陳萍

（上海市崇明區(qū)公路管理所，上海市 202150）

0 引 言

我國(guó)建成通車(chē)的公路和市政道路已大規(guī)模地進(jìn)入了維修高峰期，各等級(jí)的公路和市政道路瀝青路面的養(yǎng)護(hù)工作得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注，其中微表處作為一種性?xún)r(jià)比高和實(shí)用性廣的養(yǎng)護(hù)形式得到了廣大工程人員的青睞[1]。長(zhǎng)久以來(lái)，車(chē)輛行走在微表處路面上會(huì)帶來(lái)的高于一般道面的噪聲，這一點(diǎn)困擾著微表處的研究者和使用者。經(jīng)過(guò)了級(jí)配和組成重構(gòu)的低噪聲微表處的誕生給這一養(yǎng)護(hù)措施帶來(lái)了新的面貌，但由于級(jí)配的調(diào)整和結(jié)合料的更換，油石比的增加勢(shì)必會(huì)給微表處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來(lái)密實(shí)和間隙率降低的影響，對(duì)剪切應(yīng)力的抵抗力會(huì)帶來(lái)影響。其中對(duì)路用性能影響最關(guān)鍵的在于抗車(chē)轍性能，考慮到調(diào)整了級(jí)配中粗集料的用量會(huì)帶來(lái)混合料高溫性能的影響[2-3]，本文將針對(duì)全新的低噪聲微表處進(jìn)行抗車(chē)轍性能的影響因素研究，以期為低噪聲微表處在施工中的配合比組成設(shè)計(jì)提供重要參考。

1 試驗(yàn)材料與組成設(shè)計(jì)

1.1 材料

1.1.1 改性乳化瀝青

為使研究對(duì)象具有代表性，選用上海龍孚道路養(yǎng)護(hù)工程有限公司生產(chǎn)的成品改性乳化瀝青，采用最新研發(fā)的廣域型EM530慢裂快凝型乳化劑，它對(duì)集料類(lèi)型和處理程度有較高的容忍度[4]。由EM530乳化的改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.1.2 集料和礦粉

試驗(yàn)用粗集料來(lái)自江蘇產(chǎn)玄武巖，細(xì)集料為江蘇產(chǎn)石灰?guī)r。根據(jù)低噪聲級(jí)配設(shè)計(jì)，將其篩分成0～3 mm、3～5 mm和5～8 mm三級(jí)集料為進(jìn)行目標(biāo)級(jí)配的合成，礦粉將不參與低噪聲微表處級(jí)配設(shè)計(jì)，而是作為外添加物使用。集料的篩分結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 低噪聲微表處粗、細(xì)集料質(zhì)量要求

1.1.3 水泥

水泥作為填料添加進(jìn)混合料中，應(yīng)干燥、疏松、無(wú)結(jié)團(tuán)，并應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中的相關(guān)要求[5]。水泥的摻加量必須通過(guò)混合料設(shè)計(jì)試驗(yàn)確定。

1.1.4 橡膠屑

本文研究用的微表處混合料低噪聲的效果主要來(lái)自?xún)煞矫妫禾厥獾募?jí)配設(shè)計(jì)和橡膠屑。因此適當(dāng)?shù)丶尤胂鹉z是降低噪聲的關(guān)鍵要素之一[6]，橡膠屑應(yīng)為通過(guò)常溫磨碎或粒化方法制成的橡膠顆粒碎屑。研究所用橡膠屑技術(shù)指標(biāo)和實(shí)測(cè)值見(jiàn)表3。

表3 橡膠屑物理特性技術(shù)要求

1.2 dB60級(jí)配設(shè)計(jì)

