尉北蘭

(內(nèi)蒙古烏海市公路養(yǎng)護(hù)中心，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

1 原材料選擇

瀝青質(zhì)量的好壞直接影響瀝青路面的通行能力及耐久性。超薄磨耗層作為路面最上層的結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期受到車(chē)輛、行人及自然環(huán)境的影響，其瀝青材料需要具有較好的包裹性、附著性及抗剝落性[1-4]。因此，試驗(yàn)選擇軟化點(diǎn)及60 ℃粘度指標(biāo)較高的改性瀝青作為超薄磨耗層的瀝青材料，技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 超薄磨耗層瀝青技術(shù)指標(biāo)

選取的粗集料表面應(yīng)當(dāng)光潔，具有一定的粗糙度、強(qiáng)度及耐磨性能，因此盡量采用玄武巖、輝綠巖等磨光值高的石料作為超薄磨耗層的粗集料。粗集料的性能參數(shù)如表2所示。

表2 粗集料的性能參數(shù)

礦粉的使用除了可以讓瀝青在其表面形成具有較強(qiáng)附著力的薄膜之外，還能增加瀝青集料與集料間的附著作用，同時(shí)起到填充多余孔隙的效果。因此，作為路面超薄磨耗層的礦粉可經(jīng)石灰?guī)r或巖漿中等憎水性石料獲取。經(jīng)試驗(yàn)，選取石灰?guī)r研磨后得到的表面清潔的礦粉。依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2018)中對(duì)礦粉的各項(xiàng)要求，兼顧瀝青路面的特點(diǎn)，確定出瀝青路面超薄磨耗層對(duì)礦粉的參數(shù)要求，具體各項(xiàng)指標(biāo)和檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 礦粉技術(shù)指標(biāo)

2 級(jí)配與配合比設(shè)計(jì)

瀝青路面超薄混凝土厚度偏低，集料以小粒徑為主[5]。若以連續(xù)型密級(jí)配的細(xì)粒式瀝青混凝土作為主要材料，則其抗滑性能、構(gòu)造深度等難以滿(mǎn)足路用性能的需要。為此，試驗(yàn)選用粗集料斷級(jí)配密實(shí)型的瀝青混凝土作為主要材料，在分析了瀝青路面超薄混凝土的基礎(chǔ)上，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)，得出最優(yōu)的級(jí)配曲線，礦料級(jí)配區(qū)間如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，集料設(shè)計(jì)均滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求。試驗(yàn)中集料的級(jí)配組成為：Ⅰ型(0～4.75 mm)，Ⅱ型(4.75～9.5 mm)，Ⅲ型(9.5～13.2 mm)加上礦粉的組合，礦料級(jí)配組成如表5所示。

表4 礦料級(jí)配區(qū)間

表5 礦料級(jí)配組成

試驗(yàn)分為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%等五組油石比類(lèi)別，每組選取5個(gè)試件，擊實(shí)80次成型后，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定配合比方案。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 瀝青混凝土超薄層馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表6分析確定最佳油石比為4.3%，并通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)得到對(duì)應(yīng)油石比情況下瀝青混合料的技術(shù)參數(shù)，如表7所示。

表7 油石比4.3%混合料技術(shù)參數(shù)

試驗(yàn)采用貝雷法設(shè)計(jì)瀝青混合料級(jí)配，通過(guò)搗實(shí)試驗(yàn)和孔隙率計(jì)算，合成符合要求的級(jí)配，再通過(guò)路用性能試驗(yàn)，確定最佳級(jí)配如表8所示。

通過(guò)成型SGC試件測(cè)得不同級(jí)配在不同油石比下的空隙率，綜合各試驗(yàn)結(jié)果，油石比為4.3%時(shí)，級(jí)配1的綜合路用性能最佳。4.3%油石比下的級(jí)配1與級(jí)配2混合料漢堡車(chē)轍曲線如圖1所示。

表8 合成級(jí)配

圖1 4.3%油石比下的級(jí)配1與級(jí)配2混合料漢堡車(chē)轍曲線

在進(jìn)行瀝青路面超薄層混合料設(shè)計(jì)時(shí)，為滿(mǎn)足其路用性能的需求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)采用粒徑較小、具有一定粗糙度及長(zhǎng)壽命、抗剝落能力強(qiáng)的原材料。并有針對(duì)性地進(jìn)行級(jí)配及配合比優(yōu)化，確定出最佳方案。

