陸福才 閆澤南

摘要：為提供一種性能優(yōu)異的超薄磨耗層瀝青混合料應(yīng)用于高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程，文章以高韌超彈復(fù)合改性瀝青作為膠結(jié)料，并通過增設(shè)7.2 mm作為最大篩孔制備了三組不同級配的ARC-5瀝青混合料，系統(tǒng)性研究了其各項(xiàng)路用性能。結(jié)果表明：ARC-5瀝青混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)均遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，具有良好的路用性能；隨著孔隙率的增大，ARC-5瀝青混合料最佳油石比、低溫彎曲應(yīng)變減小，動穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、殘留強(qiáng)度比、構(gòu)造深度均有所增大。

關(guān)鍵詞：超韌磨耗層；預(yù)養(yǎng)護(hù)；高韌超彈改性瀝青；路用性能

中圖分類號：U416.03? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0071-03

0 引言

瀝青路面結(jié)構(gòu)中的表面層直接與輪胎和大氣相接觸，在車輛載荷、太陽輻射和水分等綜合影響下，比其他路面結(jié)構(gòu)層更容易受到破壞。一般來說，瀝青路面表面層在使用3～5年后，會出現(xiàn)車轍、裂縫、坑槽等缺陷［1］。路面功能的下降將影響駕駛體驗(yàn)和安全，并降低道路的完整性和使用壽命。因此，有必要對瀝青路面表層進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，為路面提供良好的平整性、抗車轍性、抗水損害性，確保駕駛的舒適性和安全［2］。

瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施包括薄層罩面、封層、再生三大類，其中薄層罩面是指厚度在10～25 mm的能改善路表使用功能的瀝青結(jié)構(gòu)層。常見的超薄磨耗層級配類型有NovaChip、SMA-5、AC-8、SMA-10、SAC-5等，不少學(xué)者對上述級配類型超薄磨耗層瀝青混合料的路用性能開展了研究。李亞龍等［3］采用多碎石瀝青混合料（SAC）級配設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了SAC-5瀝青混合料，并通過試驗(yàn)研究了不同孔隙率下的路用性能。張彩麗等［4］通過試驗(yàn)和控制變量法分析了級配、瀝青用量、壓實(shí)度、粉膠比等對SAC-7瀝青混合料路用性能的影響。李蓬偉等［5］通過多碎石斷級配思想和基于路用性能與抗滑性能均衡的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了AC-8瀝青混合料，并對其路用性能和工程應(yīng)用開展系列研究。徐小龍等［6］以自主制備的橡膠高黏改性瀝青作為膠結(jié)材料，系統(tǒng)評估了SMA-5及SMA-10各項(xiàng)路用性能后發(fā)現(xiàn)SMA-5在攤鋪厚度和高溫穩(wěn)定性等方面占優(yōu)，而SMA-10在低溫抗裂性等方面具有優(yōu)勢。

ARC超韌磨耗層（Anti-reflective Cracking）是一種新興的路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，其采用高韌超彈特種瀝青作為膠結(jié)料，具有超強(qiáng)的韌性和抵抗變形的能力，能有效防止反射裂縫的產(chǎn)生［7］。作為一種超薄磨耗層，ARC超韌磨耗層實(shí)施厚度僅為1.2～2.0 cm，且施工方式靈活多變，具有廣泛的應(yīng)用前景［8］。當(dāng)前，國內(nèi)鮮有學(xué)者對其性能開展研究。本文通過級配優(yōu)化設(shè)計(jì)和室內(nèi)試驗(yàn)開展不同級配ARC-5瀝青混合料的性能研究，以期為ARC超韌磨耗層的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

相較于傳統(tǒng)表面層，超薄磨耗層由于結(jié)構(gòu)層厚度減薄，其在車輛荷載作用下承受的彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力更大，為保證瀝青對集料骨架的約束作用，應(yīng)選擇黏度大、韌性高、彈性好的專用瀝青結(jié)合料。本研究瀝青采用PG-82型高韌高彈復(fù)合改性瀝青，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果見表1。所用粗、細(xì)集料均為產(chǎn)自同一廠家的輝綠巖。粗集料粒徑為3～6 mm，堅(jiān)硬耐磨，與瀝青粘附性好；細(xì)集料粒徑0～3 mm，干燥潔凈、無風(fēng)化、無雜質(zhì)。粗、細(xì)集料各項(xiàng)性能指標(biāo)及檢測結(jié)果見下頁表2。選用的礦粉為堿性石灰?guī)r磨細(xì)而成，比表面積大，對瀝青的吸附性強(qiáng)，且外觀干燥潔凈、無雜質(zhì)、不成團(tuán)，主要性能指標(biāo)見下頁表3。

1.2 超韌磨耗層瀝青混合料組成設(shè)計(jì)

以2.36 mm作為區(qū)分粗細(xì)集料的分界篩孔，并增加7.2 mm為最大尺寸篩孔。依據(jù)規(guī)范中級配設(shè)計(jì)的一般方法，在選擇集料結(jié)構(gòu)時，根據(jù)各檔礦料的篩分結(jié)果，在設(shè)計(jì)級配范圍內(nèi)調(diào)試選出3組級配，級配曲線如圖1所示。

按規(guī)范分別制作3組級配的馬歇爾試件，確定各級配最佳瀝青用量，并測定試件的毛體積相對密度、空隙率、瀝青飽和度、礦料間隙率等體積參數(shù)。3組級配最佳瀝青用量及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果詳見表4。

