高速公路罩面工程排水性瀝青混合料的配合比設計

■孫賦成，陳 鋒 ■．江蘇寧靖鹽高速公路有限公司，江蘇 泰州 5500;．南京航空航天大學，江蘇 南京 006

1 工程概況

江蘇鹽靖高速公路南起靖江市境內的寧通高速公路與錫澄高速公路，北起鹽城市新興鎮境內的204國道，是江蘇“四縱四橫四連”干線公路的重要組成部分。由于建設年代久遠，路面服務年限超過10年，瀝青路面出現了較多的病害，嚴重影響了路面的行車安全。為此，需要對該道路部分破碎嚴重的路面進行大修，本工程針對K78+740～K85+488和K102+508～K97+200兩段瀝青路面破碎的實際情況，提出采用PAC-13排水性瀝青混合料對行車道進行罩面的修補方案，罩面厚度4cm，應急停車帶漸變到邊沿2．5cm。為保證工程的施工質量，需采用性能優良的排水性瀝青混合料，需進行不同配合比排水性瀝青混合料的性能對比，從而選擇合適的配合比。

2 排水性瀝青路面原材料的選擇

原材料選擇是排水性瀝青混合料質量的基礎，是保證排水性瀝青路面具有良好的耐久性、抗滑和排水功能的前提［1］。相比普通密級配瀝青混合料，排水性瀝青混合料的空隙率較大，其受日光、空氣和水等環境因素的影響也較大，需采用優質骨料、高粘度改性瀝青、優質礦粉及適當的添加劑［2］。本工程中，高粘度改性瀝青通過在基質瀝青或改性瀝青中添加高粘度添加劑的方法制備，采用北京中路高科生產的HVA高粘度添加劑與鎮江天諾生產的SBS改性瀝青進行復合改性方案。粗集料采用浙江茅迪生產的玄武巖粗集料，細集料采用瑞豐來安生產的0～2．36mm玄武巖機制砂，填料采用遠東水泥廠生產石灰巖礦粉，纖維采用北京科路泰生產的聚酯纖維(摻量為瀝青混合料質量的0．05%)。為確定排水性瀝青路面的配合比，需在實驗室制備高粘度改性瀝青［3］。首先，將基質瀝青加熱到約180℃(基質瀝青為普通瀝青時)或190℃(基質瀝青為改性瀝青時)。然后，加入設計摻量的高粘度添加劑，用玻璃棒攪拌均勻;然后，將試樣杯放到高速剪切機下，調整轉速到5000轉/min，持續剪切10min，整個過程溫度控制在180～190℃之間(改性瀝青溫度適當提高5～10℃)。最后，關閉剪切機，將改性瀝青放入180℃烘箱中發育20min，即可取樣進行各種試驗。

3 礦料級配及最佳油石比確定

3．1 級配

根據集料加工工藝和集料組成特點，在進行排水性瀝青路面配合比設計時，首先根據經驗初選三組不同粗細的礦料級配(A級配、B級配和C級配)進行馬歇爾擊實，根據這三組數據的結果對原級配進行修正，得出新的三組不同粗細的礦料級(D級配較粗、E級配和F級配較細)，以這三組級配為本次目標配合比設計的方案，并通過驗證體積指標和路用性能指標對三組級配方案進行優化［4］。

3．2 最佳油石比確定

配合比試驗高粘度改性瀝青方案采用“92%的SBS改性瀝青+8%的HVA高粘度添加劑”，摻加0．1%的聚酯纖維。對三組級配分別以3．8%、4．3% 、4．8%、5．3%、5．8% 五組油石比進行析漏試驗和飛散試驗，通過瀝青混合料謝倫堡析漏損失曲線圖中的拐點作為最大油石比，飛散試驗曲線圖中的拐點作為最小油石比，參考析漏損失率的絕對指標，結合鹽靖高速公路的地理位置、環境及PAC-13排水降噪瀝青路面上面層結構特點，分別確定D級配的最佳油石比為4．8%(如圖1)，E級配最佳油石比確定為4．7%，F級配最佳油石比確定為4．8%。

假設三組排水性瀝青混合料的路用性能均能滿足要求，考慮到排水性瀝青路面的空隙率和高溫穩定性，應優先選用級配較粗的排水性瀝青混合料。由圖1可知，D級配析漏損失拐點4．7%，析漏損失率的絕對指標偏小。因此，工程應用中擬將D級配目標配合比的最佳油石比確定為5．0%，再通過路用性能試驗進行具體驗證。

圖1 油石比分析圖

4 排水性瀝青混合料的性能檢驗

為對比D級配、E級配、F級配和增加瀝青用量的改進型D級配排水性瀝青混合料的路用性能，按照各自確定的瀝青用量成型馬歇爾試件、車轍板試件進行各項路用性能測試［5］。對于排水性瀝青混合料，主要測試項目包括析漏損失、飛散損失、馬歇爾殘留穩定度、凍融劈裂強度比、動穩定度、低溫最大彎拉應變、滲水系數等指標，其中飛散損失、馬歇爾殘留穩定度、凍融劈裂強度比、滲水系數等采用馬歇爾試件測試，動穩定度采用車轍板試件測試，低溫最大彎拉應變采用車轍試驗后的車轍板切割的梁式試件進行測試，測試結果見表1。

表1 瀝青混合料性能檢驗結果

由表1可知，四種排水性瀝青混合料的穩定度、浸水馬歇爾殘留穩定度、析漏試驗損失率、飛散試驗損失率、浸水飛散試驗損失率、動穩定度、低溫彎曲試驗破壞應變和滲透系數等性能指標參數均能滿足《江蘇省鹽靖高速公路2014年排水路面專項治理工程方案設計》的技術指標要求，D級配的浸水馬歇爾殘留穩定度不合格，E級配的浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比兩個指標均不合格，而F級配和D級配(改進)的各項性能指標均合格。但對比F級配和D級配(改進)的各項路用性能指標，與排水性瀝青路面密切相關的高溫穩定性、低溫抗裂性和抗飛散等指標D級配(改進)均具有較大的優勢。因此，就本工程而言，從排水性瀝青路面的性能和工程實際情況來看，最終確定D級配(改進)的方案為最優方案。

5 結論

排水性瀝青路面作為世界上主流的功能性路面結構形式之一，在歐洲等發達國家得到較多的應用。排水性瀝青混合料的配合比設計主要是通過析漏試驗和飛散試驗來確定不同級配瀝青混合料的最佳瀝青用量，并對最佳瀝青用量下的排水性瀝青混合料的性能進行測試分析，從而優選出符合工程實際情況的瀝青用量。本文以此思路，進行了江蘇鹽靖高速公路大修工程排水性瀝青混合料的配合比設計，確定目標配合比，測試其路用性能，得出D級配(改進)的方案為最優方案，各項性能指標均能滿足工程技術要求。

［1］馮韜．淺析OGFC開級配排水路面及其運用前景［J］．城市道橋與防洪，2012(5):62-63．

［2］龔共龍，張瀟雨．大孔隙排水路面混合料空隙率的影響因素［J］．江西建材，2014(6):12-13．

［3］仕峰，馬慶豐，李劍新．排水路面用高粘度改性瀝青的研究與應用進展［J］．石油瀝．青，2012，26(1):1-7．

［4］周長學．排水性瀝青路面在道路工程中的應用［J］．交通世界(建養機械)，2012(9):257-259．

［5］文旭卿，唐國奇，郭燕．永武高速公路排水降噪瀝青混合料的配合比設計及應用［J］．公路與汽運，2013(3):90-93．