新型路面養(yǎng)護(hù)材料-超薄瀝青磨耗層混合料的設(shè)計(jì)及性能研究

劉 輝

（上海城建養(yǎng)護(hù)管理有限公司，上海200063）

1 超薄磨耗層概述

超薄磨耗層作為一種新型路面養(yǎng)護(hù)材料，主要應(yīng)用于高等級瀝青或水泥混凝土路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和輕微病害的矯正性養(yǎng)護(hù)，也可作為新建道路表面磨耗層，具有抗滑、抗車轍、抗磨耗的優(yōu)良性能，是一種超長耐久的瀝青路面表面層。關(guān)于超薄磨耗層的研究最早始于法國，到20世紀(jì)80年代，其研究開發(fā)了一種厚度為20～25 mm的間斷級配瀝青磨耗層，該結(jié)構(gòu)顯著改善了瀝青混凝土的宏觀構(gòu)造，且通過使用改性瀝青和纖維，能夠達(dá)到提高瀝青混凝土耐久性的目的，具有構(gòu)造深度大、抗滑性能好、行車噪聲低的特點(diǎn)，很適用于重交通道路的面層養(yǎng)護(hù)。我國高速公路正處于建設(shè)和養(yǎng)護(hù)并舉的高峰期，結(jié)合我國的實(shí)際情況，開展超薄磨耗層研究和推廣應(yīng)用，對公路建設(shè)和路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)具有重要的意義。

2 原材料性能及配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料性能

由于超薄磨耗層處于瀝青混凝土路面上面層，直接承受行車荷載和自然界的影響，因此對瀝青與粗集料的要求較高。一般采用軟化點(diǎn)和60℃粘度指標(biāo)較高的改性瀝青，對粗集料的壓碎值也有較高要求。一般采用SBS改性瀝青，其各項(xiàng)指標(biāo)見表1所列，符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）》要求。

宜采用2.5～5.0 mm花崗巖碎石、0～2.5 mm玄武巖石屑及石灰?guī)r礦粉。粗集料沖擊值為3.5%，磨耗值為9%，壓碎值為12%。粗、細(xì)集料及礦粉主要技術(shù)指標(biāo)和篩分試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3所列，符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTGF40-2004）》的要求。

表1 SBS改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)一覽表

表2 礦料主要技術(shù)指標(biāo)一覽表

表3 礦料篩分試驗(yàn)結(jié)果一覽表

纖維采用VLATOP80顆粒狀木質(zhì)素纖維，密度為0.45±0.05 g/cm3，其他指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）》的要求。

2.2 混合料配合比設(shè)計(jì)

為了減少配合比設(shè)計(jì)時(shí)的試配次數(shù)，保證骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的形成，采用主骨料空隙體積填充法進(jìn)行超薄瀝青混合料級配組成設(shè)計(jì)。由于超薄瀝青混合料需要摻加纖維且其摻量是按照混合料量外摻，故需要按照體積關(guān)系對主骨料空隙體積填充法的計(jì)算公式進(jìn)行修正：

式中，ωc、ωf、ωp、ωa分別為粗集料、細(xì)集料、礦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及油石比；ωfib為纖維對混合料的摻加質(zhì)量比例；VCA、Vvs為主骨架空隙百分率和混合料目標(biāo)空隙率；ρsc為粗集料搗實(shí)密度；ρtf、ρtp為細(xì)集料及礦粉的表觀密度；ρa(bǔ)、ρfib為瀝青及纖維的密度。