集料級(jí)配對(duì)微表處路用性能有著重要的影響，也是影響行車(chē)噪聲的另一個(gè)關(guān)鍵。適當(dāng)降低粗集料的使用，加入洛杉磯磨耗值更高的中粒徑集料（3～5 mm），加強(qiáng)集料間嵌擠效應(yīng)，降低鋪設(shè)厚度與集料最大粒徑之差，采用間斷級(jí)配以增加粗集料的比例，是dB60級(jí)配的設(shè)計(jì)原則。但是從級(jí)配角度降低噪聲的處理對(duì)路用性能存在影響，油石比隨著粗集料的增加而減少，這將導(dǎo)致耐久性降低[7]。增加油石比有助于提高微表處的耐久度，但會(huì)造成對(duì)微表處表觀結(jié)構(gòu)泛油、粘輪等不利影響。表4為dB60專(zhuān)用低噪聲微表處級(jí)配。

表4 dB60低噪聲級(jí)配

1.3 主要試驗(yàn)方法

根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范中對(duì)微表處性能指標(biāo)的要求，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）[8]中指定試驗(yàn)T0756進(jìn)行車(chē)轍變形試驗(yàn)。

2 抗車(chē)轍性能

2.1 油石比

試驗(yàn)選用9.5%～12.5%油石比的dB60級(jí)配的低噪聲微表處混合料，按試驗(yàn)規(guī)范制作試件，用負(fù)荷輪試驗(yàn)儀模擬車(chē)輪在成型后的微表處混合料上碾壓，通過(guò)規(guī)定作用次數(shù)后，測(cè)定試樣的車(chē)轍深度和寬度變形，以試樣單位厚度的車(chē)轍深度和單位寬度的橫向變形評(píng)價(jià)混合料的抗車(chē)轍能力。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同油石比下的輪轍寬度變化率

對(duì)于提出新設(shè)計(jì)方法的低噪聲微表處混合料而言，與常規(guī)微表處不同的是，隨著油石比的增加，輪轍寬度變化率均呈先減小后增大的趨勢(shì)，這點(diǎn)體現(xiàn)在了圖1的試驗(yàn)結(jié)果中。存在一個(gè)最佳油石比使得低噪聲微表處混合料抗車(chē)轍能力最優(yōu)?；谠囼?yàn)結(jié)果，此次研究推薦采用11.0%作為最佳油石比。

圖1 不同油石比的輪轍寬度變化率隨油石比變化曲線

通常對(duì)于熱拌瀝青而言，抗車(chē)轍能力和礦料間隙率、油石比、混合料空隙率等因素均有很大關(guān)系。車(chē)轍深度會(huì)隨混合料空隙率的增大而逐漸減小，且空隙率是影響抗車(chē)轍能力的主要因素。但是微表處由于攤鋪厚度較薄，抵抗的多為中輕度車(chē)轍病害，單純調(diào)整級(jí)配來(lái)提升抗車(chē)轍性能是不夠的，應(yīng)該通過(guò)調(diào)整油石比、改變添加物種類(lèi)等手段，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和施工環(huán)境等條件綜合確定合適的材料組成，以提升微表處混合料抗車(chē)轍性能。這里的最佳油石比推薦值11.0%可作為低噪聲微表處的設(shè)計(jì)施工配合比初始值。

2.2 水泥和礦粉

選取dB60級(jí)配的微表處，以確定的最佳油石比（11.5%）、摻水量（2.0%）分別加入不同比例的水泥和礦粉，進(jìn)行輪轍變形試驗(yàn)，研究添加劑種類(lèi)和摻量對(duì)抗車(chē)轍性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同水泥和礦粉摻量下輪轍試驗(yàn)結(jié)果

圖2的曲線顯示，少量水泥的加入可有效提升微表處的抗車(chē)轍性能。當(dāng)添加量在0.5%和1.0%時(shí)，微表處混合料輪轍寬度變化率比不添加水泥分別提升了17.0%和33.0%；但當(dāng)水泥摻量大于1.0%后，輪轍寬度變化率趨于穩(wěn)定，不再隨水泥摻量的增加而改變?？梢哉J(rèn)為對(duì)于dB60級(jí)配低噪聲微表處抗車(chē)轍性能而言，1.0%的水泥摻量是最佳值。過(guò)多的水泥無(wú)法進(jìn)一步提升微表處混合料抵抗車(chē)轍變形的能力。

