OGFC-10玄武巖纖維高黏型薄層罩面性能研究

李文凱 張波 邵景干 陳紅奎

摘 要：OGFC開級配瀝青混合料因其良好的抗滑及排水性能而被廣泛應用到高等級瀝青路面養護工程當中。本研究將高粘瀝青及玄武巖纖維應用到OGFC薄層罩面混合料當中來改善瀝青路面的路用性能。通過對不同設計空隙率OGFC-10薄層罩面混合料相關路用性能研究得出：隨著設計空隙率的減小，混合料高溫抗車轍、抗水損害、低溫抗開裂性能均逐漸增強，抗滑及排水性能均逐漸降低，綜合考慮，設計空隙率為10%的OGFC-10薄層罩面混合料整體路用性能最優。

關鍵詞：高黏瀝青;礦料級配;超薄磨耗層;油石比;路用性能

中圖分類號：U414 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）7-0091-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.021

Abstract： OGFC open graded asphalt mixture is widely used in high-grade asphalt pavement maintenance engineering because of its good skid resistance and drainage performance. In this study， high viscosity asphalt and basalt fiber are applied to OGFC thin-layer overlay mixture to improve the road performance of asphalt pavement. Through the research on the relevant road performance of OGFC-10 thin-layer overlay mixture with different design void ratio， it is concluded that with the decrease of design void ratio， the high-temperature rutting resistance， water damage resistance and low-temperature cracking resistance of the mixture are gradually enhanced， and the skid resistance and drainage performance are gradually reduced. Comprehensively considered， the overall road performance of OGFC-10 thin-layer overlay mixture with design void ratio of 10% is the best.

Keywords： high viscosity asphalt; aggregate gradation; ultra thin wearing course; oil stone ratio; road performance

0 引言

伴隨著我國經濟的快速增長，基礎設施的不斷完善，早期通車運營的道路在投入運營一定年限之后逐漸出現了坑槽、松散、裂縫、車轍及抗滑性能不足等路面病害，其中抗滑性能退化更為突出，嚴重影響行車安全，增加了交通事故發生的風險。修復路面病害、改善抗滑能力的方法有多種，主要包括銑刨重鋪、微表處、薄層罩面等施工工藝。其中，銑刨重鋪施工周期較長，銑刨重鋪厚度在4 cm左右，會消耗大量的礦料及瀝青，增加養護成本，給管養部門帶來較大經濟壓力，同時高等級公路施工過程中，還需封閉交通、占用車道，嚴重影響行車安全;微表處施工工藝鋪筑厚度在1 cm左右，膠結材料為改性乳化瀝青，屬于常溫施工，瀝青與礦料之間的黏結能力較差，短期內會改善路面病害，增強路表的抗滑能力，但其使用年限較短，尤其重軸載交通量大的路段，通車一段時候后極易出現松散，起皮、剝落的現象，不利于大面積推廣;熱拌瀝青薄層罩面施工工藝鋪筑厚度在2.5 cm左右，所需原材較少，高黏瀝青混合料之間具有較強的黏結能力，不僅能夠修復路表病害、改善抗滑能力，同時還具有較長的使用年限，經濟效果較為顯著。OGFC-10開級配薄層罩面能夠快速改善瀝青路面的抗滑性能，減少路表積水，同時鋪筑厚度較薄，多為2.0～2.5 cm，不僅能修復路面病害，還有效降低了養護成本，被廣泛應用到高等級瀝青路面養護工程當中。OGFC-10混合料設計空隙率一般為18%～25%，較大的孔隙能夠有助于路面積水快速排出路表，同時也能夠吸收輪胎與路面摩擦產生的噪聲，但混合料內部易受到動水壓力的侵蝕作用，影響瀝青膠結料與礦料之間的黏結性能，瀝青膠漿極易從骨料之間剝落。為改善OGFC-10薄層罩面混合料黏結能力差的缺點，選用高黏瀝青及玄武巖纖維對混合料進行綜合改性;同時選用10%、16%、22%三種不同的設計空隙率進行礦料級配設計及相關路用性能研究，為OGFC-10玄武巖纖維高黏型薄層罩面在道路工程中的應用提供技術支撐。

1 原材料性能及礦料級配設計

1.1 瀝青

原材料性能對瀝青路面的服務水平及使用年限有著重要的影響，其中瀝青種類的選取尤為關鍵，OGFC屬于開級配瀝青混合料，設計空隙率一般為18%～25%，較大的內部孔隙易導致飛散損失，瀝青膠漿易從骨料之間剝落，因此瀝青須具備較強的黏結能力。本研究選用許昌金歐特瀝青股份有限公司生產的高黏瀝青進行試驗，其主要性能參數檢測結果見表1。

1.2 纖維

玄武巖纖維是一種礦物纖維，是由天然玄武巖通過高溫熔融、高速拉絲、表面處理，并按規定長度剪切而成，其密度一般為2.6～2.8 g/cm3，與常規粗骨料的密度相當，摻入到OGFC-10混合料中能夠均勻分散到礦料之間起到吸附、穩定瀝青的效果，同時在礦料之間起到搭橋、加筋的作用，能夠改善大孔隙瀝青路面的路用性能及使用年限。試驗選用的玄武巖纖維由鄭州登電集團生產，規格型號為6～17 mm，其主要技術參數檢測參數均能滿足《公路工程玄武巖纖維及其制品第1部分：玄武巖短切纖維》（JT/T 776.1—2010）中的相關要求。

