■洪月華

（福建省高速公路集團有限公司漳州管理分公司， 漳州 363005）

廈蓉高速公路廈成線（以下簡稱“廈成線”）為雙向六車道，作為連接廈門至龍巖、贛州的高速公路主干道，于2013 年通車以來，瀝青路面頻繁承受重型運輸車輛的輪載作用，目前已出現(xiàn)部分第3 車道早期路面性能衰退現(xiàn)象，據(jù)交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計2019年廈成線平均日交通量為45 901 輛，且重車比例占達35.3%。 該路段2020 年路面技術狀況檢測指標數(shù)據(jù)（路面性能檢測指標見表1） 按照JTG 5421-2018《公路瀝青路面養(yǎng)護設計規(guī)范》 要求采取預防性養(yǎng)護，以提高路面損壞指數(shù)、車轍深度指數(shù)、路面抗滑性能指數(shù)，并有效降低行車產(chǎn)生的噪音音貝等路用功能，從而延長道路服務壽命。

表1 路面性能檢測指標數(shù)據(jù)

1 設計方案

廈成線設計方案采用對原路面局部病害進行處治后， 加鋪15 mm 厚Superlayer 磨耗層體系，該超薄罩面采用富瀝青用量的骨架密實型間斷級配設計， 將熱拌Superlayer 改性瀝青混合料同步鋪筑于高黏改性乳化瀝青黏層之上所形成的（15±3）mm超薄罩面。

2 磨耗層瀝青材料選擇

為解決15 mm 厚的磨耗層層間承受極大水平剪應力和脫層問題，Superlayer 磨耗層的黏層采用破乳速度快、固含量高、黏度大、抗剪強度高、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的高黏改性乳化瀝青（技術指標見表2）。同時， 為提高磨耗層的混合料低溫及疲勞抗裂性能， 采用Superlayer 高黏高彈改性瀝青作為膠結料（技術指標見表3），其設計油石比≥6.5%，軟化點（TR&B）≥90℃，瀝青膜厚度DA≥9 μm，再加上混合料的骨架密實型級配設計，有效提高瀝青混合料高溫、低溫及疲勞性等綜合性能。

3 磨耗層級配設計與評價

集料磨耗性是反映瀝青路面抗滑磨性能的關鍵性指標，加鋪超薄罩面做為路面表面層常期受外界環(huán)境的侵蝕及行車輪胎的摩擦損耗，能否有效保證路面集料在使用過程中的耐磨及耐久性能，直接關乎道路行車安全。 為提高磨耗層表面磨光磨損過程，磨耗層粗集料采用質(zhì)地堅硬、表面粗糙、耐磨、具有良好嵌擠能力的玄武巖碎石，并以微狄法爾磨耗損失≤18%作為碎石控制所選用關鍵性指標。

Superlayer 磨耗層采用瀝青路面施工技術規(guī)范中的馬歇爾設計法作為基本方法和依據(jù)，但馬氏設計法同Superpave 設計法均屬于瀝青混合料性能的平衡設計法， 因此在馬氏設計法基礎上同時采用CAVF 法[1]（由張肖寧教授及其團隊從材料組成體積方面入手，提出了瀝青混合料組成設計主骨料空隙填充法）與貝雷法[2]（由美國伊利諾州交通部的羅伯特·貝雷（RobertBailey）先生提出的貝雷級配設計檢驗方法， 提出了混合料級配設計中粗集料骨架嵌擠程度的確定方法， 考慮了各組成集料填充特性的級配方法及判定法則） 結合使用進行磨耗層級配設計， 通過CAVF 法檢驗瀝青混合料是否滿足VCAmix≤VCADRC與貝雷參數(shù)CA、FAC 與FAf等指標范圍進行評價（表4）。

