開級配橡膠瀝青混合料的設(shè)計與應(yīng)用

■李劍波 肖 雷

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210022；2.南京航空航天大學(xué)土木工程系，南京 210016)

0 引言

排水降噪瀝青路面可以顯著提高路面服務(wù)水平，在歐美國家得到廣泛的應(yīng)用，日本甚至要求高速公路路面無論新修或維修均采用開級配降噪排水路面[1]。當(dāng)前，國內(nèi)排水降噪瀝青路面通常采用高粘瀝青，但其昂貴的造價成為高粘瀝青排水降噪路面技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。橡膠瀝青的60℃粘度可達(dá)20,000Pa·s，能滿足高粘瀝青的技術(shù)要求，而其價格與常用的SBS改性瀝青接近[2]。良好的性價比和特殊的環(huán)保意義使橡膠瀝青在排水路面中的應(yīng)用日益得到重視，在美國已成為用于降噪排水路面的瀝青膠結(jié)料重要類型之一。因此，采用橡膠瀝青為膠結(jié)料，參考排水降噪瀝青混合料設(shè)計方法，開展開級配橡膠瀝青混合料的設(shè)計與性能評價工作意義重大。

1 工程概況

寧高高速公路是南京市區(qū)連接溧水、高淳兩區(qū)及蘇南、皖南地區(qū)的主要快速通道，是省干線公路網(wǎng)的組成部分，其中連接機(jī)場段有較長的線路穿越人口稠密地區(qū)。長期的高負(fù)荷運(yùn)營，寧高高速公路的瀝青路面陸續(xù)出現(xiàn)許多病害問題。結(jié)合路面大中修工程，在寧高高速公路K30處采用開級配橡膠瀝青混合料罩面技術(shù)，通過大孔隙路面結(jié)構(gòu)來降低路面噪聲對周邊居民的影響，路面結(jié)構(gòu)采用預(yù)拌碎石 SAMI＋AR-OGFC13S(2.5cm)。

2 開級配橡膠瀝青混合料設(shè)計方法

在國內(nèi)外開級配抗滑混合料設(shè)計方法調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合OGFC的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和橡膠瀝青的性能特點(diǎn)，從級配范圍控制、空隙率控制、試件成型方法和瀝青用量確定等幾個方面進(jìn)行開級配抗滑混合料的配合比設(shè)計[3]。本次工程所用集料為句容茅迪公司石料廠產(chǎn)玄武巖，橡膠瀝青由金邦公司加工生產(chǎn)，外摻劑采用P.O 32.5級水泥。

2.1 級配設(shè)計

級配設(shè)計是開級配瀝青混合料配合比設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，其基本思路都是通過減少細(xì)料用量(小于2.36mm)獲取較大的空隙率。綜合開級配橡膠瀝青混合料應(yīng)用較多的美國加州、德州、佛羅里達(dá)州和亞歷桑那州級配要求和我省開級配混合料應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，初步提出橡膠瀝青開級配混合料級配范圍。根據(jù)級配范圍，初選粗、中、細(xì)三個級配，采用初試瀝青用量成型試件，根據(jù)目標(biāo)空隙率確定設(shè)計級配，并最終確定本工程的合成級配見表1。

2.2 空隙率要求

開級配瀝青混合料的路用性能與其空隙率關(guān)系密切。相關(guān)研究表明，開級配瀝青混合料的排水性能隨空隙率增加而提高，而力學(xué)性能、水穩(wěn)定性、疲勞性能等則隨空隙率增大而降低[4]。美國加州要求瀝青路面磨耗層OGFC的空隙率大于18%，而德州要求18%～22%，我國部頒規(guī)范要求為18%～25%。從滿足道路使用性能和防止路面堵塞角度出發(fā)，本工程的設(shè)計空隙率為22%。

2.3 成型方法

混合料試件采用何種成型方式和標(biāo)準(zhǔn)是配合比設(shè)計的基礎(chǔ)，美國亞利桑那州開級配橡膠瀝青混合料采用靜壓成型方法，而我國開級配瀝青混合料大都采用50次馬歇爾擊實(shí)成型的方法[5]。研究表明，75次成型試件得到的空隙率較50次馬歇爾擊實(shí)明顯偏小，與靜壓法得到的空隙率相差近1倍。以50次馬歇爾擊實(shí)成型試件與不采用橡膠瀝青的OGFC混合料空隙率相當(dāng)，且比75次擊實(shí)更接近靜壓法得到的空隙率。而且較少的擊實(shí)次數(shù)，可以顯著減少開級配混合料粗集料被擊碎的現(xiàn)象，對原有級配的影響較小。

