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        基于剛性路面的瀝青薄層罩面性能研究

        2021-03-17 16:40:39郭玉龍同浩
        西部交通科技 2021年12期
        關(guān)鍵詞:預(yù)防性養(yǎng)護(hù)路用性能瀝青混合料

        郭玉龍 同浩

        摘要:文章采用骨架密實(shí)型級(jí)配和高彈改性瀝青成型瀝青混合料,測試馬歇爾指標(biāo)、高溫性能、低溫性能,并記錄分析現(xiàn)場不同施工工藝對路面壓實(shí)效果的影響。研究表明:采用輝綠巖作為粗骨料成型的瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性和高、低溫性能,摻入纖維可以提高混合料的路用性能;瀝青混合料的水穩(wěn)定性與體積指標(biāo)有相關(guān)性,在不同水穩(wěn)定性測試方法下的變化規(guī)律不一致;級(jí)配和碾壓方法對混合料的壓實(shí)效果影響顯著,適當(dāng)提高0~3 mm礦料摻量,使用膠輪進(jìn)行初壓能夠有效提升剛性基礎(chǔ)上的瀝青薄層罩面壓實(shí)度。

        關(guān)鍵詞:預(yù)防性養(yǎng)護(hù);瀝青混合料;超薄罩面;路用性能;壓實(shí)特性

        中國分類號(hào):U416.222文章標(biāo)識(shí)碼:A070254

        0 引言

        預(yù)防性養(yǎng)護(hù)在道路服役期內(nèi)作為保障道路正常通行、提高服務(wù)質(zhì)量的首要措施,已經(jīng)成為公路建養(yǎng)的重要內(nèi)容。路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范、規(guī)程是指導(dǎo)道路路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)[1-3],隨著新材料和新技術(shù)不斷在道路養(yǎng)護(hù)施工中被使用,調(diào)查和分析實(shí)體養(yǎng)護(hù)工程的施工經(jīng)驗(yàn)對開展養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)和施工具有指導(dǎo)意義[4]。

        三柳高速公路位于廣西境內(nèi),2017年建成通車,雙向四車道,全長168.7 km,設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km/h,路面結(jié)構(gòu)為30 cm水泥混凝土+3 cm橡膠瀝青混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石+18 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+20 cm級(jí)配碎石。經(jīng)過三年運(yùn)營,道路抗滑性能和平整度出現(xiàn)衰變,路面板塊出現(xiàn)開裂、脫空、破碎等病害,路基整體情況良好。本次對該道路采用瀝青混合料進(jìn)行加鋪是該路面首次全線路的預(yù)防性養(yǎng)護(hù),本文依托2020年10月開展的K56+840~K62+084預(yù)防性養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)段,對水泥路面加鋪瀝青混凝土超薄罩面的配合比設(shè)計(jì)與壓實(shí)工藝進(jìn)行分析。

        1 原材料

        超薄罩面使用高彈改性瀝青為膠結(jié)料,粗集料和細(xì)集料選用廣西當(dāng)?shù)氐妮x綠巖,填料為石灰?guī)r礦粉,相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見下頁表1~3。

        2 級(jí)配與性能研究

        2.1 配合比設(shè)計(jì)

        本次試驗(yàn)路段設(shè)計(jì)了三種級(jí)配,級(jí)配曲線如圖1所示。其中Ⅰ#級(jí)配公稱最大粒徑為13.2 mm,Ⅱ#級(jí)配為9.5 mm,Ⅲ#級(jí)配為7.2 mm,此外還在Ⅲ#級(jí)配基礎(chǔ)上摻加0.3%聚酯纖維,形成了四種瀝青混合料。三種級(jí)配均為骨架密實(shí)型級(jí)配,其中Ⅲ#級(jí)配在生產(chǎn)過程中加設(shè)了9 mm篩孔,粗集料粒徑更為集中。

        對上述四種瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),測試最佳油石比下的性能指標(biāo)如表4所示,瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

        2.2 水穩(wěn)定性

        采用凍融劈裂實(shí)驗(yàn)與浸水馬歇爾試驗(yàn)對四種瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行測試,試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

        在兩種試驗(yàn)方法下的四種瀝青混合料水穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求,殘留穩(wěn)定度由大到小為:Ⅰ#級(jí)配>Ⅱ#級(jí)配>Ⅲ#級(jí)配>Ⅲ#級(jí)配+纖維,凍融劈裂強(qiáng)度比由大到小為:Ⅰ#級(jí)配>Ⅲ#級(jí)配+纖維>Ⅲ#級(jí)配>Ⅱ#級(jí)配。由此可知,Ⅰ#級(jí)配的水穩(wěn)定性最好。由于試驗(yàn)方法不同,瀝青混合料的水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)存在較大差異,當(dāng)采用凍融劈裂實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性時(shí),Ⅲ#級(jí)配與Ⅲ#級(jí)配+纖維也具有較好的水穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[5~6]研究認(rèn)為瀝青混合料的體積指標(biāo)對水穩(wěn)定性有顯著影響,本研究將四種瀝青混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)與VV、VMA、VFA進(jìn)行分析,如圖2、圖3所示。殘留穩(wěn)定度與VV和VMA相關(guān)性較為顯著,均隨VV和VMA的減小而增大,隨VFA呈先增大后減小的變化趨勢;凍融劈裂強(qiáng)度比與VV、VFA無明顯相關(guān)性,隨VMA的增大呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢。

