不同薄層罩面瀝青混合料的試驗及應用研究

楊有輝

(招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶市 400067)

0 引言

超薄磨耗層罩面是指在路面預防性養護或新建公路表面上鋪筑一層15～25mm厚的耐久性超強路面表面層，可有效恢復舊路面的使用性能，增強其路面平整度及抗滑降噪性能，并具備降低雨天水霧與施工快捷等優點[1-2]。

國外已有研究表明：相比于微表處，薄層罩面可有效延長高速公路使用壽命6～8年，同時具備優異的排水及防滑降噪等優點[3-5]。國內于2003在廣韶高速公路上鋪筑了第一條試驗路段并開展了大量研究。何春木[6]研究發現，加鋪Novachip(C型)罩面后的高速公路，抗滑性能得到了有效提高。常至明[7]對高黏薄層瀝青混合料罩面開展了相關研究，針對特定使用性能要求的路面進行了相應的配合比設計。但已有研究多針對于特定種類的薄層罩面瀝青混合料展開研究，缺乏不同種類薄層罩面性能之間的橫向對比研究，缺乏施工指導性。

對常用的不同類型薄層罩面瀝青混合料進行了配合比設計，對路用性能進行了對比研究。并通過工程應用實例對薄層罩面瀝青混合料實際應用效果進行了評價。

1 室內試驗

1.1 試驗材料

(1)瀝青：選用殼牌SBS復合改性瀝青，其主要性能參照相關規范標準[8]檢測如表1所示。

表1 SBS復合改性瀝青主要性能指標

(2)集料

選用玄武巖碎石粗集料，參照規范標準[8]對相關性能進行檢測如表2所示。

表2 粗集料相關性能指標

細集料采用玄武巖人工砂，相關性能檢測結果如表3所示。

表3 細集料相關性能指標

(3)礦粉：試驗采用石灰巖磨細礦粉，對相關性能進行檢測如表4所示。

表4 礦粉相關性能檢測結果

1.2 配合比設計

(1)級配設計

選用薄層罩面瀝青混合料常用的OGFC-13、SMA-13、AC-13及Novachip(C型)級配類型，4類級配類型的設計級配如表5所示。

表5 4類薄層罩面瀝青混合料設計級配

(2)最佳油石比

參照相關規范[9]進行馬歇爾試驗，求得4類薄層罩面瀝青混合料的最佳油石比如表6所示。

表6 4類罩面瀝青混合料最佳油石比下的體積指標

1.3 試驗方案

參照相應規范標準[8]制備4類罩面瀝青混合料試件并分別進行車轍試驗、小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗、抗滑性能及滲水性能試驗，對路用性能進行對比研究。

2 室內試驗結果分析

2.1 高溫穩定性

分別制備4類罩面瀝青混合料車轍板試件，每類制備三組平行試件，分別測定動穩定度及車轍深度，對比研究高溫穩定性能，試驗結果取平均值，試驗時的溫度為60℃，荷載為0.7MPa。結果如表7所示。

由表7可知，四種瀝青混合料的動穩定度均遠遠大于規范要求值，均具有較好的高溫穩定性能。

表7 車轍試驗結果

動穩定度大小排序為：AC-13

2.2 低溫穩定性

分別制備4類罩面瀝青混合料試件，采用MTS試驗機進行小梁彎曲試驗對試件的低溫穩定性能進行對比研究，試驗的加載速率與溫度分別為50mm/min、-10℃，試驗結果如圖1所示。

由圖1可知，四類罩面瀝青混合料的低溫破壞應變排序為：OGFC-13

2.3 水穩定性

制備4類罩面瀝青混合料試件分別進行浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗，綜和試驗結果對水穩定性能進行評價。

(1)浸水馬歇爾試驗：每種級配的混合料分別制備兩組馬歇爾試件，其中一組試件采用60℃的水浴養護30min，另一組試件采用60℃的水浴養護48h，試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，四類不同級配試件的殘留穩定度均滿足規范要求的大于80%的要求，大小排序為：OGFC-13

