不同級配及結合料對瀝青超薄層工作性能的影響

孫旭陽

（保定交通建設監理咨詢有限公司，河北保定 071000）

不同級配及結合料對瀝青超薄層工作性能的影響

孫旭陽

（保定交通建設監理咨詢有限公司，河北保定 071000）

通過浸水車轍試驗及凍融劈裂試驗，對不同級配、不同瀝青膠結料組成的9種超薄層瀝青混合料進行工作穩定性評價。結果表明，Type-B SBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10 SBS改性瀝青混合料、Type-B高粘彈瀝青混合料、改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料和OGFC-10高粘彈瀝青混合料能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》對瀝青路面水穩定性的要求；改良型SMA-10級配高粘彈瀝青混合料的工作性能最佳，其動穩定度分別是其他8種混合料的2～4.5和2～4.7倍。

公路；超薄層瀝青面層；水穩定性；SMA-10改良型級配；高粘彈瀝青混合料

超薄層瀝青路面由于設計厚度多為1.5～2.5 cm，空隙率大，常在10%以上，部分骨料直接暴露于空氣中，車輛荷載作用時，浸入瀝青面層骨料間空隙的水會在車載作用下反復出現水壓和泵吸作用，淘洗和剝離粘附在骨料表面的粘結材料，使瀝青混合料骨料間散失瀝青膠結料而出現松散、掉粒，最終形成坑槽、坑洞等病害，甚至出現大面積路面連續性破壞。因此，超薄層瀝青路面的水穩定性問題已引起高度重視。

目前，國內外主要通過傳統的非定量水煮法、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗及Lottman法對瀝青混合料或超薄層瀝青砼面層進行水穩定性評價，如P.J. Frazier、劉朝暉、薛國強、程永春通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗對超薄層瀝青混合料的水穩定性進行了研究；T.Aschenbrener和李進等使用Hamburg車轍儀探究了超薄層瀝青混合料的永久變形，但未比較浸水和未浸水兩種條件對混合料抗車轍能力的影響；F.J.Pretorius、H.Musty、T.M.Gilbert和I.I.AIQadi等根據工程應用實例評價了超薄層瀝青路面的抗開裂、抗滑、抗疲勞及水損害等工程性能。而采用浸水車轍試驗研究超薄層瀝青混合料水穩定性的文獻不多，如石蕾、楊毅等采用浸水車轍試驗研究了不同結合料類型、不同荷載強度和不同空隙率對橡膠瀝青混合料水穩定性的影響。該文結合近年舊路路面提質改造工程要求和特點，通過浸水車轍試驗和凍融劈裂試驗對不同骨料級配、不同瀝青膠結料的超薄層瀝青砼面層進行對比研究，為實際工程優選工序簡易、性能優良、造價低廉的超薄層瀝青混合料。

1 試驗材料

1.1材料性能

試驗中選取的SBS改性瀝青、70#重復瀝青+ 0.8%抗車轍劑和高粘彈瀝青結合料的材料性能見表1。試驗中選取的美國級配（Type-B型）、改良型SMA-10和OGFC-10混合料骨料采用的集料均為玄武巖，填料為石灰巖磨細礦粉，采用木質素纖維，其綜合性能指標均滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。

表1　試驗選取的3種結合料的性能指標

續表1

1.2瀝青混合料級配

表2為3種級配類型對應的粒徑組成。試驗中選用的3種級配形式對應的公稱粒徑比其他級配形式偏粗，旨在確保超薄層瀝青混合料的空隙率超過10%，以利于里面排水、降低行車水霧、降噪和提高抗滑能力。同時根據多年的路面施工經驗，集料粗集料集中，能鋪筑出均勻美觀的路面。

