不同薄层罩面沥青混合料的试验及应用研究

2020-07-09杨有辉

北方交通 2020年6期

杨有辉

(招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆市 400067)

0 引言

超薄磨耗层罩面是指在路面预防性养护或新建公路表面上铺筑一层15～25mm厚的耐久性超强路面表面层，可有效恢复旧路面的使用性能，增强其路面平整度及抗滑降噪性能，并具备降低雨天水雾与施工快捷等优点[1-2]。

国外已有研究表明：相比于微表处，薄层罩面可有效延长高速公路使用寿命6～8年，同时具备优异的排水及防滑降噪等优点[3-5]。国内于2003在广韶高速公路上铺筑了第一条试验路段并开展了大量研究。何春木[6]研究发现，加铺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]对高黏薄层沥青混合料罩面开展了相关研究，针对特定使用性能要求的路面进行了相应的配合比设计。但已有研究多针对于特定种类的薄层罩面沥青混合料展开研究，缺乏不同种类薄层罩面性能之间的横向对比研究，缺乏施工指导性。

对常用的不同类型薄层罩面沥青混合料进行了配合比设计，对路用性能进行了对比研究。并通过工程应用实例对薄层罩面沥青混合料实际应用效果进行了评价。

1 室内试验

1.1 试验材料

(1)沥青：选用壳牌SBS复合改性沥青，其主要性能参照相关规范标准[8]检测如表1所示。

表1 SBS复合改性沥青主要性能指标

(2)集料

选用玄武岩碎石粗集料，参照规范标准[8]对相关性能进行检测如表2所示。

表2 粗集料相关性能指标

细集料采用玄武岩人工砂，相关性能检测结果如表3所示。

表3 细集料相关性能指标

(3)矿粉：试验采用石灰岩磨细矿粉，对相关性能进行检测如表4所示。

表4 矿粉相关性能检测结果

1.2 配合比设计

(1)级配设计

选用薄层罩面沥青混合料常用的OGFC-13、SMA-13、AC-13及Novachip(C型)级配类型，4类级配类型的设计级配如表5所示。

表5 4类薄层罩面沥青混合料设计级配

(2)最佳油石比

参照相关规范[9]进行马歇尔试验，求得4类薄层罩面沥青混合料的最佳油石比如表6所示。

表6 4类罩面沥青混合料最佳油石比下的体积指标

1.3 试验方案

参照相应规范标准[8]制备4类罩面沥青混合料试件并分别进行车辙试验、小梁弯曲试验、浸水马歇尔及冻融劈裂试验、抗滑性能及渗水性能试验，对路用性能进行对比研究。

2 室内试验结果分析

2.1 高温稳定性

分别制备4类罩面沥青混合料车辙板试件，每类制备三组平行试件，分别测定动稳定度及车辙深度，对比研究高温稳定性能，试验结果取平均值，试验时的温度为60℃，荷载为0.7MPa。结果如表7所示。

由表7可知，四种沥青混合料的动稳定度均远远大于规范要求值，均具有较好的高温稳定性能。

表7 车辙试验结果

动稳定度大小排序为：AC-13

2.2 低温稳定性

分别制备4类罩面沥青混合料试件，采用MTS试验机进行小梁弯曲试验对试件的低温稳定性能进行对比研究，试验的加载速率与温度分别为50mm/min、-10℃，试验结果如图1所示。

由图1可知，四类罩面沥青混合料的低温破坏应变排序为：OGFC-13

2.3 水稳定性

制备4类罩面沥青混合料试件分别进行浸水马歇尔及冻融劈裂试验，综和试验结果对水稳定性能进行评价。

(1)浸水马歇尔试验：每种级配的混合料分别制备两组马歇尔试件，其中一组试件采用60℃的水浴养护30min，另一组试件采用60℃的水浴养护48h，试验结果如图2所示。

由图2可知，四类不同级配试件的残留稳定度均满足规范要求的大于80%的要求，大小排序为：OGFC-13

(2)冻融劈裂试验：首先将制备好的四种级配类型的马歇尔试件分别进行室温水浴养护20min，然后转移至90Kp真空度的水浴中养护15min，再转入-18℃的冰箱中养护16h，最后以25℃的水浴养护2h即可进行试验。四类试件的试验结果如图3所示。

由图3可知，四类不同级配试件的冻融劈裂强度比均满足规范大于80%的要求，大小排序为：OGFC-13

进一步分析可知，空隙率分别为3.8%及3.6%的SMA-13与AC-13试件，两者的冻融劈裂强度比相差不大，均为90%左右。而空隙率分别为19.8%及12.8%的OGFC-13与Novachip(C型)试件的冻融劈裂强度比差异较大，前者仅为85.61%，后者达到了91.14%。表明混合料的空隙率在小于12.8%的某个范围内，水稳定性能随空隙率的增大而增大，一旦空隙率达到某一临界点，水稳定性能将随空隙率的增大而减小。

2.4 抗滑性能

分别制备4类罩面沥青混合料试件的车辙板试件并室温养护48h，试件的抗滑性能采用铺砂法及摆式摩擦系数仪分别测定试件的构造深度与摩擦系数进行评定，试验结果如图4及图5所示。

(1)构造深度试验

由图4可知，四类不同级配试件的构造深度均满足我国规范要求的大于0.55mm的标准，大小排序为：AC-13

混合料的空隙率越大，其构造深度也越大，路面排水能力越强，这也是空隙率较大的Novachip(C型)与OGFC-13级配具备较大构造深度的主要原因，但级配碎石颗粒的均匀度在一定程度上也对构造深度有一定的影响。

(2)摩擦系数

四类不同级配试件的摩擦系数大小排序为： AC-13

而对于间断级配的Novachip(C型)与SMA-13试件及开级配的OGFC-13试件，它们的摩擦系数随粗集料的增多而降低，分析原因可以发现：一方面，粗集料在微观上的粗糙度相对较小；另一方面较多的沥青包裹在粗集料表面降低了其粗糙度。

3 工程应用

3.1 工程概况

某高速公路于2012年3月建成通车，双向四车道，沥青路面的面层结构形式为：4cm AK-16A+5cm AC-20I+6cm AC-25I，该公路所处地区夏季高温天气频繁，常年多雾，货车通行量较大(达到了75%)，超载现象严重。2018年3月对该高速公路采用加铺Novachip(C型)罩面沥青混合料的形式进行了预防性养护，Novachip(C型)沥青混合料的相关配合比设计同室内试验，施工现场油石比取4.8%。

3.2 施工前后性能检测

参照相关规范[10]，对该公路K105+950～K115+100路段加铺Novachip(C型)罩面前后的相关性能进行了对比检测，检测结果如表8所示。

表8表明，K105+950～K115+100路段加铺Novachip(C型)罩面后，路面平整度高，横向力系数及构造深度分别提高了44%及66.7%，抗滑性能优异，同时由于Novachip(C型)罩面与原路面之间铺筑有封水作用的粘结层，通过加铺层下渗的水将流向道路两侧排出，避免了水分渗入下层路面结构中及雨天路面水雾的产生，提高了路面使用寿命及雨天行车安全。