不同超薄瀝青砼磨耗層路用性能對比研究

何亦偉

(中交一局海外公司,北京 100085)

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不同超薄瀝青砼磨耗層路用性能對比研究

何亦偉

(中交一局海外公司,北京 100085)

摘要:選取AC-13、SMA-13、OGFC-13、NovaChip C 4種超薄瀝青砼磨耗層,在確定超薄瀝青砼磨耗層最佳油石比的基礎上制作試件進行高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、抗滑性能、滲水性能等路用性能分析;選用SBS改性乳化瀝青作為層間粘結料,以AC-13混合料模擬原路面,制作復合試件,測定層間抗剪強度。綜合路用性能與層間抗剪強度,對比分析不同超薄瀝青砼磨耗層路用性能的差異,選取更為合適的超薄磨耗層。

關鍵詞:公路;超薄磨耗層;路用性能;粘結層;抗剪強度

超薄磨耗層是一種鋪筑厚度為15～25 mm的熱拌瀝青砼路表層,作為一種可改善行駛質量、降低路面噪音、延長路面使用壽命、提高行駛安全性能的有效措施,已逐漸發展成具有良好前途的高等級公路養護形式。但由于超薄磨耗層位于道路最上層,直接暴露于大氣中,受到光、氧氣和水等自然環境因素的影響,并在汽車的反復荷載作用下,路面結構逐漸破壞、其性能逐漸降低,導致最終不能滿足使用條件。

目前,中國路面養護中采用的超薄磨耗層級配類型主要有AC、SMA、OGFC、NovaChip等,不同類型具有不同的優點。該文通過對4種不同級配類型超薄磨耗層的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、抗滑性和滲水性能等路用性能的對比分析,并考慮各超薄磨耗層與模擬下面層AC-13的層間粘結抗剪性,選擇最為合適的超薄磨耗層,以改善路面使用能力,提高路面使用壽命。

1 試驗原材料及配合比設計

1.1 原材料

(1)礦料。粗、細集料均為玄武巖,礦粉采用石灰巖。玄武巖集料產自江蘇,其基本技術性能見表1。石灰巖產自湖南,密度為2.689 g/cm3。粗、細集料及礦粉的質量指標均符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。

表1 玄武巖的基本技術性能

(2)瀝青膠結料。瀝青質量的好壞是制約瀝青路面使用質量的主要因素之一。4種超薄磨耗層均選用殼牌公司SBS改性瀝青,其各項技術指標見表2,符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。

表2 SBS改性瀝青的檢測結果

(3)SBS改性乳化瀝青。層間選用SBS改性乳化瀝青,其檢測結果見表3,滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。

表3 改性乳化瀝青的試驗結果

1.2 配合比設計

NovaChip共有3種級配類型,分別為A、B和C型,最大公稱粒徑為別為4.75、9.5、13.2 mm,這里采用C型NovaChip(下文所述NovaChip均為NovaChip C型)。

因采用相同的最大公稱粒徑有利于控制級配對試驗結果的影響,選用AC-13、SMA-13和OGFC -13。為降低因級配不同造成的路用性能差異,AC -13、SMA-13和OGFC-13統一選用規范推薦的中值作為試驗級配。4種超薄磨耗層的級配見表4。

NovaChip、AC-13、SMA-13和OGFC-13分別采用旋轉壓實法、馬歇爾擊實法、馬歇爾擊實法和析漏與飛散試驗綜合法確定最佳油石比,分別為4.8%、5.0%、5.7%和4.5%,并以最佳油石比制作試件,進行路用性能研究及層間抗剪強度分析。

2 路用性能對比研究

通過車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗、構造深度試驗和摩擦系數、滲水系數測定,評價超薄磨耗層的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、抗滑性能及滲水性能。

2.1 高溫穩定性

采用車轍試驗,以動穩定度評價4種超薄磨耗層的高溫抗車轍性能,試驗結果見表5。

從表5可以看出:4種超薄磨耗層的動穩定度均遠大于國家標準3 000次/mm的要求,均具有較好的高溫穩定性能。其中NovaChip的動穩定度值最高,達到9 047.8次/mm,表明NovaChip的高溫穩定性最好。

表4 4種超薄磨耗層的級配

表5 4種超薄磨耗層的高溫車轍試驗結果

2.2 低溫抗裂性

瀝青混合料在低溫下若具有較高的強度、較優秀的抗變形能力與應力松弛能力,則其低溫抗裂性能表現良好。采用低溫小梁彎曲試驗,試驗溫度為-15℃,測試試件的破壞應變和勁度模量等指標,評價超薄磨耗層的低溫抗裂性,試驗結果見表6。

