新型超粘磨耗層路用性能試驗研究

摘要：為了解決常規冷拌冷鋪磨耗層技術缺陷，文章以特種改性乳化瀝青和礦料為原料，研究確定了一種新型超粘磨耗層的礦料級配、最佳含水量、最佳油石比和最佳灑布量等技術參數，并通過鋪筑試驗路段驗證了該超粘磨耗層的路用性能。研究結果表明，所開發的新型超粘磨耗層具有良好的路面養護效果。

關鍵詞：特種改性乳化瀝青;超粘磨耗層;路面養護

0 引言

隨著高速公路運營時間的延長和交通量的增加，路面使用性能會不斷降低。在路面整體性能良好，出現大量病害之前，采取主動的預防性防護措施能夠以較低的費用保持或提高路面使用性能，防止路面性能過快衰變[1-2]。常用的預防性養護措施是對既有路面加鋪一層磨耗層，填封路面微小裂縫、延緩路面老化速度、提高路面抗滑性能，從而達到提升路面性能、延長路面使用壽命、節約養護資金的目的。對于磨耗層的類型研究較多，曾夢瀾等人[3]曾對密級配、半開級配和開級配三種熱拌瀝青混合料磨耗層的抗滑、滲水等路面性能進行了試驗評價。磨耗層采用冷拌冷鋪施工工藝，施工方便，對集料規格要求不嚴格，可以實現煙氣零排放。然而，傳統的冷拌冷鋪磨耗層存在早期強度較低，水穩定性能較差，路面性能衰減快，容易失效等問題[4-5]，需要不斷改進。黃文通等人[6]應用一種具有高軟化點和良好彈性恢復能力的改性乳化瀝青開發了一種含玻璃纖維的新型磨耗層，試驗結果表明性能優良。李寧等人[7]采用高性能的乳化瀝青增強混合料的粘結性能，改進了常規微表處的技術缺陷，實現了良好的路面養護效果。

本文以特種復合改性乳化瀝青和常規礦料為原材料，依據稀漿材料的試驗評價方法，通過一系列室內試驗研究確定了一種超粘磨耗層混合料的配合比和灑布量等技術參數，并鋪筑試驗路段對其路用性能進行了跟蹤評價。

1 試驗原材料

1.1 乳化瀝青

超粘磨耗層粘結料采用一種具有高黏性、高彈性、高延展性的特種改性乳化瀝青慢裂快凝材料，檢測結果如表1所示，其各項技術指標均符合《磨耗層和稀漿封層技術指南》（JTG/T F40-02-2005）及《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）的技術要求。

1.2 礦料

對礦料依照相關試驗規程進行檢測，試驗結果如表2所示，均滿足相關規范的技術要求。

2 技術參數與性能

按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004），對超粘磨耗層混合料進行稠度試驗來確定合適的用水量，利用濕輪磨耗試驗和負荷車輪粘沙試驗確定最佳油石比，利用擺式儀、手工鋪砂法和路面滲水儀確定合適的灑布量。

2.1 礦料級配

根據相關規范和指南的要求，采用微表處MS-3型級配。礦料級配曲線如圖1所示。

由圖1可見，篩分結果在各檔礦料中均符合相關技術規范要求，且接近于級配要求中各粒徑范圍的中值，試驗所用礦料級配較理想。

2.2 最佳用水量

稠度試驗的測試結果如圖2所示。當用水量在4%～6%時，超粘磨耗層混合料的稠度為2～3 cm，具有適宜的和易性，符合瀝青路面施工規范。因此，本研究取適宜用水量范圍的中值5%為最佳用水量。

2.3 最佳油石比

2.3.1 濕輪磨耗試驗

通過濕輪磨耗試驗檢驗成型后材料的配伍性和抗水損害能力，確定超粘磨耗層混合料油石比的下限。試驗結果如表3所示。

由表3可知，隨著油石比的增加，磨耗值逐漸減小。按照相關技術規范的要求，1 h的濕輪磨耗值≤540 g/m2，因此磨耗層混合料的油石比應>6.0%。

2.3.2 負荷車輪粘砂試驗

通過負荷車輪粘砂試驗來確定超粘磨耗層混合料中瀝青用量的上限。試驗結果見表4。

由表4可以發現，隨著油石比的增加，粘附砂量逐漸增大。按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）的技術要求，粘附砂量應≤450 g/m2。因此，超粘磨耗層混合料的油石比應<7.0%。