表4 Superlayer 改性瀝青混合料礦料級配范圍

3.1 CAVF 法確定級配

磨耗層采用3 種規(guī)格分別為4.75～8 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm 的玄武巖集料與石灰?guī)r礦粉作為填料。 按照體積關系，粗集料、細集料、礦粉以及瀝青用量的質(zhì)量百分率分別為qc、qf、qp、qa， 粗集料骨架緊裝空隙率及瀝青混合料設計目標空隙率VCADRC、VV 之間具有如下的組成關系：

其中：γs為粗集料緊裝密度；γf和γp分別為細集料和礦粉的表觀相對密度；γa為瀝青的相對密度。

根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c與交通組成等因素，對混合料的設計空隙率VV、瀝青用量qa與礦粉用量qp進行設定，將粗集料qc、細集料qf占比作為未知變量，通過上述公式（1）、（2）可以計算其變量結果。 本項目擬定混合料油石比為6.5%，設計空隙率VV 為4.0%，礦粉摻配比為2.0%，實測干搗實狀態(tài)下粗集料骨架間隙率VCADRC為39.4%， 通過試驗4.75～8 mm 與2.36～4.75 mm 配比在85∶15 是粗集料緊裝密度最優(yōu)為1.654 g/cm3，細集料表觀相對密度與礦粉表觀相對密度分別為2.991 與2.694，瀝青相對密度為1.032， 通過上述公式計算得出集料粗細比為72.5%∶26.5%。

最終， 修正后礦料級配合成百分比為4.75～8 mm∶2.36～4.75 mm∶0～2.36 mm： 礦粉=61.5∶11.0∶25.5∶2.0（表5），在馬氏試驗前通過混合料體積參數(shù)[3]， 在已瀝青混合料設計空隙率與預估油石比下可以推算出瀝青膜厚度DA 為12.24 μm≥9 μm。

表5 礦料集料級配組成

通過借鑒SMA 設計理論， 粗集料骨架間隙率VCAmix≤VCADRC[4]評價Superlayer 改性瀝青混合料的骨架性。

3.2 貝雷法級配檢驗貝雷法

核心思想是級配設計中由粗集料顆粒形成嵌擠，細集料進行空隙填充，細集料的搗實體積相當于粗集料所構成的空隙體積。 對粗細集料關鍵篩孔的劃分按公稱最大粒徑（NMPS）的0.22 倍的接近值來確定（注：因標準篩孔尺寸與美國略有區(qū)別，我國同濟大學著名道路專家林繡賢教授建議0.25 倍更符合我國實際情況），如表6 所示。

表6 粗細集料級配控制點

為檢驗礦料料中粗集料嵌擠情況，在級配選定后貝雷法通過3 個參數(shù)對級配的骨架性是否良好進行檢驗：一是粗集料比（CA 比），主要目的是對粗集粗的級配進行約束，CA 比過大則不能形成骨架結構，若太小則容易出現(xiàn)離析；二是細集料中粗比（FAC比）， 來反映級配中細集料部份粗顆粒與細顆粒嵌擠填充情況； 三是細集料中細比 （FAf比），與FAC比類似，反映級配中最細一級的嵌擠情況。公式如下：

式中：PD2為公稱最大粒徑/2 的通過率（%）；PPCS為第一控制篩孔的通過率（%）；PSCS為第二控制篩孔的通過率（%）；PTCS為第三控制篩孔的通過率（%）。

計算3 個參數(shù)結果分別為CA=0.54 （0.4～0.65），F(xiàn)AC=0.51（0.4～0.6），F(xiàn)Af=0.6（0.3～0.6）。

建議CA 比控制在0.4～0.6 具有較好的骨架穩(wěn)定性；FAc比主要反映VV 及VMA 的體積特征，F(xiàn)Ac比過高時填充細集含量增大，在0.45 次方級配曲線圖形成“駝峰”曲線，級配容易敏感，高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性均差，反之，F(xiàn)Ac比過低，細集料中粗顆粒間隙體積無法足夠填充，VMA 與VV 過大將導致級配不均衡，容易滲水出現(xiàn)水損害，建議FAc比控制范圍為0.4～0.6；FAf比與FAc比類似，主要影響混合料的體積特征， 通常VMA 隨其減小而增大， 一般FAf比 控 制 在0.3～0.6。 貝 雷 法 經(jīng) 過HeritageResearchGroup 近10 年的內(nèi)部使用和普渡大學進一步研究、實踐和驗證，認為采用該方法設計的瀝青混合料具有良好的骨架結構，同時達到密實的效果。

