冷拌冷鋪瀝青混合料設計及施工技術規(guī)程編制說明

冷拌冷鋪瀝青混合料設計及施工技術規(guī)程編制說明根據(jù)《山東公路學會團體標準管理辦法(試行)》要求，經(jīng)符合性審查、立項評審等環(huán)節(jié),《冷拌冷鋪瀝青混合料設計及施工技術規(guī)程》列入山東公路學會協(xié)作單位：菏澤市公路事業(yè)發(fā)展中心、棗莊市公路和地方鐵路事業(yè)發(fā)展中起草人：朱振祥、韋金城、郭洪、董昭、王琳、韓瑞廣、呂高恒、段美棟、徐書東、李昌輝、柳久偉、趙存東、袁萬山、許思思、蘇衍嶺、楊德生、有限公司、山東省交通科學研究院等單位共同參與標準制定的標準起草組，起草組討論了工作進度安排、任務分工及標準的初步思路，正式啟動標準制定工2023年4月-2023年9月，編寫組結合現(xiàn)階段冷拌冷鋪瀝青混合料關鍵技術進行深入分析和研究，完成已有標準、文獻資料的收集、分析和總結。截至目前，我國已經(jīng)發(fā)布了JTGE20《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》、JE42《公路工程集料試驗規(guī)程》、JTGF40《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTGH30《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》等國家和行業(yè)標準，對本標準的起草和編寫提供了較好的參考，為標準制定提供可靠的科學依據(jù)，但目前尚缺少專門針對冷拌冷鋪瀝青混合料工程應用的技術規(guī)范，亟需結合冷拌冷鋪混合料特性制定專2023年10月-2023年12月，標準編寫小組開始草案編制工作，針對冷拌冷鋪瀝青混合料設計及施工技術規(guī)范的范圍、術語和定義、材料、配合比設計、生產及施工、質量管理與檢查驗收等內容進行了詳細編制。結合冷拌冷鋪混合料的工程應用情況和相關課題的研究成果，經(jīng)過內部多次討論、相關方調研及專家意見征集等形式，于2023年12月完成了標準草案的編制工作并報送山東公路學會審核。2023年12月標準編寫小組根據(jù)秘書處審核意見修改后形道路在使用過程中，由于自然天氣和交通荷載的作用，會出現(xiàn)坑槽等病害，需要挖補。在以前的養(yǎng)護工作中，經(jīng)常采用乳化瀝青作為生產冷補瀝青混合料的結合料，但其強度較差，壽命較短，效果不理想。而使用熱拌瀝青混合料修補路面，有作業(yè)點分散、施工不方便，瀝青混合料降溫快、壓實不足等缺冷拌冷鋪瀝青混合料作為一種新型環(huán)保材料，可廣泛應用于低等級道路結構層的鋪筑和路面坑槽病害的修補中，結合工程經(jīng)驗制定冷拌冷鋪瀝青混合料設計與施工技術規(guī)程對于指導冷拌冷鋪瀝青混合料的推廣應用具有重要的現(xiàn)實意義。首先，從材料的角度，冷拌冷鋪瀝青混合料不需要對混合料進行加熱處理，在冷態(tài)條件下即可進行混合料的拌和、攤鋪、碾壓，屬于近幾年新發(fā)展的道路技術，但現(xiàn)有的規(guī)范并沒有對此項技術中心涉及的原材料進行規(guī)定，材料其次，冷拌冷鋪瀝青混合料的設計方法缺失，以往的此種混合料的設計只是參考常規(guī)的熱拌瀝青混合料的馬歇爾設計方法，但是此種方法與實際的混合料性能不匹配，因此本標準的編制過程中，對現(xiàn)有的設計方法進行優(yōu)化，提出最后，冷拌冷鋪瀝青混合料的施工和質量控制技術也未有相關標準進行規(guī)范，材料的施工只能參照常規(guī)的熱拌瀝青混合料，導致新建道路的部分指標出現(xiàn)偏差。本標準的編制，結合以往冷拌冷鋪瀝青混合料試驗路的長期監(jiān)測數(shù)本標準的編制是在國家、我省關于冷拌冷鋪瀝青混合料的研究基礎上，結合本技術的工程應用情況，以適用性和可操作性、適度引領性等為原則，既考慮本技術的實用性和易操作性，同時充分聽取各方意見的基礎上形成的。