根據(jù)上述原材料試驗(yàn)結(jié)果可知，粗集料毛體積相對密度為2.609，粗集料搗實(shí)密度ρsc為1.512 g/cm3；主骨架空隙百分率VCA為42%；細(xì)集料及礦粉的表觀相對密度(ρtf和 ρtp)分別為 2.580、2.674；瀝青及纖維的密度(ρa(bǔ)和 ρfib)分別為 1.026、0.45。取油石比=6.4%，礦粉用量=l2%，目標(biāo)空隙率=4%，纖維對混合料的摻量=0.3%，代人式(1)、式(2)，計(jì)算得到粗集料用量=70.0%，細(xì)集料用量ωf=18.0%。由此得到，油石比為6.4%，2.5～5.0 mm花崗巖碎石用量、0～2.5 mm玄武巖石屑及石灰?guī)r礦粉配合比為 70∶18∶12，纖維摻量為 0.3%，計(jì)算得到的合成級配如圖1所示。同時(shí)將美國最大公稱粒徑為4.75 mm的SMA瀝青混合料級配范圍列出以作對比。

圖1 SMA-5級配比較曲線圖

可以看出，合成級配處于美國推薦的級配范圍之內(nèi)，且2.36～4.75 mm的集料占了63%，充分體現(xiàn)出小粒徑、多碎石、斷級配的特點(diǎn)。根據(jù)集料組成設(shè)計(jì)結(jié)果，初步選定油石比為5.8%、6.1%、6.4%、6.7%、7.0%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4所列。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)，初定最佳油石比為6.3%。

2.3 最佳油石比的驗(yàn)證

按初步選定的油比6.3%成型試件，分別進(jìn)行謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)等，試驗(yàn)結(jié)果見表5所列。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，最終選定超薄磨耗層瀝青混合料的最佳油石比為6.3%，其各項(xiàng)路用性能能滿足規(guī)范要求，可以作為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維修的超薄罩面，也可作為新建路面的表面層。

表4 SMA一5瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果一覽表

表5 最佳油石比下超薄磨耗層瀝青混合料的性能驗(yàn)證一覽表

3 超薄磨耗層的應(yīng)用

3.1 超薄磨耗層應(yīng)用場合

3.1.1用于瀝青路面的預(yù)養(yǎng)護(hù)

瀝青路面在使用一段時(shí)間后，在還沒有出現(xiàn)明顯病害之前，路面結(jié)構(gòu)尚處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)采用超薄磨耗層實(shí)施預(yù)養(yǎng)護(hù)，能使路況長期保持良好狀態(tài)，減少道路使用營運(yùn)費(fèi)用。超薄磨耗層由于路面薄，投資費(fèi)用不大，適時(shí)地進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)非常有益，它可有效地改善表面紋理和抗滑性，提高路面耐久性。

3.1.2用于高速公路路面表面層維修

高速公路路面的表面紋理、平整度等會隨時(shí)間有所衰減，與采用碎石封層、稀漿封層、微表處等技術(shù)相比較，加鋪超薄磨耗層能有效地改善路面紋理構(gòu)造和平整度。同時(shí)，對于高速公路瀝青路面不存在結(jié)構(gòu)性問題的情況下，在原路面上直接加鋪超薄磨耗層，可能是一種更好的選擇，而不一定要非將上面層銑刨后再加鋪不可。

3.1.3用于改善水泥路面行車的舒適性

在水泥路面板塊穩(wěn)定的情況下，上面加鋪超薄瀝青磨耗層，能改善行車的舒適性和安全性，降低交通噪聲，改善交通環(huán)境。由于超薄磨耗層僅20 mm，對路面標(biāo)高影響不大，因此特別適合新建城市道路水泥路面上應(yīng)用。

3.2 超薄磨耗層的應(yīng)用實(shí)例

某高速公路鋪筑了超薄磨耗層路面?；旌狭显O(shè)計(jì)級配為SMA-5，粗碎石為顆粒形狀很好的花崗巖碎石，結(jié)合料為SBS改性瀝青，纖維采用顆粒狀木質(zhì)素纖維?；旌狭峡紫堵蕿?%，油石比為6.3%，析漏試驗(yàn)與松散試驗(yàn)均滿足要求，動穩(wěn)定度為6 488次/mm，凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR）為94.4%。