2.4 瀝青用量確定

對于如何確定AR-OGFC瀝青用量，美國亞歷桑那州提供的經(jīng)驗(yàn)公式具有一定參考價值。但各國 (地區(qū))的OGFC設(shè)計方法中，大都以預(yù)估瀝青用量為基準(zhǔn)，通過析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)對瀝青用量進(jìn)行驗(yàn)證。首先，按±0.5%、±1%變化瀝青用量，分別進(jìn)行析漏試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)；然后，根據(jù)析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)的結(jié)果，以瀝青析漏試驗(yàn)的反彎點(diǎn)作為最大瀝青用量，以試件飛散試驗(yàn)的反彎點(diǎn)作為最少瀝青用量，由此得到瀝青用量的范圍；最后，在此范圍內(nèi)再參照馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果,選擇合適的瀝青用量作為最佳瀝青用量。按此思路確定的AR-OGFC13S瀝青混合料的最佳油石比為8.9%，馬歇爾試驗(yàn)測試結(jié)果見表2，析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)測測試結(jié)果見表3。

表2 AR-OGFC13S馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表3 AR-OGFC13S析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)測試結(jié)果

3 開級配橡膠瀝青路面的應(yīng)用及效果評定

開級配橡膠瀝青路面采用橡膠瀝青由70號道路石油瀝青與橡膠粉高速攪拌制備，70號道路石油瀝青必須滿足規(guī)范的要求，橡膠粉應(yīng)無鐵絲或其它雜質(zhì)，纖維比例應(yīng)不超過0.5%。在成功進(jìn)行拌和樓試拌的基礎(chǔ)上，先進(jìn)行試驗(yàn)段的施工組織和混合料性能驗(yàn)證，并完善施工工藝和調(diào)整開級配瀝青混合料的級配。開級配橡膠瀝青路面的施工與普通熱瀝青混合料基本一致，但在拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等過程中嚴(yán)格遵守開級配橡膠瀝青混合料的施工技術(shù)指南[6]。在開級配橡膠瀝青混合料拌合時，嚴(yán)格控制集料和橡膠瀝青的溫度，防止橡膠瀝青的過度老化，混合料出廠溫度170℃左右。開級配瀝青混合料由于具有較大的空隙率，其溫度下降較快，應(yīng)保證運(yùn)到施工現(xiàn)場的混合料溫度達(dá)到165℃左右，混合料溫度過低會導(dǎo)致壓實(shí)困難，空隙率偏大，而溫度過高，會導(dǎo)致空隙率偏小，降低路面的排水降噪性能。開級配橡膠瀝青混合料的初壓采用HD130壓路機(jī)前靜后振壓實(shí)2遍，復(fù)壓采用DD110壓路機(jī)靜壓2遍。

開級配橡膠瀝青路面施工完成后，第二天即可對路面的壓實(shí)度、降噪性能、抗滑性能和滲水性能進(jìn)行測試。根據(jù)路面施工技術(shù)指南的要求，每車道200m鉆取一個芯樣，本路段AR-OGFC13S壓實(shí)度的檢測結(jié)果見表4。

表4 AR-OGFC13S路面壓實(shí)度檢測結(jié)果

由表4的測試結(jié)果可知，芯樣的壓實(shí)度平均101%左右，現(xiàn)場空隙率平均21%，與室內(nèi)設(shè)計空隙率比較接近，說明配合比設(shè)計時選用的馬歇爾擊實(shí)次數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)是合適的。

開級配瀝青路面的重要特點(diǎn)是排水降噪性能優(yōu)越，采用路面滲水儀對開級配橡膠瀝青路面的滲水系數(shù)進(jìn)行測試，所有測點(diǎn)的路面滲水系數(shù)在1000ml/min以上，具有良好的排水性能。為衡量開級配橡膠瀝青路面的降噪性能，對橡膠瀝青開級配罩面和未設(shè)罩面的舊路進(jìn)行了噪音測試。為減少交通狀況波動對測試結(jié)果的影響，每點(diǎn)測3次，每次3min。AC16舊路的噪音為83.4分貝，而AR-OGFC13S的噪音為81.2分貝，橡膠瀝青開級配罩面比AC16舊路噪音平均低2.2分貝，雖然噪音絕對值降低不多，但現(xiàn)場測試時感受二者差異相當(dāng)顯著。

摩擦系數(shù)是衡量瀝青路面抗滑性能的重要指標(biāo)，通常采用擺式摩擦系數(shù)測定儀進(jìn)行測試。在本路段每200m確定測點(diǎn)進(jìn)行測試，擺式摩擦系數(shù)測定儀的擺值平均在90以上，遠(yuǎn)超過原AC16瀝青路面的測試結(jié)果，表明開級配混合料路面具有更好的抗滑性能。

4 結(jié)束語

通過大量的室內(nèi)和工程試驗(yàn)測試，采用雙面擊實(shí)50次的方法進(jìn)行配合比設(shè)計，能夠滿足開級配橡膠瀝青混合料的工程應(yīng)用需求，而且采用析漏試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)和馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)確定的混合料最佳瀝青用量也較為合理，按此方法設(shè)計和施工的寧高高速公路AR-OGFC13S路面具有良好的降噪、排水、抗滑性能，達(dá)到工程預(yù)期目標(biāo)。