在標（1）標準原則：本標準的制定是以指導冷拌冷鋪瀝青混合料的工程應用為導向，標準起草工作組按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則編寫，主要遵循以下原①協(xié)調性：保證標準與本標委會的標準體系協(xié)調一致，與國內現(xiàn)行相關標②適用性：結合冷拌冷鋪瀝青混合料材料特性和工程應用場景，提出冷拌（2）在標準主要內容方面，根據(jù)多年研究成果，結合現(xiàn)行技術標準，對冷拌冷鋪瀝青混合料的材料、配合比設計、生產及施工、質量管理與檢查驗收等方面進行明確規(guī)定，使材料的性能指標與實際的施工控制相對應，設計方法與現(xiàn)場施工的條件相對應并能指導生產，對于冷拌冷鋪瀝青混合料的工程應用具冷拌瀝青混合料可以在常溫或加熱溫度很低的的條件下拌和施工，可以用于各等級道路的坑槽修補及低等級道路的結構層鋪筑。根據(jù)膠結料不同，可分為溶劑型冷拌瀝青混合料、反應型冷拌瀝青混合料和乳化瀝青型冷拌瀝青混合料。本文件主要對溶劑型冷拌瀝青混合料的材料、配合比設計、生產及施工、借鑒現(xiàn)有冷拌冷鋪瀝青混合料相關的國家、行業(yè)標準，列出了本文件引用3術語和定義現(xiàn)有國標、行標并沒有針對冷拌瀝青混合料的術語說明，為了方便標準的使用和體現(xiàn)便捷性，本標準提出了冷拌瀝青、冷拌瀝青混合料、掃刷質量損失4.1瀝青、集料、礦粉本文件規(guī)定所用礦料、填料及瀝青只要符合JTGF40《公路瀝青路面施工冷拌瀝青混合料中可添加適量的水泥部分替代礦粉，以增強冷拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性和早期強度，水泥技術標準應滿足《根據(jù)使用季節(jié)將冷拌瀝青分為兩種類型，每種類型的冷拌瀝青分別對應不同類型的稀釋溶劑，以保證冷拌瀝青混合料施工后，稀釋溶劑能夠完全揮發(fā)，形成強度。由于冷拌瀝青與礦料在常溫或低溫條件下拌和，且冷拌瀝青中含有一定比例的稀釋劑，影響了冷拌瀝青與礦料的粘附性，當冷拌瀝青與集料間的黏附性等級低于4級時，制備冷拌瀝青時宜添加一定質量的抗剝落劑，增強冷冷拌瀝青需要具備更低的粘度以保證冷拌瀝青混合料的施工性能，同時要求冷拌瀝青種的稀釋劑具有良好的揮發(fā)性，以保證冷拌瀝青混合料鋪筑到路上稀釋劑能夠迅速揮發(fā)，形成強度。因此本標準主要對冷拌瀝青的粘度、蒸餾體積等指標進行了詳細的規(guī)定。分別制備兩種冷拌瀝青，并對冷拌瀝青的技術指標進行檢測，下表為冷拌瀝青技術指標室內實測數(shù)據(jù)，研究表明當冷拌瀝青滿表1I型冷拌瀝青實測數(shù)據(jù)實測值序號123456789動力粘度25℃,336360322286315346380376246269767678含水量，%000.2000.200.100蒸餾體積225℃前蒸餾2.22.32.7316℃前蒸餾62.159.662.762.060.358.657.460.163.263.7蒸餾到360℃80.382.583.880.584.685.086.985.678.379.4蒸餾后殘留物后殘留針入度0.1mm后殘留205211223228201220212浮漂度60℃,s>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200溶解度，%99.799.899.699.799.899.599.799.699.699.7表2Ⅱ型冷拌瀝青實測數(shù)據(jù)實測值序號123456789動力粘度25℃,906920865689754832813695818776含水量，%0.30.50.20.300.200.40.50蒸餾體積225℃前蒸餾0.90.8316℃前蒸餾45.949.352.455.853.150.348.856.153.251.7蒸餾到360℃后殘留物b，%91.591.188.382.584.689.990.283.988.686.2蒸餾后殘留物203207>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200>1200溶解度，%99.799.599.699.699.599.799.699.899.799.6本文件提出的冷拌瀝青混合料級配范圍，是在調研了國內外相關標準的級配要求基礎上，結合我國氣候、交通條件進行的優(yōu)化。