高速公路超薄磨耗層配合比設計及抗滑性能分析

摘要 高速公路中使用超薄磨耗層，提升路面性能，增加路面抗滑能力。文章依托南方某高速公路施工實踐，優化超薄層配比設計，確定符合南方濕熱環境的油石比;同時開展試驗，研究濕度、溫度兩變量環境下超薄耐耗層最佳配比，提出優化瀝青面層相關性能的措施，主要包括溫度和濕度對抗滑性能的影響、油石比對抗滑性能的影響、提高瀝青路面抗滑性能的措施。

關鍵詞 濕熱環境;超薄磨耗層;配比設計;抗滑性能

中圖分類號 U416.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）11-0154-03

引言

路面抗滑性能指標主要包括兩部分，一部分為橫向摩擦系數，另一部分為路面構造深度。當前研究濕熱環境下影響超薄瀝青混凝土抗滑性能的因素的研究成果較多，但多數為依托室內試驗開展研究，還須由現場剖析濕度、溫度的具體影響程度。

1 工程概況

某高速公路位于南方省份，屬亞熱帶氣候，全長37.45 km，設計為雙向四車道，速度100 km/h，相關路段速度為120 km/h。該公路所處環境多雨較濕潤。該文依托該項目，分析并優化濕熱環境下AC—8超薄磨耗層配比，研究濕度、溫度兩個變量對超薄磨耗層抗滑性能的影響。

2 原材料

2.1 瀝青

該項目使用SBS（1-C級）瀝青作為超薄磨耗層，表1所示為檢測技術指標。

2.2 集料

瀝青混合料受集料特性的影響，會對路用性能造成影響，因此設計瀝青混合料時應重視選擇的集料。該項目使用的瀝青混凝土集料質量性能應滿足相關標準要求，使用的粗集料規格為5～10 mm英安巖碎石，細集料規格為0～5 mm石灰巖機制砂[1]。

2.3 礦粉

按照國家相關要求進行測試，得出其表觀密度為2.754 g/cm3，規范要求為2.5 g/cm3，滿足施工要求。

2.4 原材料試驗環境

對原材料進行試驗，充分模擬南方濕熱環境，設定濕度介于40%～60%，設定溫度介于20～30 ℃。

3 濕熱環境下超薄磨耗層配比設計及性能分析

3.1 礦料級配組成要求

3.2 礦料級配合成計算

瀝青混凝土礦料級配使用水洗法開展篩分試驗，得出篩分試驗結果及級配;根據實際需求，該項目設定級配如下：粗集料∶細集料∶礦粉=61∶30∶9。礦料級配曲線如圖1所示。

3.3 馬歇爾試驗

表3和圖2所示為經由馬歇爾試驗測得的細粒式瀝青混凝土AC—8結果情況，由圖可知，瀝青混合料最佳油石比時，混合料的空隙率為6%。使用差分法，空隙率為6%時，計算油石比結果為6.35%。即油石比最佳為6.35%。

3.4 路用性能試驗

通過凍融劈裂試驗和行車轍試件，分析6.35%油石比的混合料情況，表4及表5所示為具體試驗結果。讀表可知，細粒式瀝青混凝土各指標滿足規范要求，目標配合比選擇粒徑5～10 mm碎石為粗集料，0～5 mm機制砂為細集料及礦粉，具體比例為61∶30∶9[2]。

4 濕熱環境下超薄磨耗層抗滑性能分析

4.1 溫度和濕度對抗滑性能的影響

選擇濕度、溫度兩個變量，各設置6種不同的濕度、溫度環境，在設定環境中養護試塊，對AC—8混合料的構造深度進行測定。共制作試塊48個，即單一變量設試塊4個。表6所示為不同濕度、溫度環境下混合料的構造深度[3]。

