OGFC混合料水穩(wěn)定性改善措施研究

■牛智華 ■中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065

引言

OGFC(Open-graded Friction Courses)是開級配抗滑磨耗層，1940年英國為快速排出跑道上的雨水第一次采用了這種路面，到80年代末，這種路面技術(shù)逐漸成熟并在歐洲、北美、日本等國家得到廣泛利用，由于其有良好的抗滑、透水和降噪等方面的優(yōu)點近年來在公路上應(yīng)用越來越廣泛。但是，由于OGFC是一種開級配，骨架空隙結(jié)構(gòu)的混合料，在道路建成初期降水能夠順暢的利用大空隙排出路面，隨著道路使用時間的延長，OGFC路面中的孔隙就會被外部環(huán)境中的細(xì)小顆粒所堵塞，導(dǎo)致水不能快速的排出路面，在行車動態(tài)荷載的作用下，進(jìn)入到路面內(nèi)部的水不斷的產(chǎn)生動水壓力，使集料開始與瀝青的粘附性開始降低，最終失去粘結(jié)能力，導(dǎo)致混合料出現(xiàn)掉粒、松散等水損害現(xiàn)象。相對于車轍或者裂縫等損害，水損害是OGFC路面最嚴(yán)重的損害方式。

1 試驗方案

本研究主要是采用4種方式來改善OGFC混合料的水穩(wěn)定性，首先是通過采用水泥和消石灰替代混合料中的礦粉，替代的比例分別為集料總質(zhì)量高的1%和2%;然后是通過向瀝青中添加瀝青質(zhì)量的0.3%的抗剝落劑，最后是通過改變2.36mm篩孔的通過率來研究級配對水穩(wěn)定性的影響。利用規(guī)范中對瀝青混合料水穩(wěn)定性的評價方法，采用殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比這兩個指標(biāo)來評價不同方法對水穩(wěn)定性的改善效果。同時，為了使試驗效果更明顯，本研究不采用改性瀝青，而是采用70#基質(zhì)瀝青，混合料類型采用OGFC-13。

2 試驗材料及混合料級配的設(shè)計

2．1 試驗材料

本研究中，集料粗、細(xì)集料采用的是輝綠巖;礦粉采用的是石灰?guī)r磨細(xì)的石粉;瀝青采用70#基質(zhì)瀝青;水泥為P.S32.5普通硅酸鹽水泥;抗剝落劑采用PA-1型抗剝落劑，消石灰過0.075mm篩。

2．2 混合料級配的設(shè)計

通過改變2.36mm的通過率改變混合料的級配，最后確定5種混合料的級配。

3 試驗方法

對于輝綠巖粗、細(xì)集料以及礦粉的技術(shù)指標(biāo)按照《公路工程試驗規(guī)程》(JTG E42-2005)中規(guī)定的方法測定。

按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)中的方法成型馬歇爾試件，測定穩(wěn)定度、流值和毛體積相對密度，并計算礦料間隙率、空隙率和瀝青飽和度，最后確定最佳油石比。

按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)中的方法測定混合料的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂額強(qiáng)度比。

4 試驗結(jié)果及討論

4．1 消石灰、水泥、抗剝落劑對水穩(wěn)定性的影響

分別用消石灰和水泥替代集料總質(zhì)量的1%和2%的礦粉，并向瀝青中添加瀝青質(zhì)量的0.3%的PA-1型抗剝落劑，通過馬歇爾試驗，確定最佳油石比，并測定馬歇爾穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比以及動穩(wěn)定度。

由實驗可知:

(1)加入抗剝落劑不會改變混合料的油石比，但是加入消石灰和水泥后會增大油石比，加入量越大，油石比就會越大。

(2)加入消石灰、水泥和抗剝落劑都可以有效的改善混合料的水穩(wěn)定性，消石灰和水泥的改善效果要由于抗剝落劑;同時，在凍融劈裂強(qiáng)度比上水泥的改善效果由于消石灰，但在殘留穩(wěn)定度的改善效果上，消石灰要優(yōu)于水泥。

(3)3種物質(zhì)在改善OGFC混合料水穩(wěn)定性的同時，還能有效的提高混合料的動穩(wěn)定度和穩(wěn)定度，改善高溫性能。

出現(xiàn)以上現(xiàn)象主要是因為:水泥和消石灰的粒度比礦粉更小，比表面積更大，在相同的條件下，油石比更大，由于比表面積大，膠漿的稠度隨之增大，因此能有效的改善高溫性能;消石灰和水泥中物質(zhì)的PH值相對于礦粉更大，消石灰中Ca(OH)2的含量在90%以上，溶液的PH值可達(dá)到12，當(dāng)與瀝青中的羥酸等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)能夠生成吸附性更強(qiáng)的鹽類，同時可以消耗瀝青內(nèi)部的極性成分，增強(qiáng)膠漿的吸附能力，替代的比例越大對水穩(wěn)定性的改善效果越好，但會增大油石比。

4．2 2．36mm通過率對水穩(wěn)定性的影響

OGFC是一種開級配混合料，2.36mm的通過率對會對混合料的空隙率有很大影響，空隙率越大，水穩(wěn)定性就越差。利用殘留穩(wěn)定度比來評價不同級配混合料的水穩(wěn)定性，為了使驗證改善效果可延長在水浴箱中的時間至72h和96h。

隨著水浴時間的延長，水開始侵入集料與瀝青之間，粘附性越來越低，水穩(wěn)定性也越來越差;OGFC主要是粗集料之間的嵌擠來形成骨架，隨著2.36mm通過率的增大，混合料的空隙率開始降低，水穩(wěn)定性增強(qiáng)，當(dāng)通過率繼續(xù)增大，細(xì)集料使骨架被撐開，破壞混合料的整體力學(xué)性能，因此穩(wěn)定度開始降低。

5 結(jié)論

(1)加入抗剝落劑不會改變混合料的油石比，但是加入消石灰和水泥后會增大油石比，加入量越大，油石比就會越大。

(2)加入消石灰、水泥和抗剝落劑都可以有效的改善混合料的水穩(wěn)定性，消石灰和水泥的改善效果要由于抗剝落劑;同時，在凍融劈裂強(qiáng)度比上水泥的改善效果由于消石灰，但在殘留穩(wěn)定度的改善效果上，消石灰要優(yōu)于水泥。

(3)隨著2.36mm通過率的增大，混合料的殘留穩(wěn)定度表現(xiàn)為先增大后降低。

［1］鄭艙充，呂仟民.應(yīng)用消石灰提高瀝青路面的水穩(wěn)性［J］.石油瀝青，2003，17(1)7-9.

［2］張嘎吱，王永強(qiáng).摻干水泥的瀝青混合料水穩(wěn)性研究［J］.公路，2004，6∶131-133.

［3］牛智華，陳博.瀝青用量與級配對OGFC混合料的高溫及水穩(wěn)定性能影響［J］.中國建筑科技，2014，4∶224-227.