1.3 配合比設計

本研究選用OGFC開級配展開研究，石灰巖碎石粗骨料粒徑分別為3～5 mm、5～10 mm，機制砂細骨料粒徑為0～3 mm，填料為石灰巖磨細的礦粉。為降低OGFC礦料級配的空隙率以保證薄層罩面具有良好的抗飛散能力，試驗選用10%、16%、22%三種設計空隙率對OGFC-10混合料進行礦料級配設計，設計結果見表2。玄武巖纖維的摻量為0.4%（占混合料質量），不同設計空隙率下OGFC-10混合料馬歇爾及析漏、飛散試驗結果見表3。

2 路用性能

2.1 高溫穩定性

瀝青路面是路表結構層，混合料性能與溫度關系密切，夏季高溫天氣混合料塑性變大、韌性變小，在車輛重軸載碾壓作用下易發生塑性變形，泛油、車轍、擁包等路面病害的出現是高溫穩定性差的主要表現形式[1-2]。本研究在試驗溫度為60 ℃環境下，選用室內車轍試驗對不同空隙率的OGFC-10混合料開展高溫性能檢測、研究，動穩定度檢測結果見圖1。

分析圖1可知：隨著設計空隙率的不斷變小，OGFC-10混合料高溫動穩定度檢測結果逐漸變大，當設計空隙率為22%時，試驗結果最小，但仍能達到4 846次/mm，遠大于重交通量路段不低于3 000次/mm的技術要求，這主要因為0.4%摻量的玄武巖纖維的摻入能夠在混合料內部起到吸附、穩定瀝青的作用，使得混合料整體穩定性能更好，具有更強的高溫抗塑性變形能力，同時合理降低OGFC-10混合料的空隙率，也能夠改善瀝青路面的高溫抗車轍能力。

2.2 水穩定性

瀝青路面作為路表結構層，長期受到光照、雨水侵蝕、凍融循環及車輛軸載等外界因素的長期綜合作用，瀝青逐漸老化，骨料與瀝青之間的黏附能力逐漸降低，瀝青膠漿極易從骨料之間剝落，松散、坑槽等路面病害的出現是瀝青路面水穩定性差的主要表現形式[3]。試驗選用浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗對不同空隙率OGFC-10薄層罩面混合料進行抗水損害能力研究，檢測結果分別見圖2、圖3。

分析圖2、圖3可知：隨著設計空隙率的不斷變小，OGFC-10混合料抗水損害能力逐漸變大，當設計空隙率為22%時，試驗結果最小，但仍能滿足改性瀝青混合料殘留穩定度及殘留強度比分別不小于85%、80%的要求，這主要是因為隨著空隙率的降低，高黏瀝青的用量逐漸增加，同時玄武巖纖維吸附、穩定瀝青的作用使得瀝青膠漿在混合料內部更加穩定，抗水損害剝落能力增強。

2.3 低溫抗裂性

低溫環境下，瀝青塑性降低、脆性增強，在車輛軸載作用下，當瀝青路面內部混合料之間的容許拉應力低于溫縮應力時，混合料就會發生細微開裂，這些細微開裂若不加以處治就會逐漸惡化成塊狀裂縫甚至龜裂等嚴重病害[4]。在試驗溫度為-10 ℃的環境下，選用試驗室低溫彎曲試驗對不同空隙率OGFC-10混合料開展低溫性能檢測，檢測結果見圖4。

由圖4可以得出：隨著設計空隙率的不斷變小，OGFC-10薄層罩面混合料低溫抗開裂能力逐漸增大，當設計空隙率為22%時，試驗結果最小，但仍能符合改性混合料彎曲破壞應變檢測結果不小于2 500 με的要求，這主要是因為隨著空隙率的降低，高黏瀝青的用量逐漸增加，礦料之間的黏結能力增強，同時玄武巖纖維在骨料之間起到搭橋、加筋的作用，使得OGFC-10混合料低溫抗開裂能力增強。

2.4 滲水及抗滑性能

較大的構造深度能夠保證瀝青路面的抗滑能力，縮短車輛剎車時的制動距離，減少交通事故發生的概率;良好的排水能力，能夠使路表積水及時排除，減少雨水對瀝青路面的侵蝕。OGFC-10薄層罩面混合料作為一種路表功能層，需具有良好的抗滑及排水性能[5]。試驗選用構造深度、滲水試驗對不同空隙率的OGFC-10混合料開展抗滑及排水性能檢測，檢測結果分別見圖5、圖6。

由圖5、圖6可以得出：隨著設計空隙率的不斷變小，OGFC-10混合料抗滑及排水能力不斷下降，當設計空隙率為10%時，試驗結果最小，但此時OGFC-10薄層罩面混合料仍具有良好的抗滑及排水能力。

3 結語

隨著設計空隙率的減小，OGFC-10薄層罩面混合料高溫抗車轍、抗水損害、低溫抗開裂性能均逐漸增強，抗滑及排水性能均逐漸降低，但OGFC-10-10%薄層罩面混合料仍具有良好的抗滑及排水能力。綜合考慮，設計空隙率為10%的OGFC-10薄層罩面混合料整體路用性能最優。

參考文獻：

[1]高明星，方淑艷，朱守林，等.密實型廢舊橡膠顆粒瀝青混合料的降噪特性研究[J].中外公路，2010，3（30）：255-258.

[2]袁忠山.OGFC設計參數及降噪機理分析研究[D].西安：長安大學，2011.

[3]聶小沅，李雨舟，聶曉清.超薄磨耗層發展現狀及其在城市道路工程中應用可行性研究[J].城市道橋與防洪，2015（10）：186-188.

[4]周禮.高黏結超薄磨耗層罩面技術研究[D].重慶：重慶交通大學，2013.

[5]劉少鵬，黃衛東，紀淑貞，等.高摻量 SBS改性瀝青及其在OGFC中的應用[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2013，3（10）：20-25.