曹小燕，麥榮章，許湛成

(1.梧州高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 梧州 543000；2.廣西交投科技有限公司，廣西 南寧 530009)

0 引言

隨著道路服役時(shí)間的增加，許多建成道路在服役期內(nèi)逐漸出現(xiàn)耐久性降低、抗滑性能衰減、行車噪音增大等問題。在道路性能衰減期間適時(shí)地引入養(yǎng)護(hù)處治，可以極大地改善道路的行駛質(zhì)量，同時(shí)有效緩解道路耐久性下降問題[1]。超薄磨耗層在延緩路面的性能衰減速率、有效延長路面的使用壽命方面有一定的效用[2-3]。同時(shí)，薄層罩面較薄的鋪筑厚度極大地節(jié)省了不可再生的礦料資源，是目前公路養(yǎng)護(hù)工程中較好的處治工藝[4-5]。

ARC超韌磨耗層是超薄磨耗層的一種，其采用高彈高韌的復(fù)合改性瀝青作為瀝青膠結(jié)材料，良好的彈性和黏性很好地抑制了原路面裂縫的反射開裂[6]。同時(shí)，高彈高韌改性瀝青可以增大瀝青膜厚度，有效改善薄層罩面的脫落和耐久問題[7]。

本文針對ARC-5和ARC-8兩種最大粒徑不同的超韌磨耗層混合料，進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，開展了包括室內(nèi)性能試驗(yàn)和路用性能試驗(yàn)的對比研究，并依托包茂高速公路預(yù)養(yǎng)護(hù)工程進(jìn)行了超韌磨耗層的鋪設(shè)，比較最大粒徑不同的ARC超韌磨耗層性能的差異情況。

1 原材料

1.1 集料

選用同一石場的輝綠巖作為ARC-5和ARC-8兩種混合料使用的粗集料和細(xì)集料，其中，粗集料性能指標(biāo)見表1。

表1 粗集料性能指標(biāo)表

1.2 瀝青

選用的高黏高韌瀝青均產(chǎn)自同一批次，瀝青的具體性能指標(biāo)見表2。

表2 高黏瀝青技術(shù)指標(biāo)表

1.3 填料

選用的填料為礦粉，均產(chǎn)自同一產(chǎn)家，其具體的性能指標(biāo)如下頁表3所示。

表3 礦粉質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)表

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)級配

根據(jù)規(guī)范的要求，本文針對ARC-5和ARC-8進(jìn)行了級配設(shè)計(jì)?；旌狭暇唧w的級配如表4所示。

表4 ARC超韌磨耗層設(shè)計(jì)級配表

2.2 最佳油石比

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[8]試驗(yàn)流程對ARC超韌磨耗層材料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定ARC-5和ARC-8的最佳油石比。具體的最佳油石比和馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)見表5。

表5 ARC超韌磨耗層瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)表

由表5可知，ARC-5的最佳油石比只比ARC-8高0.1%，二者差距不大，并且二者的穩(wěn)定度、空隙率、間隙率、飽和率指標(biāo)的差距也不大。這說明隨著ARC混合料最大粒徑的增大，混合料的最佳油石比變化不大，最大粒徑的改變不會導(dǎo)致瀝青用量的變化。同時(shí)，瀝青ARC-8馬歇爾試件的流值較ARC-5小，說明ARC-5抵御變形的能力較弱。最大粒徑的增大使得混合料內(nèi)部的嵌擠結(jié)構(gòu)更加牢固，增加了混合料的抗變形能力，同時(shí)也提高了混合料的穩(wěn)定度。

3 混合料性能研究

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)性能比對

為了較全面地比對ARC-5和ARC-8混合料的室內(nèi)試驗(yàn)性能，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[9]，采用前文確定的設(shè)計(jì)級配，按各自最佳油石比成型試件，分別對ARC-5和ARC-8成型試件進(jìn)行了飛散試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和高溫車轍試驗(yàn)。

3.1.1 高溫穩(wěn)定性

從表6～7的數(shù)據(jù)可以看出，ARC-8的殘留穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度較ARC-5好，反映了ARC-8自身抵抗高溫作用下混合料性能衰減的能力更強(qiáng)。同時(shí)，ARC-8的穩(wěn)定度較ARC-5的更高，具有更好的力學(xué)性能。但是ARC-8的60 min變形量較ARC-5的偏大，說明在高溫環(huán)境下ARC-8混合料的變形量會更大。

