抗滑表層瀝青混合料組成分析及漢堡車轍試驗評價

易先鴻，趙承偉，黃健洪

(1.廣西壯族自治區交通運輸綜合行政執法局，廣西 南寧 530001；2.廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530011；3.桂林理工大學土木與建筑工程學院，廣西 桂林 541004)

0 引言

廣西氣候濕熱多雨，瀝青路面表面層直接與交通荷載及自然環境接觸，且承受的壓應力、水平力及剪應力較高，這就要求瀝青路面表面層既要有優良的高溫穩定性和水穩定性，又要有良好的抗滑安全性能。工程實踐表明，瀝青路面若出現車轍現象，其抗滑性能會大幅度衰減，尤其是伴有泛油的車轍，因此預防抗滑表層瀝青路面車轍病害是提高瀝青路面抗滑性能的重要措施之一。吳傳海[1]研究顯示，造成表面層瀝青路面產生車轍病害的主要原因是礦料級配設計不合理或控制不嚴，通過找出集料粒子干涉作用的分界點，設計出骨架密實的礦料級配，提高了瀝青混合料高溫穩定性，并從空隙率減小的角度提高了瀝青混合料水穩定性。與此同時，陳凱[2]通過對比試驗結果得出漢堡車轍試驗比規范車轍試驗更能區分和評判瀝青混合料高溫穩定性的優劣。黃曉明等[3]指出，瀝青路面材料選擇和級配組成設計是影響抗滑性能的主要因素，雖然瀝青路面的抗滑特性主要由宏觀構造與微觀構造共同形成，但在有水工況下，路表宏觀構造特征決定了瀝青路面的抗滑性能的優劣。陸宇等[4]通過研究瀝青混合料水穩定性與集料級配波動的相關性發現，4.75 mm、2.36 mm和0.075 mm篩孔通過率對瀝青混合料水穩定性的影響顯著。從前人研究成果來看，骨架密實型的礦料級配可有效提高瀝青混合料高溫穩定性、水穩定性以及抗滑性能。粗集料含量較多時，礦料級配相對越粗，可有效增強集料間骨架嵌擠的能力，瀝青混合料抗車轍性能就越好，同時路表宏觀構造也會越大，瀝青路面抗滑能力越好。但粗集料含量較多的瀝青混合料，需要細集料充分填充骨架空隙才能保證瀝青路面具有水穩定性。目前針對灰色、白色石灰巖機制砂對瀝青混合料AC-13C性能影響的研究相對較少，因此，本文結合廣西某高速公路4個標段抗滑表層瀝青路面試驗段的SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產配合比、馬歇爾體積指標和路用性能的檢驗結果，和施工過程中AC-13C的燃燒篩分結果以及瀝青路面的壓實度、滲水系數、構造深度檢測結果，并通過直徑為150 mm圓柱體路面芯樣的漢堡車轍試驗結果加以檢驗抗車轍能力，提出高溫穩定性能、水穩定性及抗滑性能優良的AC-13C施工配合比，以提高抗滑表層瀝青路面的使用壽命及行車安全性。

1 SBS改性瀝青混合料AC-13C的級配設計及驗證

瀝青混合料的級配設計分為目標配合比設計、生產配合比設計、生產配合比驗證及施工配合比設計三個階段，而這三個階段的瀝青混合料關鍵篩孔通過率相對保持穩定。廣西某高速公路4個標段抗滑表層SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產配合比設計如表1及圖1所示。其中，粗集料采用輝綠巖碎石加工所得，6標、7標的細集料采用來賓合山沿線灰色石灰巖碎石加工的機制砂，9標、12標的細集料采用南寧上林洋渡白色石灰巖加工的機制砂[5]。