相較于JTGF40《公路瀝青路面施工技術規(guī)程》提出的級配范圍，本文件提出的級配范圍增加粗集料的比重并對粉料的比例的進行規(guī)定，保證混合料具有更好的骨架結構，提高混合料的高溫性能，同時保證冷拌瀝青混合料中含有一定的粉料，可以與瀝青形成膠漿，提高冷拌瀝青與集料的粘附性，保證冷拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性，另外加了更細的LB-5型冷拌瀝青混合料，可俄羅斯提出的冷拌瀝青混合料級配粗料較少，細料多，礦粉含量高達15%～30%。攤鋪成型后具有較好的強度，但是路表面很光滑，不能夠達到相表3俄羅斯冷拌瀝青混合料級配級配類型通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質量百分率(%)油石比520.50.250.50.074砂粒式//95-65-45-6535-5525-4530-3520-305.5-7.0細粒式/95-75-8550-7035-6025-4520-403015-305.0-6.5細粒式95-/65-8040-6030-5020-45353013-255.0-6.5加拿大提出的冷拌瀝青混合料級配為開級配的骨架結構形式，級配范圍更寬且基本不用礦粉，混合料成型后的空隙率較大。由于加拿大處于寒帶，溫度表4加拿大冷鋪瀝青混合料級配級配類型通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質量百分率(%)油石比（%）9.54.752.360.30.075細粒式/20-555-300-50-23.8-5.0中粒式85-9520-553-300-20-24.5-5.5美國冷鋪瀝青混合料級配結合了兩者的特點，由一些粗料形成骨架，然后表5美國冷鋪瀝青混合料級配級配類型通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質量百分率(%)259.54.752.360.30.075細粒式//60-8035-656-25中粒式//45-7025-555-202-9粗粒式/60-8035-6520-503-202-8我國《公路瀝青路面施工技術規(guī)程》提出的冷拌瀝青混合料級配整體偏細，空隙率較小，這樣不利于隔離劑的揮發(fā)，高溫穩(wěn)定性能較差，但是由于空表6中國冷拌瀝青混合料級配級配類型通過下列篩孔(方孔篩，mm)的質量百分率(%)26.59.54.752.360.60.30.150.075細粒式///80-30-60405-200-80-5細粒式//90-60-9530-60405-200-80-5式/90-50-9040-7530-60405-200-80-5粗粒式95-80-70-60-9030-70405-200-80-5進行冷拌瀝青混合料級配類型選擇時，應根據(jù)坑槽深度和結構層厚度選擇合適級配的冷拌瀝青混合料，冷拌瀝青混合料最大公稱粒徑不得超過坑槽深度，坑槽深度大于50mm時，應分層修補壓實。進行瀝青混合料配合比設計時，通常采用馬歇爾擊實法或旋轉壓實法。馬歇爾成型最大的優(yōu)勢是在初始成型完成后，試件經(jīng)過養(yǎng)生，可以不用脫模直接進行最終強度的試驗，試驗方便。但該方法的不足是混合料的初始成型試件空隙率過高，與現(xiàn)場的空隙率差別較大，不能很好地反映材料的路用性能，另外此種方法的最終強度試件為非標準馬歇爾試件。旋轉壓實成型的初始成型試件空隙率與現(xiàn)場基本相同，能夠更好的模擬冷拌瀝青混合料現(xiàn)場的實際情況，本對于冷拌類材料強度的形成一般分為兩個階段，一個為初始成型階段，一個為最終強度形成階段，初始階段由于稀釋劑尚未揮發(fā)完全，冷拌瀝青混合料空隙率較大，瀝青與集料黏附性較差，混合料強度較低。隨著稀釋劑的揮發(fā)和車輛荷載的進一步壓實，冷拌瀝青混合料的最終強度逐漸形成。