表2　試驗選取的3種骨料的級配組成

1.3瀝青膠結料級配及油石比

將上述3種級配類型和3種膠結料兩兩組合形成9種瀝青混合料，其馬歇爾試驗結果及最佳油石比見表3。

2 試驗結果與分析

9種瀝青混合料的浸水車轍試驗和常規車轍試驗結果見表4，凍融劈裂試驗結果見表5。

2.1油石比的影響

從表3所示混合料最佳油石比來看，美國級配（Type-B型）、改良型SMA-10和OGFC-10三者間的油石比差別較大，改良型SMA-10的最佳油石比最高，Type-B次之，OGFC-10最低。但瀝青混合料選取的級配類型相同時，因不同結合料導致的最佳油石比差異不大。從表4所示動穩定度和表5所示凍融劈裂強度來看，改良型SMA-10高的油石比不但對高溫穩定性沒有影響，還顯著提高了其抗水侵蝕能力。表明為了提高超薄層路面的耐久性，選擇合適的級配對提高結合料的用量很有必要。

表3　試驗選取的9種瀝青混合料的馬歇爾試驗結果及最佳油石比

表4　9種瀝青混合料車轍試驗和浸水車轍試驗結果

表5　9種瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

2.2級配類型的影響

表4、表5表明，無論是常規車轍還是浸水車轍的動穩定度和凍融劈裂強度，瀝青混合料的高溫穩定性和水穩定性都受級配類型的影響。當選用的瀝青膠結料相同時，改良型SMA-10的動穩定度和凍融劈裂強度都最高；OGFC-10的劈裂強度最低，Type-B則位于兩者之間；Type-B的動穩定度最低，OGFC-10介于兩者之間。不同級配瀝青膠結料浸水后的車轍試驗結果表明，動穩定度和凍融劈裂強度降低幅度差異受膠結料級配影響較大，OGFC-10混合料的動穩定度和凍融劈裂強度降低最顯著，其次是Type-B型混合料，改良型SMA-10混合料受膠結料級配影響最小。說明級配類型對瀝青面層的水穩定性有著主要影響。

改良型SMA-10混合料由于級配組成最佳，加之存在纖維的增強增韌作用及足夠的空隙來容納較多的結合料用量，混合料結構組成處于合理狀態，所以表現出優良的綜合性能；而OGFC-10混合料恰恰相反，故其綜合路用性能較差。

2.3膠結料的影響

試驗結果表明，級配相同時，在最佳油石比下，高粘彈瀝青結合料組成的瀝青混合料的動穩定度最高，接近其他兩種的5倍。選用SBS改性瀝青的動穩定度優于選用7#重交瀝青+0.8%抗車轍劑復合型膠結料。但由于二者粘度相差不多，動穩定度差異不大。

水穩定性方面，粘度越高的混合料，浸水前后的動穩定度絕對值越大，降低幅度也較小；劈裂強度的降低幅度也越小。試驗結果充分反映了粘度高、彈性好的瀝青膠結料和改良的SMA級配相組合可獲得較高抗車轍能力和抗水損害性能的瀝青混合料，其車轍動穩定度分別是其他8種混合料的2～4.5和2～4.7倍。根據表4、表5中的試驗結果，有5種超薄層瀝青混合料的水穩定性滿足《公路瀝青路面施工技術規范》對瀝青路面水穩定性的要求，分別為Type-B SBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10 SBS改性瀝青混合料、Type-B高粘彈瀝青混合料、改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料和OGFC -10高粘彈瀝青混合料，其中改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料的綜合性能最佳。

對超薄層路面進行設計時，不但要選用適合的膠結料，還要重視級配類型的設計和選用，通過合理設計膠結料和級配類型來提高混合料的油石比，從而提高超薄層路面的耐久性。

3 結論

（1）級配類型和膠結料種類是影響超薄層瀝青混合料水穩定性的主要因素。

（2）為提高超薄路面的耐久性，混合料設計中要重視對膠結料和骨料級配的合理設計和選用。

（3）可根據道路等級、交通量發展和荷載組成、工程所在地的氣候條件和投資預算等合理設計超薄層瀝青砼。城市主干道、高速公路或重交通道路的預防性養護或維修，建議選取綜合性能優良的改良型SMA-10高粘彈瀝青混合料。

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U418.8

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1671-2668（2016）05-0133-04

2016-03-23