綜合分析濕輪磨耗試驗和負荷車輪粘砂試驗的結果可知，超粘磨耗層混合料油石比的合適范圍為6.0%～7.0%。本研究所選的五個油石比僅6.5%滿足要求，因此選6.5%為混合料設計的最佳油石比。

2.4 最佳灑布量

2.4.1 抗滑性能

由圖3（a）可知，隨著灑布量的增加，超粘磨耗層的構造深度逐漸減小。當灑布量>0.7 kg/m2時，超粘磨耗層撒布前后車轍板的構造深度變化幅度趨于穩定。由圖3（b）可以看出，灑布后的抗滑擺值均得到了不同程度的提高，隨著灑布量的增加，超粘磨耗層的抗滑擺值先增加后趨于穩定，并在>0.7 kg/m2后基本保持不變。

2.4.2 滲水性能

從圖4可以看出，灑布超粘磨耗層后，車轍試件的防滲性能得到顯著提升。隨著灑布量的增加，超粘磨耗層滲水系數逐漸減小。灑布量為0.7 kg/m2時，滲水系數為零，滿足封水的效果。

綜上分析，超粘磨耗層混合料的灑布量選定為0.7 kg/m2，此時超粘磨耗層對抗滑性能顯著下降的原路面的抗滑性能、封水防滲性能均有較大的改善，同時材料使用較為經濟。

3 試驗路性能評價

2018年，依托廣西欽崇高速公路鋪筑了2 km的超粘磨耗層試驗路并進行了連續的跟蹤測試，其路用性能指標如圖5所示。

由圖5可以看到，在實施了超粘磨耗層后，試驗路段的抗滑性能較處治前（2017年）得到了大幅提升，同時修復了路面車轍病害，改善了路面平整度。在試驗路段實施一年后（2019年），路面的抗滑性能仍然非常優良，路面車轍和平整度也仍然處于優良狀態。

4 結語

（1）由稠度試驗可知，超粘磨耗層混合料在用水量為4%～6%時，具有較好的施工和易性。

（2）由濕輪磨耗試驗和負荷車輪粘砂試驗可知，超粘磨耗層混合料在油石比為6.5%時，具有較好的配伍性、粘附性、抗水損害性能。

（3）綜合考慮到瀝青面層的抗滑性能、防滲性能和材料的經濟性，超粘磨耗層混合料灑布量確定為0.7 kg/m2較為適宜。

（4）對試驗路進行試驗的結果表明，超粘磨耗層能夠極大地提高路面抗滑性能，同時可以改善路面車轍病害。

參考文獻：

[1]蘇衛國， 張肖寧，王端宜.道路預防性養護的概念、應用及發展[J].廣東公路交通，2005（S1）：1-9.

[2]于慶革，田新宇，舒 躍.淺談超薄磨耗層瀝青混凝土在公路養護中的應用[J].公路，2010（10）：233-237.

[3]曾夢瀾，彭良清，吳超凡，等.超薄磨耗層瀝青混合料使用性能試驗研究[J].武漢理工大學學報，2012（4）：27-31.

[4]郝金海，盧先榮，陳 宇，等.浙江省典型養護措施路面性能長期衰變研究[J].公路工程，2019（1）：76-80.

[5]李麗慧，樊 凱.冷拌冷鋪瀝青混合料超薄磨耗層配合比設計[J].蘭州理工大學學報，2016（42）：139-142.

[6]黃文通，許良楷， 元澤宏， 等.冷拌冷鋪超粘磨耗層混合料路用性能研究[J]. 青海交通科技，2019（4）：88-91，97.

[7]李 寧，牛曉偉，朱富萬.超粘磨耗層技術在高速公路養護中的應用研究[J].公路，2018，63（4）：243-247.

作者簡介：周志剛（1964—），高級工程師，研究方向：高速公路建設及養護管理。

基金項目：廣西科技計劃重點研發項目（桂科AB17292061）