试验，试验结果表明，该路段施工油石比的高值达到了7.63%，而低值也达到了6.97%。对典型泛油路段的混合料级配进行抽样筛分试验，结果见表1。

从表1不难看出，微表处混合料施工级配过细，基本上接近ISSA推荐的Ⅲ型级配上限，混合料体系中充当骨架结构的粗颗粒用量偏少。这主要是因为微表处的施工厚度一般都非常薄，为避免施工中出现划痕现象，故减少了粗集料的用量，但由于时值盛夏高温，这样虽然改善了路面的美观性，却为泛油带来了隐患。

由于确定混合料油石比的试验方法不够严格，因此无论用于微表处罩面还是微表处填补车辙的沥青用量设计都存在不合理之处，需要进一步研究。

2 飞散试验用于混合料设计的可行性研究

要使飞散试验应用于微表处混合料油石比的设计，就要考虑它在不同情况下的适应性和可行性。结合工程实际，同时考虑到飞散试验量过大，本文仅选择两种基质沥青（埃索—70#、SK—70）、一种乳化剂（慢裂快凝乳化剂A）、一种改性剂（美国胶乳X）进行飞散试验。针对不同改性剂剂量、水泥掺量和不同级配，实施了三种试验方案。

在确定微表处混合料最佳油石比飞散试验之前，首先利用现有规范中的湿轮磨耗试验和负荷轮粘砂试验确定最小及最大沥青用量，再引入飞散试验，在该区间内寻找微表处混合料最佳沥青用量。

沥青分别为埃索—70#、SK—70，乳化剂A的剂量为1.8%，改性剂X的剂量分别为3%和5%。试验结果见图2、3。

由图2的试验结果确定不同改性剂剂量和不同沥青条件下混合料的最小及最大沥青用量，见表2。

从表2看出，由湿轮磨耗和负荷轮试验确定的油石比范围过大，最大超过了2%，显然在实际工程中，在该范围内选择施工油石比具有随意性，只要在该区间选择，都满足要求。但实际上因油石比的不同造成微表处混合料性能的差别很大，因此有必要对油石比范围进一步缩小。本文采用飞散试验“质量损失差”指标进行最佳油石比确定。试验结果如图4所示。

图4表明，对于不同沥青、不同改性剂剂量，随油石比增加，飞散质量损失差减小。当油石比在6.5%～7.0%之间时，飞散质量损失差曲线趋于稳定，并且这个油石比范围在由湿轮磨耗试验和负荷轮粘砂试验确定的最小及最大沥青用量之间；此后随混合料油石比增加，飞散质量损失差基本不变。本文主要研究用于车辙填充的微表处，为保证混合料具有良好的高温稳定性，油石比应取下限，该结论与实际工程施工中采用的油石比完全吻合，这充分证明，引入飞散试验并采用“飞散质量损失差”指标进行微表处混合料设计，可有效解决由湿轮磨耗及负荷轮粘砂试验确定的混合料油石比范围过大的问题，能够精确地确定微表处混合料的最佳沥青用量。

3 改进后的微表处配合比设计方法

结合湿轮磨耗试验和负荷轮粘砂试验，引入飞散试验确定微表处沥青用量，设计思路如下。

（1）结合主要研究沥青用量的设计方法，直接采用微表处工程广泛采用的MS—3型中值级配。

（2）进行湿轮磨耗试验和负荷轮粘砂试验，初步确定沥青用量的范围。

（3）进行肯塔堡飞散试验，应用“图解法”确定曲线拐点，以拐点油石比确定微表处混合料的最佳沥青用量。

（4）如果所设计的混合料不能满足性能检验指标要求，应该调整级配、沥青胶结料以及油石比。

（5）最后在满足肯塔堡飞散试验设计参数建议范围的同时，要根据性能指标检验的原则综合确定最佳油石比。其具体流程如图5所示。

4 结语

（1）详细分析现行微表处配合比设计流程，指出现行湿轮磨耗试验、负荷轮试验确定油石比的方法存在的不合理之处。

（2）由湿轮磨耗和负荷轮试验确定的油石比范围过大，本文采用飞散试验“质量损失差”指标进行最佳油石比确定。

（3）对于不同沥青、不同改性剂剂量的混合料，随油石比增加，飞散质量损失差减小，当油石比达到某值时，飞散质量损失差曲线趋于稳定，此后随混合料油石比增加飞散质量损失差基本不变。