根據表6所示的數據可知：無論是濕度還是溫度均會對混合料的構造深度造成影響。相同濕度環境下，試件構造深度與溫度呈負相關關系，即溫度增加，構造深度降低，50 ℃環境下的構造深度比1 ℃環境下的構造深度低0.37 mm，分析數據可知，溫度對試件構造深度有一定影響，但影響力較低。相同溫度環境下，濕度與試件構造深度呈正相關關系，即濕度越小，試件構造深度越小，但變化幅度不斷縮小，濕度為0及濕度81%以上，構造深度均小于0.05，可知濕度對試件構造深度影響較小[4]。

4.2 油石比對抗滑性能的影響

在高濕度、高溫度環境下，會對瀝青面層油石比造成較大影響，降低路面構造深度。

對不同油石比混合料進行馬歇爾擊實試驗，單個混合料制備試件3個，對其構造深度進行檢測。實施輪碾試驗，完成試驗后根據輪跡切割為矩形，對其構造深度進行測量。對比前后構造深度，見公式（1），H2為輪碾試驗后構造深度值，H1為輪碾試驗前構造深度值，計算深度殘留率H，表7所示為不同油石比下構造深度殘留情況。

（1）

通過表7中數據可知，不同油石比存在不同的試件構造深度殘留，油石比對試件殘留率有影響。油石比增加，深度殘留顯著降低。同時可知，油石比越大，對超薄磨耗層性能越有利，可有效提升其抗滑性，因此在具體施工中應嚴格控制油石比。經該項目試驗證明，可使用6.35%的油石比，取得良好效果。

4.3 提高瀝青路面抗滑性能的措施

根據該高速公路具體情況，該文認為可采取以下三項措施，提升瀝青路面抗滑性能。

（1）根據施工現場現狀，結合油石比情況實施調整，經施工實踐表明，油石比可適當降低。

（2）優選瀝青。根據試驗結果，使用I-D級改性瀝青制備超薄磨耗層。

（3）改善黏附性。瀝青路面受車輛荷載作用，輪胎接觸范圍的瀝青量不斷增加，影響了路面抗滑性。有鑒于此，該文認為需將瀝青和集料間的黏附性進一步提升[5]。

5 結論

通過試驗可知，南方環境高速公路超薄磨耗層目標配合比選擇粒徑5～10 mm碎石為粗集料，0～5 mm機制砂為細集料及礦粉，具體比例為61∶30∶9，油石比最佳為6.35%。

（1）混合料構造深度受濕度、溫度的影響。相同濕度下，溫度與試件構造深度存在負相關關系，即溫度降低，試件構造深度提升;相同溫度下，濕度與時間構造深度呈正相關關系，即增加溫度，構造深度增大。

（2）構造深度殘留率受油石比影響，二者存在典型的負相關關系，即增加油石比，構造深度殘留率降低。因此在使用超薄磨耗層的過程中應嚴格控制油石比，選擇最佳油石比。

（3）瀝青路面油石比在濕度、溫度較高環境下呈現出一定的不穩定性，提高了瀝青路面構造深度衰減率。可從油石比、高品質瀝青、集料間黏附性三方面采取措施，將超薄磨耗層的抗滑性能不斷提升。

參考文獻

[1]王麗， 李文凱， 齊力源.超薄磨耗層路面使用性能與層間剪切試驗研究[J]. 公路與汽運， 2018（1）： 102-105.

[2]虞將苗， 楊倪坤， 于華洋. 道路高性能瀝青超薄磨耗層技術研究與應用現狀[J]. 中南大學學報（自然科學版）， 2021（7）： 2287-2298.

[3]伍勇輝. 瀝青路面就地熱再生及超薄高性能磨耗層集成應用的實驗研究[D]. 廣州：華南理工大學， 2020.

[4]高偉. 溫拌超薄磨耗層的施工技術在高速公路養護中的作用[J]. 科技經濟導刊， 2020（9）： 65.

[5]孫正東. 抗滑薄層在高速公路瀝青路面中的應用[J]. 交通世界， 2021（20）： 64-66.

收稿日期：2022-04-06

作者簡介：蘇賢芬（1980—），女，本科，高級工程師，從事工程技術管理工作。