尉北兰

(内蒙古乌海市公路养护中心，内蒙古 乌海 016000)

1 原材料选择

沥青质量的好坏直接影响沥青路面的通行能力及耐久性。超薄磨耗层作为路面最上层的结构，长期受到车辆、行人及自然环境的影响，其沥青材料需要具有较好的包裹性、附着性及抗剥落性[1-4]。因此，试验选择软化点及60 ℃粘度指标较高的改性沥青作为超薄磨耗层的沥青材料，技术指标如表1所示。

表1 超薄磨耗层沥青技术指标

选取的粗集料表面应当光洁，具有一定的粗糙度、强度及耐磨性能，因此尽量采用玄武岩、辉绿岩等磨光值高的石料作为超薄磨耗层的粗集料。粗集料的性能参数如表2所示。

表2 粗集料的性能参数

矿粉的使用除了可以让沥青在其表面形成具有较强附着力的薄膜之外，还能增加沥青集料与集料间的附着作用，同时起到填充多余孔隙的效果。因此，作为路面超薄磨耗层的矿粉可经石灰岩或岩浆中等憎水性石料获取。经试验，选取石灰岩研磨后得到的表面清洁的矿粉。依据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2018)中对矿粉的各项要求，兼顾沥青路面的特点，确定出沥青路面超薄磨耗层对矿粉的参数要求，具体各项指标和检测结果如表3所示。

表3 矿粉技术指标

2 级配与配合比设计

沥青路面超薄混凝土厚度偏低，集料以小粒径为主[5]。若以连续型密级配的细粒式沥青混凝土作为主要材料，则其抗滑性能、构造深度等难以满足路用性能的需要。为此，试验选用粗集料断级配密实型的沥青混凝土作为主要材料，在分析了沥青路面超薄混凝土的基础上，通过马歇尔试验，得出最优的级配曲线，矿料级配区间如表4所示。

试验结果表明，集料设计均满足相关技术指标的要求。试验中集料的级配组成为：Ⅰ型(0～4.75 mm)，Ⅱ型(4.75～9.5 mm)，Ⅲ型(9.5～13.2 mm)加上矿粉的组合，矿料级配组成如表5所示。

表4 矿料级配区间

表5 矿料级配组成

试验分为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%等五组油石比类别，每组选取5个试件，击实80次成型后，通过马歇尔试验确定配合比方案。试验结果如表6所示。

表6 沥青混凝土超薄层马歇尔试验结果

由表6分析确定最佳油石比为4.3%，并通过进一步试验得到对应油石比情况下沥青混合料的技术参数，如表7所示。

表7 油石比4.3%混合料技术参数

试验采用贝雷法设计沥青混合料级配，通过捣实试验和孔隙率计算，合成符合要求的级配，再通过路用性能试验，确定最佳级配如表8所示。

通过成型SGC试件测得不同级配在不同油石比下的空隙率，综合各试验结果，油石比为4.3%时，级配1的综合路用性能最佳。4.3%油石比下的级配1与级配2混合料汉堡车辙曲线如图1所示。

表8 合成级配

图1 4.3%油石比下的级配1与级配2混合料汉堡车辙曲线

在进行沥青路面超薄层混合料设计时，为满足其路用性能的需求，在设计过程中，应采用粒径较小、具有一定粗糙度及长寿命、抗剥落能力强的原材料。并有针对性地进行级配及配合比优化，确定出最佳方案。

3 路用性能研究

3.1 高温稳定性

温度是影响沥青混合料性能的关键因素，随着温度的升高，沥青混合料粘性逐渐增加，在外部条件作用下，受到剪力的影响，容易导致车辙的形成，极大地影响了行车的稳定性与舒适性。试验采用车辙试验对沥青路面超薄层的混合料进行高温稳定性分析，试验结果如表9所示。

表9 车辙试验技术指标

从表9中的分析结果可知，当试验温度为60 ℃，采用5%～6%油石比的情况下，沥青路面超薄层所用混合料的动稳定度均值为3 684次/mm，满足相关规范的技术要求。

3.2 抗冻性能试验

《公路工程抗冻设计与施工技术指南》中对沥青表层混凝土抗冻性能作出如下规定，如表10所示。

表10 抗冻性能指标

试件分成常温组和真空组。常温组在室内环境下进行，另一组采用真空饱水，先在16 ℃中放置18 h，随后取出试件，放置于60 ℃水中恒温24 h，最后在25 ℃水中恒温放置2 h，加载速率为50 mm/min。经过测试和计算后，试验结果如表11所示。

表11 抗冻性试验结果

试验结果表明，该超薄层沥青混合料的抗冻性参数满足相关规范对极端天气下的路用抗冻融性的要求，可在极端气候地区采用。

3.3 渗水性能

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)，利用道路路面渗水仪对制备完毕的沥青路面超薄层混合料的渗水系数进行分析。

试验时统计水面从100 ml下降至500 ml所需的时间，当所需时间过长，也可采取统计3 min之内通过的水量的计算方式。计算公式如公式(1)

(1)

式中：Cw为路面渗水系数，ml/min；V1为第一次读数时的水量刻度(通常为100 ml，ml)；V2为第二次读数时的水量刻度(通常为500 ml，ml)；t1为第一次读数时的时刻，s；t2为第二次读数时的时刻，s。

沥青超薄磨耗层渗水性能试验结果为92.6 ml·min-1，表明磨耗层沥青混合料试件渗水系数满足试验规程相关要求，具有较好的排水性能，可以满足路用需求。

3.4 抗滑性能

影响道路抗滑性能的主要因素有两个。(1)集料本身的微观构造。(2)在宏观结构上体现为路表的构造深度。

采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)测试沥青路面超薄层试件表面的构造深度。

测量数据按公式(2)进行计算

(2)

式中：TD为沥青混合料表面构造深度，mm；V为砂的体积(25 cm3)；D为摊平砂的平均直径，mm。

构造深度试验检测结果如表12所示。

表12 构造深度试验检测结果

表12试验结果表明：沥青路面超薄层试件平均构造深度为1.17 mm，大于1.00 mm，具有良好的抗滑性能，能够保障车辆的安全行驶。

4 结 语

通过超薄磨耗层在公路沥青路面养护中的应用进行研究，得出以下结论。

(1)沥青路面超薄磨耗层可满足相关规范要求，延长道路使用年限，有效提升道路通行能力。

(2)超薄磨耗层沥青混合料级配和油石比需通过路用性能试验确定，保证路用性能最优化。

(3)温度是影响沥青混合料性能的关键因素，超薄层沥青混合料的抗冻性参数满足相关规范对极端天气下的路用抗冻融性的要求，可作为极端气候地区时采用。