3 路用性能研究

3.1 高溫穩(wěn)定性

溫度是影響瀝青混合料性能的關(guān)鍵因素，隨著溫度的升高，瀝青混合料粘性逐漸增加，在外部條件作用下，受到剪力的影響，容易導(dǎo)致車(chē)轍的形成，極大地影響了行車(chē)的穩(wěn)定性與舒適性。試驗(yàn)采用車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)瀝青路面超薄層的混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性分析，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 車(chē)轍試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

從表9中的分析結(jié)果可知，當(dāng)試驗(yàn)溫度為60 ℃，采用5%～6%油石比的情況下，瀝青路面超薄層所用混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均值為3 684次/mm，滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的技術(shù)要求。

3.2 抗凍性能試驗(yàn)

《公路工程抗凍設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》中對(duì)瀝青表層混凝土抗凍性能作出如下規(guī)定，如表10所示。

表10 抗凍性能指標(biāo)

試件分成常溫組和真空組。常溫組在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行，另一組采用真空飽水，先在16 ℃中放置18 h，隨后取出試件，放置于60 ℃水中恒溫24 h，最后在25 ℃水中恒溫放置2 h，加載速率為50 mm/min。經(jīng)過(guò)測(cè)試和計(jì)算后，試驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

表11 抗凍性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，該超薄層瀝青混合料的抗凍性參數(shù)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范對(duì)極端天氣下的路用抗凍融性的要求，可在極端氣候地區(qū)采用。

3.3 滲水性能

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)，利用道路路面滲水儀對(duì)制備完畢的瀝青路面超薄層混合料的滲水系數(shù)進(jìn)行分析。

試驗(yàn)時(shí)統(tǒng)計(jì)水面從100 ml下降至500 ml所需的時(shí)間，當(dāng)所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也可采取統(tǒng)計(jì)3 min之內(nèi)通過(guò)的水量的計(jì)算方式。計(jì)算公式如公式(1)

(1)

式中：Cw為路面滲水系數(shù)，ml/min；V1為第一次讀數(shù)時(shí)的水量刻度(通常為100 ml，ml)；V2為第二次讀數(shù)時(shí)的水量刻度(通常為500 ml，ml)；t1為第一次讀數(shù)時(shí)的時(shí)刻，s；t2為第二次讀數(shù)時(shí)的時(shí)刻，s。

瀝青超薄磨耗層滲水性能試驗(yàn)結(jié)果為92.6 ml·min-1，表明磨耗層瀝青混合料試件滲水系數(shù)滿(mǎn)足試驗(yàn)規(guī)程相關(guān)要求，具有較好的排水性能，可以滿(mǎn)足路用需求。

3.4 抗滑性能

影響道路抗滑性能的主要因素有兩個(gè)。(1)集料本身的微觀構(gòu)造。(2)在宏觀結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)為路表的構(gòu)造深度。

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)測(cè)試瀝青路面超薄層試件表面的構(gòu)造深度。

測(cè)量數(shù)據(jù)按公式(2)進(jìn)行計(jì)算

(2)

式中：TD為瀝青混合料表面構(gòu)造深度，mm；V為砂的體積(25 cm3)；D為攤平砂的平均直徑，mm。

構(gòu)造深度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表12所示。

表12 構(gòu)造深度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

表12試驗(yàn)結(jié)果表明：瀝青路面超薄層試件平均構(gòu)造深度為1.17 mm，大于1.00 mm，具有良好的抗滑性能，能夠保障車(chē)輛的安全行駛。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)超薄磨耗層在公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。

(1)瀝青路面超薄磨耗層可滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求，延長(zhǎng)道路使用年限，有效提升道路通行能力。

(2)超薄磨耗層瀝青混合料級(jí)配和油石比需通過(guò)路用性能試驗(yàn)確定，保證路用性能最優(yōu)化。

(3)溫度是影響瀝青混合料性能的關(guān)鍵因素，超薄層瀝青混合料的抗凍性參數(shù)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范對(duì)極端天氣下的路用抗凍融性的要求，可作為極端氣候地區(qū)時(shí)采用。