由圖3可以看到，礦粉的加入對(duì)微表處抗車(chē)轍能力的提升并不明顯。礦粉摻加量為1%和2%時(shí)，混合料輪轍寬度變形率相比未添加礦粉時(shí)僅分別提升了7.1%和13.4%，之后再繼續(xù)摻加礦粉對(duì)提升微表處抗車(chē)轍能力作用不顯著。原因在于由于礦粉的加入改變了混合料的級(jí)配，細(xì)集料增多，雖然降低混合料空隙率可以提升抗車(chē)轍性能，但是礦粉會(huì)吸附更多的改性乳化瀝青。倘若不增加油石比，微表處的拌和性會(huì)有一定程度的下降，集料無(wú)法被瀝青充分裹覆，破乳后混合料抵抗車(chē)轍的能力也因此會(huì)被削弱。綜合來(lái)看，單獨(dú)增加礦粉摻量對(duì)提升微表處抗車(chē)轍性能意義不明顯。

圖2 水泥對(duì)微表處抗車(chē)轍性能的影響

圖3 礦粉對(duì)微表處抗車(chē)轍性能的影響

2.3 橡膠屑

橡膠屑具有吸收和弱化噪聲的作用，它的加入可使得微表處混合料在攤鋪完成后進(jìn)一步降低噪聲，并且適當(dāng)可增加微表處的彈性模量。依舊選用dB60微表處級(jí)配，采用上一節(jié)確定的最佳油石比（11.5%）、摻水量（2.0%）以0.5%和1.0%質(zhì)量比的間隔分別摻入橡膠屑，進(jìn)行輪轍變形試驗(yàn)，研究不同摻量的橡膠屑對(duì)微表處抗車(chē)轍性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 濕輪磨耗值隨橡膠屑摻量的變化曲線

從圖4可知，添加橡膠屑也可以提升微表處的抗車(chē)轍性能，2.5%的橡膠屑是一個(gè)臨界值，在0～2.5%時(shí)抗車(chē)轍性能增加明顯，過(guò)了2.5%的臨界范圍之后抗車(chē)轍性能均趨于平穩(wěn)，更多的橡膠屑并不能帶來(lái)更優(yōu)的路用性能。因此從抗車(chē)轍角度而言，2.5%為橡膠屑的標(biāo)準(zhǔn)添加量。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)油石比、摻水量、水泥、礦粉和橡膠屑等因素，研究了它們對(duì)低噪聲微表處混合料的抗車(chē)轍性能的影響，主要結(jié)論如下：

（1）隨著油石比的增加，低噪聲微表處輪轍寬度變化率均呈先減小后增大的趨勢(shì)，存在一個(gè)最佳油石比使得微表處混合料抗車(chē)轍能力最優(yōu)。推薦低噪聲微表處采用11.0%作為最佳油石比，可作為實(shí)際施工中的油石比設(shè)計(jì)初始值。

（2）少量的水泥可以有效提升微表處的抗車(chē)轍性能，但當(dāng)水泥摻量超過(guò)1.0%后，提升效果趨于穩(wěn)定。單獨(dú)添加礦粉對(duì)微表處抗車(chē)轍性能的提升并不明顯，因?yàn)榈V粉會(huì)吸附更多的改性乳化瀝青，不提高油石比會(huì)導(dǎo)致集料無(wú)法被瀝青充分裹覆，破乳后混合料抵抗車(chē)轍的能力也因此會(huì)被削弱。

（3）添加橡膠屑可以提升微表處的高溫穩(wěn)定性，根據(jù)摻量和高溫性能曲線確定，超過(guò)2.5%的橡膠屑含量后，性能趨于穩(wěn)定，基于低噪聲微表處，從抗車(chē)轍角度考慮，推薦2.5%為標(biāo)準(zhǔn)橡膠屑添加量。