        2.3 路面壓實(shí)特性

        瀝青混凝土加鋪層與水泥路面剛度差異較大,為使加鋪層形成良好的壓實(shí)效果,在試驗(yàn)段攤鋪碾壓過程中調(diào)整壓實(shí)功和壓實(shí)機(jī)具。記錄氣溫(數(shù)據(jù)來源于中國天氣網(wǎng))、出料溫度、攤鋪碾壓方式,施工完成后對路面進(jìn)行檢測,如表6所示。

        根據(jù)表6可知,碾壓方式和級(jí)配對壓實(shí)效果影響較大,本項(xiàng)目在選擇初壓方式時(shí),設(shè)置了膠輪、鋼輪靜壓、鋼輪振動(dòng)三種方法。碾壓效果顯示,采用膠輪碾壓能夠顯著提高路面的密實(shí)程度,但可能出現(xiàn)提漿過多造成路面泛油現(xiàn)象。根據(jù)配合比可知,三種級(jí)配中壓實(shí)度最大的是Ⅱ#,該級(jí)配4.75 mm通過率為40.5%,根據(jù)顆粒堆積理論,具有較多的細(xì)集料能夠?qū)崿F(xiàn)更好的空隙填充效果[7]。Ⅲ#級(jí)配摻加纖維后也具有較大的壓實(shí)度,但依然小于Ⅱ#級(jí)配。該級(jí)配生產(chǎn)時(shí)在拌和樓熱篩發(fā)系統(tǒng)中加設(shè)9 mm篩孔,導(dǎo)致粗集料粒徑更加集中,粗骨料間骨架特征更加顯著,需要較多的細(xì)集料填充[7-8]。此外,過多的粗集料在壓實(shí)過程中容易形成骨架支撐,壓實(shí)功分布不均勻,細(xì)集料對礦料骨架難以形成良好嵌擠和填充。

        滲水系數(shù)測試為多個(gè)斷面測試結(jié)果的平均值,表6的五種方案的滲水系數(shù)具有較大差異,其中Ⅱ#級(jí)配滲水系數(shù)較小,當(dāng)采用膠輪進(jìn)行初壓時(shí),其滲水系數(shù)進(jìn)一步減小,說明膠輪的揉搓效果有利于集料在剛性基礎(chǔ)上的擠壓密實(shí)。

        采用橫向力檢測車測試路面的抗滑性能,Ⅱ#級(jí)配低于Ⅲ#級(jí)配,其主要原因是Ⅲ#級(jí)配粗集料趨近于單一粒級(jí),且含量高于Ⅱ#級(jí)配,骨架特征更加顯著。對比不同壓實(shí)方式的路面抗滑性能,結(jié)果顯示,改變壓路機(jī)進(jìn)行初壓對路面橫向力系數(shù)影響較小。

        3 結(jié)語

        (1)采用高彈改性瀝青和輝綠巖成型的骨架密實(shí)型瀝青混合料路用性能均能滿足規(guī)范要求,提高骨架嵌擠程度和摻加纖維可以提高瀝青混合料的高、低溫性能。

        (2)不同的試驗(yàn)方法對瀝青混合料水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)具有差異性,凍融劈裂試驗(yàn)的劈裂強(qiáng)度比在數(shù)值上低于浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度,瀝青混合料的水穩(wěn)定性與體積指標(biāo)具有相關(guān)性。

        (3)骨架密實(shí)型瀝青混凝土薄層罩面在水泥路面上能夠?qū)崿F(xiàn)良好的壓實(shí)度,級(jí)配與碾壓方法對壓實(shí)效果具有較大影響,使用膠輪進(jìn)行初壓和提高粉料比例有利于提高壓實(shí)度。

        (4)薄層罩面滲水系數(shù)較大,其原因是水泥路面剛度大,在攤鋪、碾壓瀝青混合料時(shí),加鋪層骨料無法與水泥路面產(chǎn)生擠壓密實(shí)作用,層間界面明顯,路面橫向連通空隙率較大。采用膠輪進(jìn)行初壓時(shí),能夠減小滲水系數(shù),說明膠輪的揉搓效果有利于集料在剛性基礎(chǔ)上的擠壓密實(shí)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]JTG 5142-2019,公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

        [2]JTG 5421-2018,公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [3]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

        [4]劉 克,徐 福,楊 波,等.運(yùn)營22年貴清一級(jí)公路路面維修特點(diǎn)研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,34(5):69-74,94.

        [5]王家舒,高 英.瀝青混合料體積指標(biāo)對路用性能的影響[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,39(5):604-610.

        [6]徐慧寧.體積指標(biāo)對瀝青混合料路用性能的影響[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

        [7]譚憶秋,邢 超,任俊達(dá),等.基于顆粒堆積理論的瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性研究[J].中國公路學(xué)報(bào),2017,30(7):1-8.

        [8]邢 超.瀝青混合料骨架填充體系細(xì)觀結(jié)構(gòu)及應(yīng)力應(yīng)變傳遞機(jī)制研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2018.

        3073501908247

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