由表4可知，3組級配均滿足壓實(shí)狀態(tài)骨架間隙率VCAmix＜搗實(shí)狀態(tài)骨架間隙率VCADRC，表明3組級配均為骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，粗集料的嵌擠作用能夠形成，瀝青混合料具備一定抵抗變形的能力。分析馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)可知，3組級配各項(xiàng)參數(shù)均滿足技術(shù)要求，從級配1到級配3毛體積密度γf逐漸增大，空隙率VV逐漸減小。隨著2.36 mm篩孔通過率的增大，瀝青混合料中細(xì)集料增多，增強(qiáng)了對粗集料骨架的填充作用，瀝青膠漿對骨架的約束與粘結(jié)作用更加顯著，從而使得馬歇爾穩(wěn)定度MS增大，但由于粗集料含量相應(yīng)減少，骨架結(jié)構(gòu)的嵌擠力降低，一定程度上使流值FL增大。

1.3 瀝青含量檢驗(yàn)

為驗(yàn)證初擬的瀝青含量是否滿足要求，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，3組級配最大瀝青析漏損失和飛散損失分別為0.27%、7.2%（標(biāo)準(zhǔn)飛散）、7.9%（浸水飛散），均滿足工程技術(shù)要求，表明瀝青含量能保證對集料的粘結(jié)作用；飛散損失隨著瀝青混合料空隙率的降低而減少，3組級配中，飛散損失最大的為級配1，最小的為級配3，這是由于較少的細(xì)集料含量會使相應(yīng)的瀝青含量減少，瀝青含量的減少在一定程度上會使集料的粘結(jié)性降低。

2 ARC-5瀝青混合料性能評價

2.1 高溫性能

為評價混合料的高溫穩(wěn)定性能，分別對3組級配的ARC-5瀝青混合料進(jìn)行60 ℃車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知：3組級配下，瀝青混合料的動穩(wěn)定度均≥12 000次/mm，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，說明ARC-5瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫抗變形能力。其中，級配1動穩(wěn)定度最大，為12 764次/mm；級配2次之，為12 275次/mm；級配3最小，為12 034次/mm，這表明隨著混合料空隙率的增大，級配組成中粗集料含量相對增多，集料間嵌擠程度增強(qiáng)，形成了更加穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，高溫條件下抵抗變形的能力得到提升。

2.2 低溫性能

采用小梁低溫彎曲試驗(yàn)評價混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。從表6可以看出，ARC-5瀝青混合料具有良好的低溫性能，3組級配最大彎拉應(yīng)變均≥7 000 με，其中級配3的抗彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)變最大，級配1的最小，分析原因?yàn)閺募壟?到級配3瀝青混合料空隙率依次減小，瀝青用量依次增加，混合料瀝青膜厚度相應(yīng)增加，這使得瀝青與集料間產(chǎn)生更大的粘附強(qiáng)度，有助于增強(qiáng)瀝青混合料的整體強(qiáng)度和韌性，提高低溫抗裂性能；另外，更為穩(wěn)定、嵌擠程度更高的骨架結(jié)構(gòu)也有助于承擔(dān)外部荷載，提高傳遞荷載的能力。

2.3 水穩(wěn)性能

對3組級配的ARC-5瀝青混合料開展浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，以評價其水穩(wěn)定性能。試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可知：3組級配的殘留穩(wěn)定度均>85%、殘留強(qiáng)度比均>80%，兩項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，說明ARC-5瀝青混合料具備良好的抗水損能力。從級配1到級配3，空隙率降低，殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比均有所減小，這進(jìn)一步說明粗集料的嵌擠作用有利于形成相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，對提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性具有積極作用。

2.4 抗滑與抗?jié)B性能

針對3組級配制得車轍試件，采用手工鋪砂法和滲水試驗(yàn)測定ARC-5超韌磨耗層的構(gòu)造深度與滲水系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，3種級配ARC-5超韌磨耗層具有良好的抗滑性能，均滿足構(gòu)造深度≥0.55 mm的規(guī)范要求。隨著級配1到級配3空隙率的減小，細(xì)集料增多，構(gòu)造深度也呈現(xiàn)出減小的變化規(guī)律。3組級配混合料滲水系數(shù)均≤80 mL/min，其密水性滿足高等級路面的規(guī)范要求，能在一定程度上防止由于水損害產(chǎn)生的早期路面病害。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了3組不同級配的ARC-5超韌磨耗層，并對其各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出主要結(jié)論如下：

（1）增設(shè)的7.2 mm最大篩孔能使混合料中粗集料更加均勻，有利于骨架結(jié)構(gòu)的形成和高溫抗變形能力的提高，同時有利于降低超韌磨耗層的攤鋪厚度。

（2）采用PG-82型高韌高彈復(fù)合改性瀝青制備的ARC-5瀝青混合料具備良好的路用性能，尤其是高溫性能的表現(xiàn)，不同級配下ARC-5瀝青混合料的60 ℃動穩(wěn)定度最高能達(dá)到12 764次/mm。

（3）隨著空隙率的增大，ARC-5瀝青混合料構(gòu)造深度增大，抗滑性能越好；3組級配滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求，具有良好的抗?jié)B水性能。

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作者簡介：陸福才（1987—），工程師，主要從事道路工程檢測與咨詢工作。