周傳明，鄭炳鋒，李志濤

（1. 江蘇省高速公路經(jīng)營管理中心，江蘇 南京 210009；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

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開級配抗滑磨耗層瀝青路面試驗研究

周傳明1，鄭炳鋒2，李志濤2

（1. 江蘇省高速公路經(jīng)營管理中心，江蘇 南京 210009；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

摘要：結(jié)合工程實踐對OGFC13和OGFC9.5兩種級配類型的混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計，并通過室內(nèi)試驗對兩種級配類型混合料的性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明，高黏瀝青OGFC13混合料各項性能良好，且OGFC13的原材料選擇較為便捷，適合工程的應(yīng)用與推廣。

關(guān)鍵詞：開級配抗滑磨耗層；配合比設(shè)計；高黏瀝青；性能試驗

1　概述

目前常見的瀝青面層為傳統(tǒng)的密級配瀝青混凝土，其致密的結(jié)構(gòu)具有不滲水、耐久性好的特點，但表面構(gòu)造深度較小，抗滑性能差。開級配抗滑表層（OGFC）具有較高的骨架嵌擠狀態(tài)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，較粗的表面紋理提供了良好的抗滑性能，特別是它的高空隙率能將降雨期間的表面水迅速通過內(nèi)部連通孔隙排至路緣，從而降低了水濺、水漂和水霧現(xiàn)象，保證了行車安全［1-5］。但由于大空隙特征使得該種路面更容易發(fā)生網(wǎng)裂、坑洞、唧漿、轍槽等路面損壞［6-10］。為了提高OGFC混合料的耐久性和路用性能，本文對開級配抗滑磨耗層瀝青路面配合比設(shè)計方法進(jìn)行分析，并對不同瀝青混合料性能進(jìn)行試驗研究，在此研究基礎(chǔ)上提出適合江蘇的設(shè)計指標(biāo)和性能驗證指標(biāo)，以及最佳瀝青混合料類型。

2　原材料選擇

2.1集料

開級配抗滑磨耗層OGFC混合料粗集料可達(dá)80%，由粗集料形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，因此粗骨料的性能好壞是關(guān)系到混合料性能好壞的關(guān)鍵，其性質(zhì)、形狀及級配對開級配抗滑磨耗層OGFC混合料的性能有著重要的影響。細(xì)集料在開級配抗滑磨耗層OGFC排水瀝青混合料中只占很小的比例，但細(xì)集料對混合料的性能影響較大。細(xì)集料應(yīng)干凈、堅硬、干燥、無風(fēng)化，有適當(dāng)?shù)募壟?，并與改性瀝青有良好的黏附性［8］。本研究配合比設(shè)計時選用玄武巖，主要試驗結(jié)果見表1、表2。

2.2填料

本次試驗礦粉選用石灰?guī)r礦粉，試驗結(jié)果見表3。

表1　玄武巖粗集料的試驗指標(biāo)與技術(shù)要求

表2　玄武巖細(xì)集料的試驗指標(biāo)與技術(shù)要求

表3　礦粉的試驗指標(biāo)與技術(shù)要求

2.3瀝青

本研究采用了常用的SBS改性瀝青和國內(nèi)外較為成熟的3種高黏瀝青產(chǎn)品：SK高黏瀝青、日本TPS高黏瀝青以及撫順石油化工研究院研制的高黏瀝青。瀝青膠結(jié)料的性能試驗結(jié)果見表4、表5。

表4　試驗所用高黏瀝青的測試指標(biāo)

表5　SBS改性瀝青試驗指標(biāo)

2.4聚丙烯腈纖維

本研究采用國產(chǎn)聚丙烯腈纖維，用量為混合料總重的0.3%，其物化性能參數(shù)見表6。

3　開級配瀝青磨耗層OGFC混合料配合比設(shè)計

3.1混合料級配的選擇

由于OGFC13是目前主流的混合料類型［9-10］，試驗中共采用了4種瀝青膠結(jié)料，對OGFC13進(jìn)行了配合比設(shè)計。借鑒已有的工程實踐經(jīng)驗，對本次試驗所用礦料反復(fù)進(jìn)行級配調(diào)整，確定表7所示的級配方案為OGFC13室內(nèi)研究試驗用級配方案。

表6　聚丙烯腈纖維物化性能參數(shù)

在OGFC9.5（SK高黏瀝青+聚丙烯晴纖維）的配合比設(shè)計中，采用了FHWA T5040.31建議的級配范圍確定OGFC的3種級配A、B、C，其中2.36 mm篩孔通過率分別為13%、10%和7%，見表8；初試級配體積分析結(jié)果見表9。

