浅析冷补沥青混合料强度形成机理

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正相关关 系。
图 ３ 流值与击实次数的关系
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图２ 稳定度与击 实次数的关系
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初始马 歇尔强 ｋ １ ９ Ｎ ． ８
表 ４ 不 同击实次数马歇 尔稳定度对比
自然养生 １ ｄ ０ 击实次数
图 ４和图 ５是在 ６ ｏ℃试验 温度下 由钻芯取样而测得 的 稳定度。从 图 ４ 以看 出在 修补路 面施工过程 中钻芯取样 可 试件稳定 度值在 第 ７ｄ时 并没 有达到设 计要求 。而在 图 ５ 中， 日均温 为 ３ Ｃ ０ ｑ 情况下钻 芯取样试件稳 定度在 第一 天就 达到 了设计要求。所 以当修补 时 ， 随着 外界环境 气温升高 ， 混合料强度形成的越快 ； 反之 ， 则越慢 。
２１ ０ ２年 第 ３期 （ 总第 ２７期） １
黑龙江交通科技
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Ｎｏ ３， ０ ２ ． ２ １
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浅 析冷 补 沥青 混合 料 强度 形成 机 理
袁 雅 君
（ 乌鲁木 齐公路管理局 ） 摘 要： 首先介绍冷补沥青混合料 的基本性能 ， 并通过分析冷补 材料的组成结 构及 特点 ， 进而研究 其强度形
１ 冷补沥青混合料基本性能 （） １ 沥青冷补液能全面裹覆潮湿或全湿 的骨料 ； （） ２ 低温下 的冷补材料的强 度与水稳 性依 旧保持 良好 ， 从而有着较好 的可施工性 ； （） ３ 即使路面坑洞蓄水 ， 补沥青 混合料 的压实性 也不 冷 受影响 ， 能与路面紧密结合 ； （） ４ 冷补沥青混合料能不受 坑洞 的干燥 、 多尘等 问题 的 干扰而粘结原有路面 ； （ ） 高温条件下 ， 补沥青混合 料有着 足够 的抵抗 能 ５在 冷 力应 对轮胎的负荷 ； （） ６ 对于冷 补沥青 混合料 而 言仅依 靠有 限 的压实 性 即 可抵抗持续 的挤压 和车辙 ； （） ７ 能够较好地抵抗水损 害。 ２ 沥青冷补材料组成结构及 其特点 沥青 冷补材料 主要成分有矿质集料 、 粘合剂 、 添加剂 、 稀 释剂。 首先矿质集料最重要 的是骨 料的比例 ， 决定着混合 料在 负荷作用下是否会被推挤 。一般来说 ， 施工时常选用完全破 碎且不含任何 细微材料 的骨料作 为最佳选择 ， 一方面是因为 该骨料具有更 好的 “ 内锁 ” 能和抗 推挤 或车 辙 的能力 ； 性 另 方面它的适用范 围较 广 ， 而且性 能不容 易受外界 影响 ， 即 使在温暖的气候条件下也具有较好 的抗推挤 能力 ， 主要是 因 为开级配混合料有更大 的空隙率 ， 如果 在此基础上增 加沥青 膜厚度 ， 还能改进其 与原有路面材料的结合的能力。 其次 是粘合剂 ， 沥青 冷补 材料常用冷补沥青液结合 混合
马歇尔稳定度／ Ｎ ｋ
流值／
图 ５ 时间与稳定度的关系（ 月修补） ８
运用击实次 数增 加试验 来模拟 车辆荷载对 混合料 的碾
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从 图 ４和图 ５也可以明显看 出 ， 混合料强度 同时受到 由 于稀释剂 的挥发 ， 沥青粘性 ， 材料间的作用力、 时间的累积效 应等四个方面的影 响 ， 也呈现正相关关系。
