孫旭陽

（保定交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，河北保定 071000）

不同級(jí)配及結(jié)合料對瀝青超薄層工作性能的影響

孫旭陽

（保定交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，河北保定 071000）

通過浸水車轍試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)，對不同級(jí)配、不同瀝青膠結(jié)料組成的9種超薄層瀝青混合料進(jìn)行工作穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，Type-B SBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10 SBS改性瀝青混合料、Type-B高粘彈瀝青混合料、改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料和OGFC-10高粘彈瀝青混合料能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對瀝青路面水穩(wěn)定性的要求；改良型SMA-10級(jí)配高粘彈瀝青混合料的工作性能最佳，其動(dòng)穩(wěn)定度分別是其他8種混合料的2～4.5和2～4.7倍。

公路；超薄層瀝青面層；水穩(wěn)定性；SMA-10改良型級(jí)配；高粘彈瀝青混合料

超薄層瀝青路面由于設(shè)計(jì)厚度多為1.5～2.5 cm，空隙率大，常在10%以上，部分骨料直接暴露于空氣中，車輛荷載作用時(shí)，浸入瀝青面層骨料間空隙的水會(huì)在車載作用下反復(fù)出現(xiàn)水壓和泵吸作用，淘洗和剝離粘附在骨料表面的粘結(jié)材料，使瀝青混合料骨料間散失瀝青膠結(jié)料而出現(xiàn)松散、掉粒，最終形成坑槽、坑洞等病害，甚至出現(xiàn)大面積路面連續(xù)性破壞。因此，超薄層瀝青路面的水穩(wěn)定性問題已引起高度重視。

目前，國內(nèi)外主要通過傳統(tǒng)的非定量水煮法、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)及Lottman法對瀝青混合料或超薄層瀝青砼面層進(jìn)行水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，如P.J. Frazier、劉朝暉、薛國強(qiáng)、程永春通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對超薄層瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；T.Aschenbrener和李進(jìn)等使用Hamburg車轍儀探究了超薄層瀝青混合料的永久變形，但未比較浸水和未浸水兩種條件對混合料抗車轍能力的影響；F.J.Pretorius、H.Musty、T.M.Gilbert和I.I.AIQadi等根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)例評(píng)價(jià)了超薄層瀝青路面的抗開裂、抗滑、抗疲勞及水損害等工程性能。而采用浸水車轍試驗(yàn)研究超薄層瀝青混合料水穩(wěn)定性的文獻(xiàn)不多，如石蕾、楊毅等采用浸水車轍試驗(yàn)研究了不同結(jié)合料類型、不同荷載強(qiáng)度和不同空隙率對橡膠瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。該文結(jié)合近年舊路路面提質(zhì)改造工程要求和特點(diǎn)，通過浸水車轍試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對不同骨料級(jí)配、不同瀝青膠結(jié)料的超薄層瀝青砼面層進(jìn)行對比研究，為實(shí)際工程優(yōu)選工序簡易、性能優(yōu)良、造價(jià)低廉的超薄層瀝青混合料。

1 試驗(yàn)材料

1.1材料性能

試驗(yàn)中選取的SBS改性瀝青、70#重復(fù)瀝青+ 0.8%抗車轍劑和高粘彈瀝青結(jié)合料的材料性能見表1。試驗(yàn)中選取的美國級(jí)配（Type-B型）、改良型SMA-10和OGFC-10混合料骨料采用的集料均為玄武巖，填料為石灰?guī)r磨細(xì)礦粉，采用木質(zhì)素纖維，其綜合性能指標(biāo)均滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

表1　試驗(yàn)選取的3種結(jié)合料的性能指標(biāo)

續(xù)表1

1.2瀝青混合料級(jí)配

表2為3種級(jí)配類型對應(yīng)的粒徑組成。試驗(yàn)中選用的3種級(jí)配形式對應(yīng)的公稱粒徑比其他級(jí)配形式偏粗，旨在確保超薄層瀝青混合料的空隙率超過10%，以利于里面排水、降低行車水霧、降噪和提高抗滑能力。同時(shí)根據(jù)多年的路面施工經(jīng)驗(yàn)，集料粗集料集中，能鋪筑出均勻美觀的路面。

表2　試驗(yàn)選取的3種骨料的級(jí)配組成

1.3瀝青膠結(jié)料級(jí)配及油石比

將上述3種級(jí)配類型和3種膠結(jié)料兩兩組合形成9種瀝青混合料，其馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果及最佳油石比見表3。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

