王慧， 王犇乾， 李俊， 曹東偉， 程沖

(1.中國路橋工程有限責(zé)任公司， 北京市 100011；2.交通運輸部公路科學(xué)研究院； 3.中路高科(北京)公路技術(shù)有限公司；4.中交第一公路工程局)

1 引言

隨著對排水瀝青路面的不斷認(rèn)識與深入研究，排水瀝青路面在中國得到了一定的發(fā)展。目前對于排水瀝青路面的研究主要集中在其良好的抗滑性能上，同時為了保證安全耐久性，抗滑衰減規(guī)律研究也極其重要。根據(jù)以往的研究可知，使用一段時間后瀝青路面的抗滑性能主要與集料的抗磨光性能有關(guān)，而以石灰?guī)r為粗集料的排水瀝青路面在使用一段時間后，由于石灰?guī)r集料被磨光將會造成路面抗滑性能的衰減，但是衰減程度和規(guī)律卻不清楚。

經(jīng)查閱國內(nèi)外相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，研究瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律的主要試驗方法是大型足尺環(huán)道試驗。該試驗可以較真實準(zhǔn)確地反映路面抗滑性能衰減變化情況，但是所需場所較大，耗資昂貴，不太適合廣泛推廣使用。還有一種室內(nèi)的小型加速磨耗試驗裝置，這種裝置使用較為方便，使用費用較低，而且對于試驗過程中各種變量的控制較為容易，也能較為準(zhǔn)確地模擬路面抗滑性能衰減情況。

該文研究工作主要采用室內(nèi)加速磨耗裝置。同濟大學(xué)楊眾開發(fā)的我國第一臺小型加速磨耗設(shè)備，采用橡膠輪胎模擬實際車輛輪胎的磨耗作用，且試驗速度可調(diào)，最大為80 km/h。交通運輸部公路科學(xué)研究院自主研發(fā)的平板磨光機磨耗原理與其基本相同。該文采用平板磨光機，使用室內(nèi)加速磨耗一定次數(shù)后測試混合料試件磨耗位置摩擦系數(shù)的方法，研究石灰?guī)r排水瀝青混合料抗滑性能的衰減規(guī)律。

2 試驗方案

2.1 原材料及瀝青混合料

(1) 原材料

PAC-13瀝青混合料采用高黏度改性瀝青，SMA-13瀝青混合料采用SBS改性瀝青，兩種瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果如表1所示。石灰?guī)r和玄武巖粗集料的主要技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果如表2所示。細(xì)集料采用石灰?guī)r質(zhì)機制砂，填料采用石灰?guī)r質(zhì)礦粉，均滿足相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求。

表1 SBS改性瀝青和高黏度改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

由表2可知：與石灰?guī)r相比，玄武巖的致密性更好，結(jié)合化學(xué)組成、成巖環(huán)境等，其密度、力學(xué)性能指標(biāo)以及耐磨性均優(yōu)于石灰?guī)r。此外，由于玄武巖為基性巖石，一般呈堿性或弱堿性，再加上近年來瀝青材料的不斷改良，其黏附性等級達到5級，與強堿性的石灰?guī)r黏附性等級相同。

表2 石灰?guī)r和玄武巖粗集料主要技術(shù)指標(biāo)

(2) 瀝青混合料

PAC-13和SMA-13瀝青混合料礦料級配組成如表3所示，PAC-13油石比為4.8%，外摻0.1%聚酯纖維(以瀝青混合料質(zhì)量計)；SMA-13油石比為6.0%，外摻0.3%木質(zhì)素纖維(以瀝青混合料質(zhì)量計)。

表3 PAC-13和SMA-13瀝青混合料礦料級配組成

2.2 試驗設(shè)計

(1) 制備石灰?guī)rPAC-13、玄武巖PAC-13和玄武巖SMA-13共3種瀝青混合料，分別開展馬歇爾穩(wěn)定度試驗、車轍試驗、低溫彎曲試驗以及浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗，對比分析3種瀝青混合料的路用性能。

(2) 成型石灰?guī)rPAC-13、玄武巖PAC-13和玄武巖SMA-13共3種瀝青混合料的平板磨光試驗試件，分別磨耗0、10 000、20 000直至200 000次后測試擺值，對比分析3種瀝青混合料的抗滑持久性。