表6 馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)表

表7 60 ℃車轍試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)表

通過試驗(yàn)，說明最大粒徑的改變在一定程度上使得ARC混合料級配嵌擠得到提升，總體混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到了提升，所以ARC-8的高溫性能衰減會比ARC-5慢，同時(shí)其單值的穩(wěn)定度也較高。但是其高溫環(huán)境下的變形量也因?yàn)榇嬖谳^大的顆粒而稍微變大，具體表現(xiàn)為車轍試驗(yàn)中變形量的增加。

3.1.2 低溫抗裂性能

從表8～9數(shù)據(jù)可以看出，ARC-8的低溫彎曲最大彎拉應(yīng)變、抗彎拉強(qiáng)度、彎曲勁度模量均比ARC-5高，說明在單一的低溫環(huán)境下，ARC-8的低溫抗裂性能比ARC-5的好。但是，對比凍融劈裂殘留強(qiáng)度比可以發(fā)現(xiàn)，ARC-5的殘留強(qiáng)度比較ARC-8的略高，說明ARC-8持續(xù)抵抗低溫水毀、保持混合料低溫水穩(wěn)定性能的效果較差。粒徑的增大在一定程度上提高了抗低溫性能的閾值，但是同時(shí)也降低了抗低溫水毀穩(wěn)定性。

表8 凍融劈裂實(shí)驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)表

表9 低溫彎曲試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)表

3.1.3 肯塔堡飛散試驗(yàn)

從表10數(shù)據(jù)可以看出，高黏高韌瀝青的加入，使得ARC-8和ARC-5的飛散損失均維持在較低的水平，較大的粒徑基本沒有影響混合料的飛散性能，也從側(cè)面印證了ARC高韌磨耗層中改性瀝青對混合料的粘結(jié)性能提升作用較大，ARC混合料內(nèi)部粘聚力大多來自于高黏高韌瀝青。

表10 肯塔堡飛散試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)表

3.2 試驗(yàn)段室外性能指標(biāo)對比

本文依托2021年實(shí)施的包茂高速公路預(yù)養(yǎng)護(hù)工程，進(jìn)行了ARC-5和ARC-8試驗(yàn)段的鋪設(shè)，ARC-5的鋪設(shè)厚度為1.2 cm，ARC-8的鋪設(shè)厚度為1.5 cm。為了降低其他方面的影響因素，ARC-5和ARC-8選取的試驗(yàn)段為鄰近路段，且原路面基本狀況一致。試驗(yàn)段層間粘結(jié)均采用一樣的施工方法，以降低對罩面的影響[10]。本文針對試驗(yàn)段進(jìn)行了抗滑、平整度、構(gòu)造深度等性能指標(biāo)的對比分析。

3.2.1 抗滑性能

采用路面橫向力系數(shù)測量車對試驗(yàn)路段進(jìn)行了抗滑性能方面的數(shù)據(jù)檢測，橫向力系數(shù)車輛按連續(xù)數(shù)據(jù)采集的方式，每20 m采集一次數(shù)據(jù)。采集車道為試驗(yàn)段外車道。表11為抗滑性能檢測情況。

表11 試驗(yàn)段SFC數(shù)據(jù)檢測結(jié)果匯總表

以相鄰的SFC數(shù)據(jù)差值為Y坐標(biāo)，樁號為X坐標(biāo)，分析試驗(yàn)路段抗滑值的局部離析情況，以評價(jià)路段抗滑性(見圖1～2)。

圖1 ARC-5相鄰SFC差值分布曲線圖

圖2 ARC-8相鄰SFC差值分布曲線圖

通過圖1～2和表12可以看出，ARC-5和ARC-8的橫向力系數(shù)均值相差不大，且其變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差差距也很小，說明ARC-5和ARC-8試驗(yàn)段路面的抗滑性能相差較小，進(jìn)一步表明了ARC超韌磨耗層中最大粒徑的增大不會導(dǎo)致混合料抗滑性能的顯著變化。同時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)相鄰SFC差值分布發(fā)現(xiàn)，ARC-5的相鄰SFC差值絕對值均值為1.24，ARC-8的為1.06，二者相差較小，表明ARC-5和ARC-8的抗滑平順性相差不大。ARC超韌磨耗層中最大粒徑的增加和路面鋪筑厚度的提高不會改善路面抗滑性。

表12 試驗(yàn)段構(gòu)造深度檢測結(jié)果匯總表

對比表12的構(gòu)造深度可以發(fā)現(xiàn)，最大粒徑的增大使得路面的表面構(gòu)造深度有所上升，主要原因是最大粒徑增大了混合料表面開孔空隙，從而提高了其構(gòu)造深度。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，ARC混合料的構(gòu)造深度和橫向力系數(shù)相關(guān)性較小。