从 上表可看 出， 冷补沥青混合料 的初始强度和成型强度 主要受沥青用量与级配的影响 。粘度相同时 ， 初始马歇尔强 度也随着沥青结合料级配的不同而有所差别。 如下表 ２所示 ， 即为 Ａ、 、 Ｂ Ｃ三种矿料级配的范围。 表 ２ 矿料级配范围
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成机理 ， 最后论证了它与矿粉用量 、 粘聚力、 骨料的摩擦 角的关 系。
关键词 ： 冷补沥青｝ 合料 ； 昆 组成 结构 ； 强度机理 中图分类号 ：４ ６ ２７ Ｕ １ ． １ 文献标识码 ： Ｃ 文章编号 ：０ ８— ３ ３ ２ １ ）３— ０ ３一 ２ １０ ３ ８ （０ ２ ０ ０ ０ Ｏ
沥青用量 ／ ％ 图 １ 沥青 用量与初始稳定度的关系
时间 ／ ｄ
图４ 时间与稳定度的关系（ 月修补） ３
（ ） 因影 响 。 ２外
由于时间效应 、 车辆荷载 、 外界环境等 的长期作用 ， 释 稀 剂由快渐慢的逐渐挥发 ， 沥青 的粘 度逐渐增 大 ， 得矿 料表 使 面因分子 间的作用力增大而相互溶合 ， Ｃ值 也不断增大 ， 使 得混合料更为牢 固且整体性更强 ， 在长期行车负载作用下逐 渐压实并 完全成型 。这样 ， 聚力 ｃ 粘 值增 量与增长速度快慢 决定了混 合料成型时 的强 度和时 间。因 值是一 个常 数 ， 所 以骨料的摩擦角对强度作用较小 。 通过马歇尔稳定度室 内与室外试验来探讨车辆荷载 、 气 温、 工期长短对冷补沥青混合料成型强度的影响大小。
一
料并粘合原有路面 与修补料 。其 中冷补 沥青液 主要成 分包 括沥青、 稀释剂和添加剂 。这种粘合剂 组合 的应 用机理通过 加入添加 剂保持沥青稀释后原有沥青基质 的性 能。 再次是添加剂 ， 主要 是通过提供凝 胶结构使稀释沥青在 低温下也 能增粘 ， 促进 冷补材 料初期 强度 的形成 ； 这样 不仅 改进了稀 释后 的混合料 的黏 附性 能 ， 也一定程度的改善了其 在低温条 件下 的工作性能 ， 促进其 与原 有多尘或潮湿的路面 材料问的结合 ， 还提高 自身的水稳性能 。 最后还有稀释剂 ， 由多种稀 释剂混合而成。其主要 一般 功能是使 混合 料在堆放 时不会变得太硬 ， 并使其在路上容易 压实。应用过程 中， 要注 意其挥发 速度 ， 有不慎 会影 尤其 稍 响到冷补料强 度形成 的时 间， 着稀 释剂 及其 添 加量 的改 随 变， 冷补材料施工 和存储性能 也会受 到影 响。所 以利用添加 剂配制冷 补沥青时要 以保持冷 补材料 的基本 性能为基 本要 求， 施工 中常用稀释剂 主要有柴 油稀释剂。 ３ 冷补沥青混合料强度形成机理 ３ １ 冷补 沥青混合料理论分析 ． 冷补沥青混合料最基本的功能是粘结性 能 ， 且其粘结力 主要 源于沥青 的分子作 用力 ， 而在其 充分 湿润 时 ， 子的稠 分
收稿 日期 ：０ ２— １— ８ ２ １ ０ ０