為防止發(fā)生磨耗層發(fā)生脫層現(xiàn)象，要特別注意做好粘層，使上下層牢固粘結(jié)，這是超薄磨耗層成敗的關(guān)鍵之一。為此噴灑改性乳化瀝青，灑布量約為0.4～0.5 kg/m2。超薄磨耗層設(shè)計(jì)厚度25 mm，采用一般的瀝青攤鋪機(jī)就能施工。因?yàn)楸?，熱量容易散失，故攤鋪后立即進(jìn)行緊跟碾壓。

為了檢驗(yàn)試驗(yàn)路的施工質(zhì)量和實(shí)際路用效果，在試驗(yàn)路施工結(jié)束后，進(jìn)行了取樣抽提試驗(yàn)，對試驗(yàn)路進(jìn)行了抗滑性能(構(gòu)造深度、摩擦系數(shù))和滲水性能(滲水系數(shù))檢測。

3.2.1抽提試驗(yàn)

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052-2000)T0722-1993和 T0725-2000進(jìn)行抽提試驗(yàn)并檢驗(yàn)礦料級配。瀝青含量：4.72%。

3.2.2構(gòu)造深度

瀝青路面的抗滑性能是一項(xiàng)重要的路用性能，它取決于集料自身的表面紋理結(jié)構(gòu) (微觀結(jié)構(gòu)，現(xiàn)用粗集料的加速磨光值PSV表述)，以及混合料的級配所決定的表面構(gòu)造深度(宏觀結(jié)構(gòu))。

采用《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTJ059-95)T096 l-95試驗(yàn)檢測路面表面構(gòu)造深度。從檢測數(shù)據(jù)可以看出，磨耗層的表面構(gòu)造深度比密級配瀝青路面提高許多，顯著提高了路面的抗滑能力。

3.2.3摩擦系數(shù)

采用《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程)(JTJ059-95)T0964-95試驗(yàn)方法，應(yīng)用擺式摩擦系數(shù)測定儀測定瀝青路面的抗滑值，用以評定路面在潮濕狀態(tài)下的抗滑性能。從檢測數(shù)據(jù)可以看出，磨耗層的擺值高于密級配瀝青路面，提高了路面的抗滑能力?？够阅軝z測結(jié)果見表6所列。

表6 抗滑性能檢測結(jié)果一覽表

3.2.4滲水系數(shù)

采用《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTJ059-95)T0971-95試驗(yàn)方法，應(yīng)用路面滲水儀測定瀝青路面的滲水系數(shù)。經(jīng)試驗(yàn)，SMA-13密級配混合料路面滲水系數(shù)為10 mL/min，磨耗層路面直接透水，無法進(jìn)行滲水系數(shù)測定。

由于試驗(yàn)路中瀝青路面下層的SMA-13密級配混合料基本不透水，可防止水向下滲透，并且磨耗層的車轍、水穩(wěn)定性和抗凍性指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，因此可為路表提供優(yōu)良的服務(wù)功能。

該路段原計(jì)劃將舊路面銑刨后加鋪4 cm瀝青面層，現(xiàn)改為鋪筑2.5 cm超薄磨耗層，雖超薄磨耗層單價(jià)高，但因?yàn)楹穸葴p薄，單位面積的費(fèi)用反而有所降低。同時(shí)超薄磨耗層預(yù)計(jì)使用壽命比普通瀝青混凝土長，使用效果好，所以性價(jià)比高，綜合社會經(jīng)濟(jì)效益好。

4 結(jié)語

通過以上研究和分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）超薄磨耗層構(gòu)造深度大，具有抗車轍、抗水損壞、抗疲勞等技術(shù)性能，適用于提高表面層服務(wù)功能的養(yǎng)護(hù)維修工程，也適用于新建公路的磨耗層。

（2）磨耗層一般厚度為20 mm～25 mm左右，混合料宜采用斷級配、改性瀝青，以提高其抗滑性和水穩(wěn)性，必須鋪筑在路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和下承瀝青面層的高溫抗形變能力滿足要求的路面上。

（3）磨耗層的下層應(yīng)采用密實(shí)、不透水的密級配形式，以利于突出其表面功能作用，將路面的使用功能與瀝青面層整體的受力有機(jī)地結(jié)合在一起。

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