進行冷拌瀝青對于冷拌瀝青混合料的技術要求，標準從初始強度和最終強度兩個階段對混合料的性能進行了要求。對于冷拌瀝青混合料的初始強度，參考了日本大有株式會社對冷拌瀝青混合料提出的技術標準，他們把瀝青初始穩(wěn)定度細分為三表7日本冷拌瀝青混合料技術標準空隙率，%KN初期穩(wěn)定度2，KNKN流值，0.1mm0.5-0.8>2.5>3.010-40注1：作業(yè)穩(wěn)定度：拌和料作業(yè)時的控制的指標。將混合料在常溫下正反面錘擊50或75次，制作成馬歇爾穩(wěn)定度試塊，脫模后測定的常溫下馬歇爾穩(wěn)定度，即為初始穩(wěn)定度。它既可以用來評價混合料初始強度，又可以評價混合料壓實性。注2：初期穩(wěn)定度：攤鋪碾壓后第7天的穩(wěn)定度。注3：使用穩(wěn)定度：瀝青混合料在鋪筑碾壓通車7天后使用的穩(wěn)定度。這種試驗方法需要鋪筑試驗路及鉆探取芯，操作起來非常麻煩，且未對通車7天的交通量進行定量。同濟大學采用相同組成配合比的混合料作標準馬歇爾實驗，考慮到溶劑尚未完全揮發(fā)，要求穩(wěn)定度大于5.0KN即可。而標準馬歇爾試驗要求很高的溫度，這將非常不利于溶劑的安全性，易發(fā)生危險，由此這同濟大學采用相同組成配合比的混合料作標準馬歇爾實驗，考慮到溶劑尚未完全揮發(fā)，要求冷拌瀝青混合料穩(wěn)定度大于5.0KN即可；長安大學提出冷拌瀝青混合料成型穩(wěn)定度的建議值應大于4KN。我國公路瀝青路面施工技術規(guī)范規(guī)定冷拌瀝青混合料馬歇爾試驗方法，要求冷拌瀝青混合料的馬歇爾試驗穩(wěn)定對于冷拌瀝青混合料的最終強度：長安大學采用了烘箱加熱法，促進溶劑揮發(fā)，使混合料快速成型。他們制定了兩種試驗方案，方案(A)：將儲存好的松散瀝青混合料放入盤子中，均勻攤鋪成厚50mm的一層，放入105℃烘箱中后取出，立即按標準馬歇爾試件成型方法擊實成型，冷卻后脫模，放入60℃水浴中保溫30min～40min，測其60℃馬歇爾穩(wěn)定度。方案(B)：將儲存的松散瀝青混合料先擊實成型為標準馬歇爾試件，不脫模橫向放置于105℃的烘箱中24h后取出，立即兩面分別擊實25次，冷卻后脫模，采用上述相同方法測其60℃馬歇爾穩(wěn)定度。通過分析，試驗方法A能更有效的表示出實驗的目的，可較真實的反映瀝青混合料的成型強度，而且顯而易見，試驗方法A操作簡便，與規(guī)范中標準馬歇爾試件成型方法相同，易于推廣應用。他們提出了成型穩(wěn)定度的建議值應大于4KN。他們的分析和試驗方法較為科學，不失為一個評價混合料我國公路瀝青路面施工技術規(guī)范規(guī)定冷補瀝青混合料馬歇爾試驗方法：稱立方式置110℃烘箱中養(yǎng)生24h，取出后再雙面各擊實25次，再連同試模在室溫中豎立放置24h，脫模后在60℃恒溫水槽中養(yǎng)生30min，進行馬歇爾試驗。并且要求由這種方法得出的冷補瀝青混合料的馬歇爾試驗穩(wěn)定度宜不小于3kN。本文件結合國內外研究成果及試驗結果，提出了冷拌瀝青混合料初始強對于掃刷質量損失可以表征冷拌瀝青混合料的粘聚性，可以用于確定冷拌瀝青混合料的最低瀝青用量，但是掃刷質量損失試驗需要專用的掃刷試驗儀，考慮到部分單位不具備開展本試驗的條件，所以掃刷質量損失僅作為參考指標，有條件的可進行冷拌瀝青混合料的掃刷試驗，確定冷拌瀝青的粘聚性，不在進行冷拌瀝青混合料拌和時，需要對冷拌瀝青進行加熱，但加熱溫度不冷拌瀝青混合料拌和均勻后應密封保存，防止稀釋劑的揮發(fā)，影響混合料使用冷拌瀝青混合料進行坑槽修補時，應在坑槽壁面涂刷粘層油，增強冷拌瀝青混合料與原路面混合料的粘結效果，低溫條件下宜采用液體石油瀝青，坑槽修補時應根據(jù)坑槽修補面積選擇合適的壓實工具，保證冷拌瀝青混合采用冷拌瀝青混合料進行路面結構層施工，施工工藝依據(jù)JTGF40進行，由于冷拌瀝青混合料初始空隙率大，混合料強度低，混合料施工結束后3天內冷拌瀝青混合料質量管理與檢查驗收分為施工前混合料檢驗、施工過程管理和交工驗收檢驗三部分，路面施工質量管理與檢查驗收應符合JTGF40和本方法適用于檢驗養(yǎng)生初期冷拌瀝青混合料的成型能力，可作為驗證冷拌瀝青最小瀝青用量評定的參考依據(jù)。