瀝青混合料的密實性取決于細集料的材質、規格及其用量[6]。從表1及圖1可以看出，4個標段AC-13C的0.075 mm篩孔通過率均在4.5%～6.5%，6標、7標灰色石灰巖機制砂瀝青混合料AC-13C的2.36 mm篩孔通過率約為24%，比9標白色石灰巖機制砂瀝青混合料AC-13C的2.36 mm篩孔通過率27.3%低，而12標白色石灰巖機制砂瀝青混合料AC-13C的2.36 mm篩孔通過率為31.5%，相對偏高。灰色石灰巖機制砂用量減少，輝綠巖粗集料的用量就會相應增加，6標、7標AC-13C中4.75 mm篩孔的通過率約為34%，比9標、12標白色石灰巖機制砂瀝青混合料AC-13C中4.75 mm篩孔通過率低。

表1 SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產配合比一覽表

圖1 SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產配合比 設計曲線圖

瀝青混合料的配合比設計也是一種工藝設計，其品質與原材料、各檔熱料的摻配比例、瀝青混合料拌和過程相關，而施工過程中瀝青混合料的燃燒篩分結果可表征瀝青混合料的設計級配。在4個標段試驗段瀝青拌和站開盤連續生產≥200 t的瀝青混合料后取AC-13C的黑料進行燃燒篩分試驗，并與相應生產配合比進行對比，試驗結果如表2所示。其中，4個標段AC-13C的油石比均為4.8%，由此對6標、7標的AC-13C在其生產級配上進行了微調設計。

從表2可以看出，6標級配一混合料中13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm和0.6 mm篩孔的通過率與生產設計級配偏差較大，這是由于11～16 mm這檔熱料篩除超粒徑的部分有關，導致黑料的燃燒篩分結果中13.2 mm篩孔通過率高于生產級配；6標級配二混合料中9.5 mm、4.75 mm篩孔的通過率與生產設計級配偏差較大，其余篩孔通過率與設計級配較為接近，這是由于試驗段鋪筑過程中，調整了各檔熱料的摻配比例；7標級配一混合料的燃燒篩分結果與生產級配相比基本一致；7標級配二混合料4.75 mm篩孔通過率偏差大，這可能是由于取料不均勻或拌和站稱量系統誤差大而造成的，其余篩孔通過率與生產級配基本一致；9標、12標混合料的燃燒篩分結果與生產級配相比基本一致。

與生產級配相比，AC-13C的關鍵篩孔4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm存在波動，其中，0.075 mm篩孔通過率為正偏差，偏差的幅度為0～2%。由于礦粉的比表面積大，0.075 mm篩孔通過率的改變會影響瀝青混合料的膠漿特性，因此，在瀝青混合料施工配合比設計中應考慮拌和過程中0.075 mm篩孔通過率呈現正偏差的特性。

取AC-13C的黑料成型馬歇爾試件、車轍試件，AC-13C的各項性能指標如下頁表3、表4所示。

表2 SBS改性瀝青混合料AC-13C的燃燒篩分結果表

表3 AC-13C的馬歇爾試驗結果表

表4 AC-13C的性能檢驗結果表

從表3、表4可知，除7標級配一的飽和度稍微偏大外，AC-13C的馬歇爾試驗結果、浸水殘留穩定度、凍融劈裂強度比、動穩定度均滿足設計技術要求。

與白色石灰巖機制砂相比，結合6標、7標灰色石灰巖機制砂瀝青混合料AC-13C的燃燒篩分結果和馬歇爾試件的體積指標，表明隨著2.36 mm、0.075 mm篩孔通過率的增加，AC-13C的馬歇爾試件空隙率降低，AC-13C的2.36 mm篩孔通過率在20.2%、偏離級配下限24%，室內馬歇爾試件的空隙率也≤5.5%，故灰色石灰巖機制砂相對更容易使AC-13C密實。

瀝青混合料的攤鋪碾壓過程也是路面結構的形成過程。抗滑表層瀝青路面試驗段芯樣壓實度及空隙率如表5所示。

表5 試驗段抗滑表層瀝青路面的壓實度及空隙率檢測結果表

從表5可以看出，6標級配一有兩個芯樣空隙率>6%，級配二有一個芯樣空隙率>6%，從現場取芯情況來看，級配二的壓實效果要優于級配一；7標級配一、級配二的芯樣空隙率均偏小，7標灰色石灰巖機制砂瀝青混合料AC-13C的生產配比較接近6標級配二；9標路面空隙率除距中央分隔帶1m位置芯樣空隙率偏大外，其余芯樣空隙率均符合設計技術要求；12標路面空隙率均符合設計技術要求。但路面空隙率結果不一定為真實空隙率，且試驗段開始攤鋪處路面存在局部泛油的情況，這表明AC-13C的細集料用量相對過多。施工現場隨后改以鋼輪碾壓為主，僅在雙鋼輪壓路機碾壓過后20 min才采用一臺輪胎壓路機復壓1～2遍。