表6 4種超薄磨耗層的低溫小梁彎曲試驗結果

根據表6,4種超薄磨耗層的破壞應變大小為NovaChip＞SMA＞AC＞OGFC,勁度模量大小關系為OGFC＞AC＞SMA＞NovaChip表明Nova-Chip的低溫性能最好,OGFC的低溫性能最差。

2.3 水穩定性

對超薄磨耗層進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗,利用殘留穩定度與劈裂強度比評價其水穩定性,試驗結果見表7。

根據表7,NovaChip的殘留穩定度與劈裂強度比在4種超薄磨耗層中都是最高的,表明其水穩定性最好,最不易發生水損。

2.4 抗滑性能

路面的抗滑性能直接關系到行車安全,是路面使用性能的重要組成,主要通過路面構造深度與摩擦系數來評價。4種超薄磨耗層的構造深度與摩擦系數檢測結果見表8。

表7 4種超薄磨耗層的浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗結果　%

表8 4種超薄磨耗層的構造深度與摩擦系數檢測結果

構造深度數據表明OGFC-13的抗滑性能最好,雖然NovaChip的構造深度不及OGFC-13,但已是AC-13的2倍,并大于SMA-13,這表明NovaChip具有較好的抗滑性能。

摩擦系數檢測結果表明NovaChip的摩擦系數最高,這也說明NovaChip具有良好的抗滑性能。

2.5 滲水性能

水損害是高速公路早期易發生的病害之一。地表水進入瀝青面層后若不能及時排出,將導致瀝青與集料間粘結力下降,瀝青膜剝落,直至松散。因此,超薄磨耗層具有良好的排水性能非常重要。采用滲水系數評價超薄磨耗層的滲水性能,4種超薄磨耗層的檢測數據見表9。

從表9可看出:OGFC-13是開級配類型,其滲水性最強;半開級配的NovaChip的滲水系數是AC -13的9倍多。說明這2種超薄磨耗層具有很好的滲水性,較適合用于多雨地區。

表9 4種超薄磨耗層的滲水系數檢測值 m L/min

3 層間抗剪強度對比研究

采用國內運用最多的材料試驗系統MTS進行直剪試驗,以試件破壞時的最大抗剪強度作為評價層間抗剪強度的指標。復合試件結構上面層分別為AC-13、SMA-13、OGFC-13和NovaChip,下面層采用密級配的AC-13瀝青砼結構,粘結層采用SBS改性乳化瀝青(灑布量分別為0.6、0.8、1.0、1.2 kg/m2)。每個灑布量制作3個平行試件,在60℃溫度下進行剪切試驗,得到試件破壞時層間最大荷載,并根據T=F/A轉換為層間抗剪強度[T為層間抗剪強度(k Pa);F為最大加載值(k N);A為截面面積(m2)]。試驗結果見表10。

表10 4種超薄磨耗層的抗剪強度試驗結果

從表10可知:超薄磨耗層與模擬路面AC-13層間抗剪強度大小排列順序為NovaChip＞SMA-13＞AC-13＞OGFC-13。這是由于NovaChip屬于間斷密實骨架結構,具有較高的內摩擦阻力,層間不易發生破壞,因而層間抗剪能力較好;AC-13屬于密實懸浮型結構,雖然粘聚力較高但集料間不能形成骨架,內摩擦力小,導致層間容易發生破壞。

4 結論

(1)4種超薄磨耗層均具有良好的抗車轍能力,其中NovaChip的高溫穩定性更好。

(2)NovaChip具有良好的低溫抗裂性能,而OGFC的低溫抗裂性能最差。

(3)4種超薄磨耗層的殘留穩定度及劈裂強度比都大于規范要求的80%,其中NovaChip的表現更好。

(4)OGFC-13的抗滑性能最好,雖然Nova-Chip的構造深度不及OGFC-13,但已是AC-13 的2倍,并大于SMA-13,表明NovaChip具有較好的抗滑性能。NovaChip的摩擦系數最高,這也說明其具有良好的抗滑性能。

(5)NovaChip與OGFC-13具有很好的滲水性,較適合用于多雨地區。

(6)超薄磨耗層類型對層間剪切強度有影響,采用NovaChip結構時層間抗剪能力最好,OGFC-13最差。

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收稿日期:2015-10-08

中圖分類號:U418.6

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0134-04