考慮到施工可操作性，空隙率控制在20%左右，因此選擇級配A作為設(shè)計級配。

表7　OGFC13混合料性能試驗級配方案

表8　3種級配的設(shè)計組成結(jié)果及VCADRC測試結(jié)果

表9　初試級配的體積分析

3.2最佳瀝青量的確定

根據(jù)瀝青膜厚度和集料表面積初定瀝青用量范圍，對于OGFC13瀝青用量在4.0%~6.0%；再按±0.5%，±1%變化瀝青用量，分別進(jìn)行析漏試驗、飛散試驗。根據(jù)析漏試驗和飛散試驗的結(jié)果，以瀝青析漏試驗的反彎點作為最大瀝青用量，以試件飛散試驗的反彎點作為最少瀝青用量，由此得到瀝青用量的范圍。在此范圍內(nèi)選擇合適的瀝青用量作為最佳瀝青用量（必要時還可以參照馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果），最后進(jìn)行混合料性能試驗驗證。

以SK高黏瀝青OGFC13為例說明瀝青用量的確定過程，圖1和圖2分別為析漏試驗和飛散試驗結(jié)果。由圖1可以看出瀝青析漏量隨油石比的增加而變大，瀝青用量與析漏損失關(guān)系曲線的反彎點在油石比為5.0%處。因此，由該試驗確定油石比不得超過5.0%。由圖2可以看出混合料飛散后的損失隨油石比的增加而變小，瀝青用量與飛散損失關(guān)系曲線的反彎點在油石比為4.3%處。因此，由該試驗確定油石比不得小于4.3%。

圖1　析漏損失變化曲線

圖2　飛散損失變化曲線

為了保證瀝青不發(fā)生流淌，析漏試驗的質(zhì)量損失可控制在0.8%范圍里；為保證混合料不發(fā)生松散，飛散試驗的質(zhì)量損失不能大于20%。綜合考慮以上要求，并根據(jù)試驗結(jié)果確定的油石比范圍為4.3%~5.0%，本文混合料最佳油石比取4.8%。

按以上的步驟得到的5種OGFC混合料的瀝青用量見表10。

表10　配合比設(shè)計結(jié)果

4　配合比驗證與方案比選

4.1配合比驗證

對以上5種OGFC混合料進(jìn)行混合料體積指標(biāo)與性能試驗驗證。

（1）空隙率的測定

空隙率是OGFC配合比設(shè)計的關(guān)鍵控制指標(biāo)，經(jīng)檢測5種不同的瀝青混合料都能達(dá)到目標(biāo)空隙率要求，表明所采用的級配是合理的。

（2）析漏與飛散試驗

析漏與飛散試驗反映混合料在施工中的均勻性及混合料在荷載作用下的抗磨耗性。試驗結(jié)果表明5組OGFC混合料的析漏損失、飛散損失均滿足技術(shù)要求，說明其施工中均勻性及荷載作用下的抗磨耗性滿足要求。

（3）馬歇爾穩(wěn)定度試驗

馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果見表11，從馬歇爾穩(wěn)定度值來看，5種方案的瀝青混合料均能達(dá)到3.5kN的技術(shù)要求。

（4） 車轍試驗

車轍試驗?zāi)茌^真實地反映瀝青混合料高溫性能，其結(jié)果與實際路面的永久變形有良好的相關(guān)性。由表11試驗結(jié)果可以看出，對于同種瀝青膠結(jié)料，OGFC13混合料的抗車轍能力要優(yōu)于OGFC9.5混合料。

表11 混合料性能試驗結(jié)果

（5） 滲水性能試驗

OGFC 最重要的特性是透水性。采用常規(guī)滲透儀與自行研發(fā)的適用于大孔隙瀝青混合料的滲水儀測試滲透系數(shù)，評價滲水性能。試驗結(jié)果見表11，結(jié)果表明5組OGFC混合料的透水性能均較為優(yōu)異。

（6） 抗滑試驗

開級配抗滑表層瀝青混合料應(yīng)具有良好的抗滑性能，采用擺式儀測摩擦系數(shù)及人工砂鋪法測構(gòu)造深度以評價抗滑性能。5組OGFC瀝青混合料的摩擦系數(shù)均在65以上，構(gòu)造深度均大于1.3，說明OGFC瀝青混合料與密級配瀝青混合料相比，具有更好的表面抗滑性能。

（7）水穩(wěn)定性試驗

與密級配瀝青混合料相比，OGFC混合料更易受到水損害，因此抗水損壞能力尤為重要。本研究采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價其水穩(wěn)定性，結(jié)果見表11。

浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗的結(jié)果顯示，采用SK高黏瀝青、撫順高黏瀝青的OGFC13混合料和OGFC9.5混合料的水穩(wěn)定性能均能滿足技術(shù)要求，其余2種不滿足要求。雖然OGFC132和OGFC133的劈裂強(qiáng)度值較高，但水穩(wěn)定性評價考慮的是凍融前后的衰減幅度。