2.3 磨耗方案

平板磨光儀如圖1所示，加載平臺如圖2所示。

圖1 平板磨光儀

圖2 加載平臺

磨耗試件采用直徑為225 mm、高度為50 mm的圓柱體，由車轍板取芯而成。試驗在25 ℃的環(huán)境溫度下完成。為了保證磨耗效果，在橡膠輪旋轉(zhuǎn)過程中同步噴灑磨耗溶液，噴灑流量為20 L/min。磨耗溶液由水和石英砂按照100∶6的比例混合而成，石英砂的粒徑小于0.063 mm。橡膠輪施加的荷載為392 N，旋轉(zhuǎn)速度為500 r/min。每磨耗10 000次，停止設(shè)備運轉(zhuǎn)，并測試試件表面擺值。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 路用性能試驗

不同類型瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果見表4。

由表4可知：與玄武巖PAC-13和玄武巖SMA-13相比，石灰?guī)rPAC-13的高溫性能稍差于前者，但是明顯優(yōu)于后者，其他路用性能則整體上相當(dāng)。雖然石灰?guī)r粗集料的力學(xué)指標(biāo)要差于玄武巖，并且在擊實過程中也存在少量的擊碎現(xiàn)象，由于石灰?guī)rPAC-13采用高黏度改性瀝青，提供了較高的黏結(jié)力，可以保證其主要路用性能指標(biāo)滿足相關(guān)要求。

表4 不同類型瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果

3.2 加速磨光試驗

不同磨耗次數(shù)之后3種類型瀝青混合料的擺值測試結(jié)果如圖3所示，磨耗200 000次之后的試件外觀如圖4所示。

圖3 不同磨光次數(shù)之后3種類型瀝青混合料的擺值

圖4 磨耗200 000次之后試件外觀

由圖3可知：隨著磨耗次數(shù)的增加，3種類型瀝青混合料的擺值均呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，擺值增加主要發(fā)生在磨耗的前10 000次，之后擺值逐漸減少直至趨于穩(wěn)定。擺值在磨耗前期增大的主要原因在于：瀝青混合料集料表面會覆蓋一層瀝青膜，該瀝青膜經(jīng)過磨耗后逐漸脫落，從而使集料粗糙部分暴露于混合料的表面，此時檢測擺值理應(yīng)大于初始時的檢測值。磨耗后期擺值衰減的主要原因在于：集料表面粗糙部分在不斷磨耗作用下逐漸變得光滑，抗滑性能隨之降低，因此所檢測的擺值不斷減小。

但是經(jīng)過150 000次左右的磨耗后，擺值的降低速率基本趨于穩(wěn)定，這主要是因為混合料在經(jīng)過長時間的磨耗后，集料表面瀝青膜已脫落，棱角性也已基本磨平，集料很難繼續(xù)磨光，因此擺值基本趨于穩(wěn)定。

具體分析3種類型瀝青混合料擺值時可以發(fā)現(xiàn)：三者初始擺值相差不大，但是隨著磨耗次數(shù)增加，抗滑性能差異逐漸明顯。玄武巖PAC-13瀝青混合料和玄武巖SMA-13瀝青混合料的擺值始終保持基本一致，但是石灰?guī)rPAC-13與二者的差異卻越來越明顯。經(jīng)歷200 000次磨耗之后，石灰?guī)rPAC-13擺值只有36，衰減幅度達到44.5%。而玄武巖PAC-13和玄武巖SMA-13的擺值仍有43，衰減幅度只有約36.7%。這表明石灰?guī)r磨光性較差的屬性對其長期抗滑性能不利，因此應(yīng)關(guān)注石灰?guī)r排水瀝青路面的抗滑持久性問題。建議關(guān)注石灰?guī)r排水瀝青路面抗滑性能恢復(fù)問題，或者可將其用于雙層排水瀝青路面的下排水層。

4 結(jié)論

(1) 由于石灰?guī)rPAC-13采用高黏度改性瀝青，提供了較高的黏結(jié)力，與玄武巖PAC-13和玄武巖SMA-13相比，其高溫性能稍差于前者，但是明顯優(yōu)于后者，其他路用性能則整體上相當(dāng)。

(2) 由于集料表面瀝青膜脫落增加了路表紋理的粗糙度，在磨耗早期擺值存在一個增長的過程。但是隨著磨耗次數(shù)的增加，粗集料開始被磨光，抗滑性能開始大幅衰減直至趨于穩(wěn)定。

(3) 加速磨光之后，石灰?guī)r排水瀝青混合料抗滑性能的衰減幅度大于玄武巖排水瀝青混合料和玄武巖SMA瀝青混合料。建議關(guān)注石灰?guī)r排水瀝青路面抗滑性能恢復(fù)問題，或者可將其用于雙層排水瀝青路面的下排水層。