4個標段抗滑表層瀝青路面滲水系數和構造深度檢測結果如表6所示。

表6 試驗段抗滑表層瀝青路面滲水系數和構造深度檢測結果表

從表6可以看出，6標級配二、7標、9標和12標路面滲水檢測結果滿足≤120 mL/min的設計技術要求。6標級配一滲水系數較大，這是因為：(1)由于該試驗段橫坡較大，現場檢測過程中側滲嚴重；(2)級配一整體空隙率偏大，導致級配一路面局部位置滲水系數不滿足≤120 mL/min的設計技術要求。

6標級配一路表構造深度在0.8～0.98 mm，級配二路表構造深度在0.88～1.10 mm；7標級配一路表構造深度在0.8～0.85 mm，級配二路表構造深度在0.72～0.74 mm；9標路表構造深度在0.65～0.70 mm；12標路表構造深度在0.88～0.91 mm。

對比4個標段AC-13C的2.36 mm篩孔通過率，12標的最大，為30.5%，6標的最小，為20.2%。除12標受碾壓工藝影響外，AC-13C的4.75 mm篩孔通過率相對越低，路表的構造深度越大，說明灰色石灰巖機制砂瀝青混合料更有利于提高抗滑表層瀝青路面的構造深度，更有利于瀝青路面行車安全性。

2 抗滑表層瀝青路面高溫穩定性能的漢堡車轍評價

為進一步評價抗滑表層瀝青路面的高溫穩定性能，在試驗段進行鉆芯取樣，芯樣直徑為150 mm，切割上面層62 mm進行漢堡車轍試驗。漢堡車轍行走次數為20 000次，試驗條件為空氣溫度60 ℃。除6標因儀器故障未進行試驗外，試驗段抗滑表層瀝青路面芯樣位置信息及漢堡車轍試驗結果見表7。

表7 抗滑表層瀝青路面芯樣的漢堡車轍試驗結果表

從表7可知，7標、9標瀝青路面芯樣的漢堡車轍試驗結果均≤4.0 mm。根據廣西交投科技有限公司研究成果[7]可知，當抗滑表層瀝青路面在漢堡車轍深度<4.0 mm的情況下，以廣西高速公路的交通量和氣候特征，預計瀝青路面通行11年后車轍深度將<15 mm。12標瀝青路面芯樣的漢堡車轍深度>4 mm，這也與12標的AC-13C中2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm篩孔的通過率偏高相關。

綜上所述，結合試驗路的實體工程攤鋪碾壓效果，最終6標選用級配二、7標參考6標的級配二、9標按設計級配，12標參考9標的級配進行表面層瀝青路面施工，均取得了良好的工程效果。

3 結語

(1)拌和過程中AC-13C的關鍵篩孔4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm存在波動，其中，0.075 mm篩孔通過率為正偏差。因此，在瀝青混合料施工配合比設計中應考慮拌和過程中的0.075 mm篩孔通過率呈現正偏差的特性。

(2)不同于白色石灰機制砂，瀝青混合料AC-13C的灰色石灰巖機制砂用量相對減少，其4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的通過率分別為27%～42%、20%～27%、10.4%～13.5%、5%～7%。灰色石灰巖機制砂瀝青路面的構造深度可控制在0.8～1.1 mm，其瀝青路面相對具有更好的抗滑性能。

(3)漢堡車轍試驗是室內車轍試驗的有效補充，高速公路抗滑表層瀝青路面施工過程中應采用漢堡車轍測試路面芯樣的變形量。漢堡車轍深度宜≤4 mm。