（8）低溫性能試驗

采用低溫（-10℃）小梁彎曲試驗來評價OGFC混合料的低溫性能，結(jié)果見表11。

4.2方案比選

從本次試驗結(jié)果來看，各種瀝青混合料都能達(dá)到目標(biāo)空隙率的要求，表明確定的級配是合理的。采用SK高黏瀝青、撫順高黏瀝青OGFC13與SK高黏瀝青+聚丙烯腈纖維OGFC9.5混合料的所有性能驗證試驗指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。2種OGFC13瀝青混合料的動穩(wěn)定度值均在6 000次/mm以上，明顯好于OGFC9.5。江蘇省夏季氣候炎熱，瀝青路面的車轍問題一直是困擾道路工程人員的難題。與OGFC9.5相比，OGFC13具有更好的抗高溫變性能力，2種級配類型的浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗結(jié)果相當(dāng)。考慮到OGFC下臥層多采用AC13、SMA13等類型，采用OGFC13的材料準(zhǔn)備和配送也較為方便。

對于瀝青膠結(jié)料的選擇，室內(nèi)混合料試驗結(jié)果表明只有2種高黏瀝青滿足技術(shù)要求。OGFC13混合料使用撫順高黏瀝青雖然試驗效果不錯，但沒有實際工程運(yùn)用經(jīng)驗；而SK高黏瀝青在排水性瀝青路面的使用較為成熟，國內(nèi)在江蘇、重慶等地已有應(yīng)用，使用效果良好。

5　結(jié)論

（1）系統(tǒng)開展了OGFC13和OGFC9.5瀝青混合料的配合比設(shè)計、性能驗證研究，結(jié)果表明兩者均能達(dá)到目標(biāo)空隙率20%的要求，混合料的級配選擇是合理的。

（2）OGFC13比OGFC9.5具有更好的抗高溫變性能力，同時OGFC13的材料準(zhǔn)備和配送較為方便。

（3）采用SK高黏瀝青、撫順高黏瀝青OGFC13混合料的所有性能驗證試驗指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。SK高黏瀝青在排水性瀝青路面的使用較為成熟，國內(nèi)在江蘇、重慶等地已有應(yīng)用，使用效果良好。

參考文獻(xiàn)

［1］Donald E. Watson，Refinement of New Generation Open-［1］GradedFriction Course Mix Design［C］∥Annual Meeting of ［1］theTransportation Research Board，2003.

［2］Kunnawee Kanitpong，Craig H. Benson and Hussain U. Bahia. ［1］Hydraulic Conductivity （Permeability) of Laboratory Compacted ［1］Asphalt Mixtures［C］∥Transportation Research Board 80th ［1］Annual Meeting，2001.

［3］ 胡曙光，黃紹龍，張厚記，等．開級配瀝青磨耗層（OGFC）的［1］研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報，2004，26（8）：23-25.

［4］李曉娟，張宜洛，等．OGFC混合料設(shè)計參數(shù)影響因素研究［1］［J］．路基工程，2015（3）：107-110.

［5］費(fèi)曉梅．OGFC大孔隙開級配抗滑瀝青磨耗層配合比設(shè)計［1］與施工技術(shù)要點［J］．新疆交通科技，2015（3）：24-26.

［6］ 潘薇，王宏暢． OGFC瀝青混合料水穩(wěn)定性及高溫穩(wěn)定性［1］能試驗研究［J］．公路，2013（8）：254-257.

［7］潘薇，王宏暢，茅建校，等． OGFC瀝青混合料水穩(wěn)定性能試［1］驗研究［J］．公路工程，2013（3）：15-17.

［8］何向南，馮明林，王純杰．開級配OGFC礦料組成設(shè)計研究［1］［J］．公路與汽運(yùn)，2015（3）：96-98.

［9］劉少鵬，黃衛(wèi)東，紀(jì)淑貞，唐乃膨．高摻量SBS改性瀝青及［1］其在OGFC中的應(yīng)用［J］．長沙理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），［1］2013，10（3）：20-25．

［10］黃慧光．空隙率對OGFC-13路用性能及排水功能的影響［10］分析［J］．中外公路，2014，34（3）：227-230.

Experimental Research on Asphalt Pavement with Open-graded Friction Course

Zhou Chuanming1， Zheng Bingfeng2， Li Zhitao2
（1. Jiangsu Expressway Management Center， Nanjing 210009， China； 2. JSTI Group， Nanjing 211112， China）

Abstract:Combining with engineering practice experience， the mixture ratio design of the two different types of OGFC9.5 and OGFC13 were designed. Further more， the performance difference of the two kinds of gradation types were evaluated and analyzed by laboratory tests. The results show that the OGFC13 mixture with high viscosity asphalt has good performance in all aspects， and the preparation and distribution of OGFC13 materials are more convenient， which is more suitable for engineering application.

Key words:open-graded friction course； mixture ratio design； high viscosity asphalt； performance test

中圖分類號：U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672–9889（2016）03–0005–04

收稿日期：（2015-03-24）

基金項目：江蘇省自然科學(xué)基金（項目編號：BK20151069）

作者簡介：周傳明（1975-），男，江蘇南京人，高級工程師，主要從事公路建設(shè)管理工作。