9種瀝青混合料的浸水車轍試驗(yàn)和常規(guī)車轍試驗(yàn)結(jié)果見表4，凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表5。

2.1油石比的影響

從表3所示混合料最佳油石比來看，美國級(jí)配（Type-B型）、改良型SMA-10和OGFC-10三者間的油石比差別較大，改良型SMA-10的最佳油石比最高，Type-B次之，OGFC-10最低。但瀝青混合料選取的級(jí)配類型相同時(shí)，因不同結(jié)合料導(dǎo)致的最佳油石比差異不大。從表4所示動(dòng)穩(wěn)定度和表5所示凍融劈裂強(qiáng)度來看，改良型SMA-10高的油石比不但對高溫穩(wěn)定性沒有影響，還顯著提高了其抗水侵蝕能力。表明為了提高超薄層路面的耐久性，選擇合適的級(jí)配對提高結(jié)合料的用量很有必要。

表3　試驗(yàn)選取的9種瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果及最佳油石比

表4　9種瀝青混合料車轍試驗(yàn)和浸水車轍試驗(yàn)結(jié)果

表5　9種瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

2.2級(jí)配類型的影響

表4、表5表明，無論是常規(guī)車轍還是浸水車轍的動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性都受級(jí)配類型的影響。當(dāng)選用的瀝青膠結(jié)料相同時(shí)，改良型SMA-10的動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度都最高；OGFC-10的劈裂強(qiáng)度最低，Type-B則位于兩者之間；Type-B的動(dòng)穩(wěn)定度最低，OGFC-10介于兩者之間。不同級(jí)配瀝青膠結(jié)料浸水后的車轍試驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度降低幅度差異受膠結(jié)料級(jí)配影響較大，OGFC-10混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度降低最顯著，其次是Type-B型混合料，改良型SMA-10混合料受膠結(jié)料級(jí)配影響最小。說明級(jí)配類型對瀝青面層的水穩(wěn)定性有著主要影響。

改良型SMA-10混合料由于級(jí)配組成最佳，加之存在纖維的增強(qiáng)增韌作用及足夠的空隙來容納較多的結(jié)合料用量，混合料結(jié)構(gòu)組成處于合理狀態(tài)，所以表現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能；而OGFC-10混合料恰恰相反，故其綜合路用性能較差。

2.3膠結(jié)料的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，級(jí)配相同時(shí)，在最佳油石比下，高粘彈瀝青結(jié)合料組成的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最高，接近其他兩種的5倍。選用SBS改性瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度優(yōu)于選用7#重交瀝青+0.8%抗車轍劑復(fù)合型膠結(jié)料。但由于二者粘度相差不多，動(dòng)穩(wěn)定度差異不大。

水穩(wěn)定性方面，粘度越高的混合料，浸水前后的動(dòng)穩(wěn)定度絕對值越大，降低幅度也較??；劈裂強(qiáng)度的降低幅度也越小。試驗(yàn)結(jié)果充分反映了粘度高、彈性好的瀝青膠結(jié)料和改良的SMA級(jí)配相組合可獲得較高抗車轍能力和抗水損害性能的瀝青混合料，其車轍動(dòng)穩(wěn)定度分別是其他8種混合料的2～4.5和2～4.7倍。根據(jù)表4、表5中的試驗(yàn)結(jié)果，有5種超薄層瀝青混合料的水穩(wěn)定性滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對瀝青路面水穩(wěn)定性的要求，分別為Type-B SBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10 SBS改性瀝青混合料、Type-B高粘彈瀝青混合料、改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料和OGFC -10高粘彈瀝青混合料，其中改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料的綜合性能最佳。

對超薄層路面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不但要選用適合的膠結(jié)料，還要重視級(jí)配類型的設(shè)計(jì)和選用，通過合理設(shè)計(jì)膠結(jié)料和級(jí)配類型來提高混合料的油石比，從而提高超薄層路面的耐久性。

3 結(jié)論

（1）級(jí)配類型和膠結(jié)料種類是影響超薄層瀝青混合料水穩(wěn)定性的主要因素。

（2）為提高超薄路面的耐久性，混合料設(shè)計(jì)中要重視對膠結(jié)料和骨料級(jí)配的合理設(shè)計(jì)和選用。

（3）可根據(jù)道路等級(jí)、交通量發(fā)展和荷載組成、工程所在地的氣候條件和投資預(yù)算等合理設(shè)計(jì)超薄層瀝青砼。城市主干道、高速公路或重交通道路的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或維修，建議選取綜合性能優(yōu)良的改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料。

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2016-03-23