試驗方法參照JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0752-2011稀漿混合料濕輪磨耗試驗，但所用儀器設備不完全一致，本文件規(guī)定了冷拌瀝青混合料的掃刷試驗具體方法。分別對不同瀝青用量條件下冷拌瀝青混合料的質量損失進行了掃刷試驗，試驗結果如表A.1所示，隨著瀝青用量的增加，冷拌瀝青混合料的質量損失逐漸降低，為保證冷拌瀝青混合料的粘聚性，應保證冷拌瀝青混合料最佳瀝青用量，防止冷表A.1掃刷試驗混合料質量損失結果瀝青用量，%高度，mm測試前，g磨耗后，g磨耗質量損失百分4.0%78.132849.72586.39.244.3%76.892850.52615.48.254.6%75.972849.32622.47.964.9%75.422850.12632.37.645.2%75.172849.82640.47.35圖A.1冷拌瀝青混合料掃刷損失率的關系本方法適用于確定冷拌瀝青混合料的最佳油石比。目前國內外主要采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗和紙跡試驗綜合確定冷拌瀝青混合料的最佳瀝青用量。室內試驗發(fā)現(xiàn)，瀝青用量變化對冷拌瀝青混合料的體積指標變化規(guī)律不明顯，僅滿足設計初始和成型馬歇爾穩(wěn)定度要求的冷拌瀝青用量未必是最佳值，借鑒國內外冷拌瀝青最佳瀝青用量確定方法本文件規(guī)定通過觀察試紙上油斑的多少判斷冷冷拌瀝青混合料配合比設計可采用旋轉壓實設計方法或馬歇爾設計方法。分別采用馬歇爾擊實和旋轉壓實成型冷拌瀝青混合料試件，試驗表明隨著成型次數(shù)的增加，冷拌瀝青混合料的空隙率逐漸降低，采用旋轉壓實法更容易使冷拌瀝青混合料達到良好的壓實狀態(tài)，因此本文件推薦采用旋轉壓實法進行冷拌瀝青混合料的配合比設計。對冷拌瀝青混合料分別進行不同次數(shù)的壓實試驗，研究表明當旋轉壓實100次后，混合料空隙率變化不再明顯，最終確定進行冷拌瀝青混合料配合比設計時最佳壓實次數(shù)為100次。成型次數(shù)與混合料空隙率表C.1不同成型方法下冷拌瀝青混合料空隙率變化擊實次數(shù)，次5075200空隙率，%馬歇爾擊實法8.78.3旋轉壓實法8.887.6圖C.1冷拌瀝青混合料空隙率隨壓實次數(shù)變化規(guī)律冷拌瀝青混合料最終狀態(tài)稀釋劑完全揮發(fā)，空隙率減小，混合料進一步密實。為了使室內試驗與實際工程最終強度相匹配，通過將冷拌瀝青混合料放入烘箱中養(yǎng)生一段時間使稀釋劑完全揮發(fā)，然后通過改變壓實溫度使混合料達到表C.2不同成型溫度條件下混合料的體積指標溫度(℃)高度/mm毛體積相對密度空隙率/%穩(wěn)定度/KN20100.312.2614097.272.3288.036092.92.4383.6991.72.4672.51值增加幅度較小，表明混合料已經(jīng)形成良好的密實結構，達到了理想的壓實效果。最終確定將拌合均勻的冷拌瀝青混合料均勻攤鋪成50mm厚的一層，將試量（4000g）的方式旋轉壓實100次，壓實完成后立即脫模常溫養(yǎng)生24h，模表C.3設計級配級配9.54.752.360.60.30.150.075級配一96.481.962.742.09.26.84.2級配二96.583.665.845.13.8級配三96.685.168.248.520.69.76.74.5規(guī)范上限9075252085規(guī)范下限906086532表C.4不同級配下冷拌瀝青混合料體積指標級配毛體積相對密度理論最大相對密度空隙率，%馬歇爾穩(wěn)定度,kN級配一2.2232.2505.3級配二2.2322.2527.5級配三2.2392.2536.27.2根據(jù)混合料體積指標和初始馬歇爾穩(wěn)定度，最終確定冷拌瀝青混合料最佳表C.5不同油石比下冷拌瀝青混合料體積指標油石比,%毛體積相對密度理論最大相對密度空隙率,%馬歇爾穩(wěn)定度,kN掃刷質