(2)凍融劈裂試驗：首先將制備好的四種級配類型的馬歇爾試件分別進行室溫水浴養護20min，然后轉移至90Kp真空度的水浴中養護15min，再轉入-18℃的冰箱中養護16h，最后以25℃的水浴養護2h即可進行試驗。四類試件的試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，四類不同級配試件的凍融劈裂強度比均滿足規范大于80%的要求，大小排序為：OGFC-13

進一步分析可知，空隙率分別為3.8%及3.6%的SMA-13與AC-13試件，兩者的凍融劈裂強度比相差不大，均為90%左右。而空隙率分別為19.8%及12.8%的OGFC-13與Novachip(C型)試件的凍融劈裂強度比差異較大，前者僅為85.61%，后者達到了91.14%。表明混合料的空隙率在小于12.8%的某個范圍內，水穩定性能隨空隙率的增大而增大，一旦空隙率達到某一臨界點，水穩定性能將隨空隙率的增大而減小。

2.4 抗滑性能

分別制備4類罩面瀝青混合料試件的車轍板試件并室溫養護48h，試件的抗滑性能采用鋪砂法及擺式摩擦系數儀分別測定試件的構造深度與摩擦系數進行評定，試驗結果如圖4及圖5所示。

(1)構造深度試驗

由圖4可知，四類不同級配試件的構造深度均滿足我國規范要求的大于0.55mm的標準，大小排序為：AC-13

混合料的空隙率越大，其構造深度也越大，路面排水能力越強，這也是空隙率較大的Novachip(C型)與OGFC-13級配具備較大構造深度的主要原因，但級配碎石顆粒的均勻度在一定程度上也對構造深度有一定的影響。

(2)摩擦系數

四類不同級配試件的摩擦系數大小排序為： AC-13

而對于間斷級配的Novachip(C型)與SMA-13試件及開級配的OGFC-13試件，它們的摩擦系數隨粗集料的增多而降低，分析原因可以發現：一方面，粗集料在微觀上的粗糙度相對較小；另一方面較多的瀝青包裹在粗集料表面降低了其粗糙度。

3 工程應用

3.1 工程概況

某高速公路于2012年3月建成通車，雙向四車道，瀝青路面的面層結構形式為：4cm AK-16A+5cm AC-20I+6cm AC-25I，該公路所處地區夏季高溫天氣頻繁，常年多霧，貨車通行量較大(達到了75%)，超載現象嚴重。2018年3月對該高速公路采用加鋪Novachip(C型)罩面瀝青混合料的形式進行了預防性養護，Novachip(C型)瀝青混合料的相關配合比設計同室內試驗，施工現場油石比取4.8%。

3.2 施工前后性能檢測

參照相關規范[10]，對該公路K105+950～K115+100路段加鋪Novachip(C型)罩面前后的相關性能進行了對比檢測，檢測結果如表8所示。

表8表明，K105+950～K115+100路段加鋪Novachip(C型)罩面后，路面平整度高，橫向力系數及構造深度分別提高了44%及66.7%，抗滑性能優異，同時由于Novachip(C型)罩面與原路面之間鋪筑有封水作用的粘結層，通過加鋪層下滲的水將流向道路兩側排出，避免了水分滲入下層路面結構中及雨天路面水霧的產生，提高了路面使用壽命及雨天行車安全。

表8 施工前后性能檢測結果

4 結論

(1)四類罩面瀝青混合料的高溫穩定性能排序為：AC-13

(2)四類罩面瀝青混合料的低溫破壞應變排序為：OGFC-13

(3)四類罩面瀝青混合料的殘留穩定度均滿足規范要求的大于80%的要求，大小排序為：OGFC-13

(4)四類罩面瀝青混合料的凍融劈裂強度比均滿足規范要求的大于80%的要求，大小排序為：OGFC-13

(5)四類罩面瀝青混合料的構造深度大小排序為：AC-13

(6)綜合室內試驗研究成果，建議工程中選用Novachip(C型)薄層罩面。工程應用表明：瀝青路面在加鋪Novachip(C型)罩面后，路面平整度高，橫向力系數及構造深度分別提高了44%及66.7%，抗滑性能優異；同時具備良好的排水性能，可有效避免雨天路面水霧的產生，提高雨天行車安全。