3.2.2 平整度

本文采用“多功能路況快速檢測系統(tǒng)”對試驗(yàn)段進(jìn)行平整度的連續(xù)性檢測，收集試驗(yàn)段的平整度數(shù)據(jù)。因平整度檢測受作業(yè)面的影響較大，所以需先對試驗(yàn)段原始的平整度進(jìn)行檢測，對比加鋪前后新舊路面平整度的差異，以分析ARC超韌磨耗層對路面平整度的影響。表13為檢測結(jié)果。

表13 試驗(yàn)段平整度檢測結(jié)果匯總表

以相鄰樁號平整度數(shù)據(jù)差值為Y坐標(biāo)，樁號為X坐標(biāo)，分析試驗(yàn)路段平整度的局部離析情況，以評價(jià)試驗(yàn)路段平整度(見下頁圖3～4)。

為排除原路面平整度影響因素的干擾，本文采用IRI前后提升數(shù)值來對ARC超韌磨耗層的平整度效果進(jìn)行評價(jià)。從IRI提升值來看，ARC-8的IRI提升值比ARC-5的IRI提升值更高，說明ARC-8的平整度提升效果整體比ARC-5好。同時(shí)，通過圖3～4可以分析得出，ARC-8處治前相鄰IRI差的均值為0.012，處治后為0.004；同時(shí)ARC-5處治前相鄰IRI差的均值為0.004，處治后為0.002。對比處治前和處治后的值，可以得出ARC-8和ARC-5均有效地改善了路面的平整度，處治前相鄰路面的IRI差值較高，說明路面的平整度較差，處治后的ARC路面IRI差值均較低，說明路面的平整度較好，即ARC超韌磨耗層的鋪筑有效地增加了路面平整度，提高了路面行駛的舒適性。同時(shí)，橫向?qū)Ρ華RC-5和ARC-8對平整度的提高幅度可以發(fā)現(xiàn)，ARC-8對路面平整度的修復(fù)效果更好，對于改善路面平整度更加有效。

圖3 ARC-8相鄰IRI差值分布曲線圖

圖4 ARC-5相鄰IRI差值分布曲線圖

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，增加ARC超韌磨耗層的最大粒徑，路面的鋪筑厚度會相應(yīng)增加，路面鋪筑厚度的增加會相應(yīng)地提高平整度的修復(fù)范圍；同時(shí)，鋪筑厚度的增加也提高了路面攤鋪時(shí)的容錯(cuò)率，提高了路面的平整度。因此ARC-8平整度修復(fù)的總體情況較ARC-5要好。

4 結(jié)語

本文以包茂高速公路預(yù)養(yǎng)護(hù)工程為依托，通過室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)段鋪筑兩個(gè)方面對ARC-8和ARC-5超韌磨耗層的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行對比分析，研究表明：

(1)ARC超韌磨耗層最大粒徑的增大并不會使得混合料的最佳油石比發(fā)生明顯的變化。同時(shí)，由于最大粒徑的增大，瀝青飽和度下降，材料本身的嵌擠結(jié)構(gòu)有所加強(qiáng)，其穩(wěn)定度會上升，同時(shí)流值呈稍微下降的趨勢。

(2)隨著ARC超韌磨耗層材料最大粒徑的增大，其高溫穩(wěn)定性得到一定的提高，且高溫下力學(xué)性能指標(biāo)也隨之提高。但是隨著最大粒徑的增大，ARC-8的高溫車轍變形量較ARC-5要高。

(3)隨著粒徑的增大，ARC混合料的低溫力學(xué)性能明顯提高，模量和抗彎拉強(qiáng)度以及應(yīng)變等均有提升。但是隨著粒徑的增大，ARC-8的低溫抗水毀的性能較ARC-5有略微的下降。

(4)隨著ARC混合料最大粒徑的增大，路面構(gòu)造深度會相應(yīng)提升，但最大粒徑的增大和鋪筑厚度的增加不能有效地提高路面的橫向力系數(shù)。

(5)最大粒徑的增大和鋪筑厚度的增加會使得ARC超韌磨耗層的平整度得到改善，同時(shí)，較大的鋪筑厚度可以有效地改善路面的平整度，有效地降低平整度不均勻的情況。對于需要進(jìn)行修復(fù)平整度的養(yǎng)護(hù)路段，可以適當(dāng)?shù)卦黾覣RC混合料的粒徑以增加路面厚度，達(dá)到修復(fù)平整度的效果。