3.3 馬氏體積參數(shù)與混合料性能驗證

磨耗層瀝青混合料配合比設計采用馬歇爾設計法，按照重載交通雙面擊實75 次標準成型試件，分別測試試件的體積參數(shù)（表7），進行水穩(wěn)定性與高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性性能試驗（表8），最終確定配合比最佳瀝青用量為6.2%（油石比為6.6%）。

表7 瀝青混合料馬氏體積指標

表8 瀝青混合料路用性能指標

試驗結果表明，Superlayer 瀝青混合料骨架形成嵌擠，具有較好的骨架穩(wěn)定性，同時混合料密實起到有效密水作用， 設計中采用遠大于常規(guī)混合料瀝青膜厚度的設計思想， 結合Superlayer 磨耗層專用改性瀝青，有效提升瀝青混合料的抗疲勞開裂性能。

4 超薄磨耗層應用效果評價

對加鋪15 mm 厚超薄磨耗層時及運營使用12 個月的檢測路面技術狀況指標（RQI、RDI、SRI）（表9）進行分析，加鋪后及運營12 個月的2 次檢測國際平整度指數(shù)IRI 均為1.00 m/km， 路面行駛質(zhì)量指數(shù)為95.16，基本保持不變；車轍深度RD 由加鋪后的1.71 mm 運營12 個月后上升至1.82 mm，路面車轍深度指數(shù)由98.29%下降至97.92%， 下降了0.37%。 路面橫向力系數(shù)由59.8 上升至66.4，路面抗滑性能指數(shù)SRI 由96.54%上升至97.15%， 上升了0.61%。 經(jīng)過12 個月的運營使用，路面整體性能指數(shù)較為穩(wěn)定。

表9 路面技術狀況檢測結果

對加鋪15 mm 厚超薄磨耗層后及運營使用12 個月的滲水系數(shù)、構造深度、層間粘結力以及行車噪音跟蹤檢測數(shù)據(jù)（表10）進行分析：滲水系數(shù)由加鋪后180 mL/min， 運營12 個月下降到131 mL/min；路面構造深度加鋪后0.69 mm，運營12 個月0.7 mm，未出現(xiàn)衰減；層間粘結的拉拔破壞力，由加鋪后0.47 MPa，運營12 個月上升了0.24 MPa，但是檢測時溫度下降了3.2℃，故該檢測結果僅供參考。

表10 路面滲水系數(shù)、構造深度、層間粘結力試驗檢測結果

對加鋪15 mm 厚超薄磨耗層后及運營使用12 個月的行車噪音檢測數(shù)據(jù)進行分析（詳見表11），由加鋪后66.6 dB 運營12 個月下降到63.8 dB，行駛輪胎碾壓使得瀝青結構層進一步致密，行車噪音變小，從而提高道路通行舒適度。

表11 路面噪音檢測結果對比

5 結論

（1）通過CAVF 法確定的礦料級配能夠形成骨架嵌擠，使混合料鋪筑后達到外美內(nèi)實；貝雷法可以系統(tǒng)地評價混合料級配骨架嵌擠的情況。 但細粒式混合料的關鍵篩孔尺寸， 特別是公稱粒徑為6.7 mm 超細式混合料對粗細集料的界定還有待進一步研究。 （2）采用CAVF 法中粗集料間隙率最小值測定方法對數(shù)據(jù)結果具有一定影響。（3）通過科學的統(tǒng)計方法， 應用軟件的強大處理能力可以大大加強對施工過程的數(shù)據(jù)分析， 從而控制質(zhì)量的均質(zhì)化。