密度很大程度地决定 着粘结力 大小 。作 为以沥青为 介质 的 粘结体 系 ， 升温和施 压都 能加强沥 青分子 热布朗运 动， 且粘 结 温度越高 ， 压力越 大 ， 散作 用越强 ， 间越 长 ， 粘结力 扩 时 其 就越大 。所 以说沥青在一 定程 度上决定 着冷补沥青 混合料 的性能 ， 一方面混合 料的强度和水稳性受到沥青 与矿料间粘 附作用 的直接影响 ； 另一 方面混合 料疏松 、 易压实与 否和强 度大小 随着不 同矿料 颗粒表 面的沥 青之间 的相互粘 结作用 的不 同而有所不 同。混合料在储存时 ， 要求呈现常温且无外 力作用 的疏松状态 ， 矿料颗粒间彼此分离。 在路面摊铺施工后 ， 料受较 大的外部 作用力 ， 混合 使得 沥青分子之 间相互 扩 散作用 增强 且距 离变 小 、 接触 面积增 大； 随着添加剂的挥发 ， 沥青材料开始变稠 ， 在外部作用力 的 时间累积效应作用下逐渐形成 较强 的粘结 ， 随着来行车负载 作用混合料相互嵌挤形成强度 而逐 渐压 实至完全成型。 ３ ２ 冷补 沥青混合料 强度形成特点 ． 常温状态下 能够保 持较好 的粘结性 与疏松性 是冷补沥 青 混合 料最 主要 的特 点 ， 但随着温度的降低热拌 沥青混合料 会凝结成块 ， 而达不到低温状态下混合料的工作性 能。因 从 此冷补沥青混合料 的基 质部 分需要 加入一定量稀 释剂进行 改性 ， 使其粘度降低 ， 低温下拌 和后 能有一定 的疏松性 ， 足 满 工作性能要求 。具有可塑性与流动性 的混合料进行摊铺、 碾 压施工 时 ， 能被挤压至坑 槽 中不 规则之处 ， 一部分 溶剂在行 车和空气 的作用下逐渐挥发 ， 混合料颗粒之间的分布更加 紧 密， 稠度变强 ， 且空 隙率 减小 ， 更加 粘结牢 固 ， 面逐渐失去 路 松软感 ， 强度增 高 ， 使用后 ， 热沥青混合料变形 和强度会逐步 稳定， 最后足 以超越其冷却后的标准性能。 ３ ３ 冷补 沥青混合料 强度形成影响 因素 ． （） １ 内因影响 。 通过摩 尔一库仑理论 对沥青 混合料 的强度进行 粘结力 ｃ 内摩 阻角 两项重要指 标分析 发现 ， 和 干燥骨料 的 Ｃ＝ ０ 而 ≠ ， ０ 热沥青 混合 料的 ＝ ０而 Ｃ 。而这两项指标 主 ＃０ 要 受到前期沥青材料存储状态 以及 材料 间的作用力的影响。 由于冷补沥青混合料 储存 时 ， 料之 间没 有相互嵌 挤 ， 骨 因而 较小 ， 混合料 中沥青膜厚度适 中且用油 量适 宜 ， 矿料表 面 的沥青 多能与其相互 作用 而形 成粘性好 的结构沥青 ， 而还 有 部分粘性不强 的 自由沥青 ， 分子 间的作用 力小 ， 着较好 的 有 润滑作用 。总之 ， 混合料在 储存 时 ， 颗粒分 离 ， 呈疏 松状态 ， 因而没 有形成强 度。 当混合 料在路面 上摊 铺压实后 ， 其强度主要 由材料粘 性 和外部作用力两种 因素形成 ； 具体来说是指在改性沥青 与矿 料相互作 用后使混合 料产生 了 巨大 的 内聚 力和粘附力而 构 成冷补沥青 混合 料的强度 ， 它们使得矿料颗粒容易形成不 易 分离的整体 ， 巨大的粘结力也使混合料与原表面不易剥离 或 推移 ， 混合料经碾压后 颗粒 间的嵌挤 、 锁结作用 主要是 由混
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黑龙江交通科技
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合料 内摩擦阻力所构 成 ， 这两部分 力构成 了其初 始强度 ， 以 抵御车辆荷载作用 。 表 １ 初 始 马 歇 尔 强 度
压次数的增 加 ， 从图 ２可 以看 出 ， 定度与击 实次 数明显呈 稳 现正相关关 系。图 ３ 表明流值随击 实次数 的增加逐渐变小 ， 这说明矿料表面 的沥 青分子之 间相互扩散 作用与车辆荷载 碾压次数呈现正相关 关系 ， 同时 随着 矿料颗粒相互 嵌挤 ， 混 合料也变得越来越密 实 ， 强度也就越来越高 。