明色鋪裝SMA混合料性能的試驗(yàn)研究

滕前良，陳 亮

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶400020)

0 引言

美國有一種瀝青路面被命名為“glassphalt”［1］，它是在瀝青混合料中摻入破碎后的廢玻璃，然后鋪筑在市政道路上。此路面的各項(xiàng)路用性能基本與普通瀝青混凝土路面一致，并且在夜晚路燈及車燈的照射下還展現(xiàn)出漂亮的城市景觀，是一種會閃閃發(fā)光(glittering)的路面［2］。近 40年來，日本、美國、前蘇聯(lián)、法國［3-6］等國家也對玻璃瀝青混合料進(jìn)行了相應(yīng)的研究與實(shí)踐，推動了玻璃瀝青混合料在道路建設(shè)中的應(yīng)用。

近年來，我國的科研單位及高校也對玻璃瀝青混合料進(jìn)行了研究實(shí)踐。臺北市率先在市政道路的建設(shè)中采用了玻璃瀝青路面，通過對鋪裝的試驗(yàn)路段檢測證明其路用性能并不低于普通瀝青路面［5］。陳風(fēng)晨，等［7］通過室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)瀝青與廢玻璃的黏附性較低，但是可以使用高黏度的改性瀝青來改善，或者在混合料中摻入水泥作為抗剝落劑。摻入廢玻璃后，對瀝青混合料的油石比基本沒有影響，其密度有一定下降，并且馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度和擺值略有下降。另外，廢玻璃的摻入量與瀝青混合料試件的反光量成正比。史小麗，等［2］利用玻璃珠具有的回歸反光特性，在OGFC混合料中摻入玻璃珠，提高了瀝青混凝土路面的亮度，并總結(jié)了摻入不同比例、粒徑的玻璃珠對其路用性能的影響，得出了OGFC-13中摻入玻璃珠的最佳粒徑及比例。試驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃珠對瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度、擺值、降噪及反光特性的影響與其在混合料中的摻入量有關(guān)。

目前，我國的廢玻璃瀝青混合料研究仍然不夠全面，還有許多技術(shù)問題沒有得以解決。SMA路面成功并且有效的運(yùn)用于多國路面面層［8］，目前還未有針對明色鋪裝SMA混合料的相關(guān)研究。筆者結(jié)合SMA路面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和明色材料應(yīng)用的可行性，選擇廢鋼化玻璃、白色方堅(jiān)石為研究對象，研究摻入不同比例、粒徑的明色材料的路用性能，已達(dá)到在不降低路用性能的基礎(chǔ)上改善公路隧道內(nèi)部亮度的目的。筆者對明色鋪裝SMA混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗滑性能、抗?jié)B性能、黏結(jié)性能及明色性能進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究。

首先，在我國的路面病害調(diào)查中，有的路段僅僅使用了1～2a就出現(xiàn)了車轍問題，且車轍問題十分突出。在日本的高速公路路面病害調(diào)查中顯示車轍占80%以上［9］。所以，高溫穩(wěn)定性應(yīng)作為一個(gè)重要的研究目標(biāo)。另外，明色材料并沒有利用瀝青進(jìn)行預(yù)裹覆處理，以便最大程度提高路面的明色性能，但是其代價(jià)是明色材料有很大部分暴露在外，容易剝落，其水穩(wěn)定性的檢測顯得尤為重要。

其次，瀝青混合料的滲水是導(dǎo)致瀝青路面早期損壞的主要原因，路面滲水會使基層受到侵泡而破壞，導(dǎo)致基層承載力下降而發(fā)生路面結(jié)構(gòu)的破壞。所以，預(yù)防水破壞對于路面結(jié)構(gòu)來說十分必要。

第三，筆者選擇的明色材料為有棱有角、棱角分明的廢鋼化玻璃和白色方堅(jiān)石，材料特點(diǎn)是破碎面少且平滑，所以對混合料抗滑性能的檢驗(yàn)顯得十分重要。

最后，在汽車荷載的作用下路面結(jié)構(gòu)表層的集料容易剝落，其中的明色材料并沒有利用瀝青進(jìn)行預(yù)裹覆處理且都是粒徑4.75 mm以上的粗集料，如果黏結(jié)性能不能滿足要求，在長時(shí)間的汽車荷載作用下，明色材料便會剝落，不但不能提升路面的明色性能，反而會對行駛的車輛造成安全隱患，誘發(fā)交通事故。其結(jié)構(gòu)的黏結(jié)性能是否能滿足要求是一個(gè)不能忽視的問題。

1 明色鋪裝SMA混合料的試驗(yàn)方法

1.1 試件成型

1.1.1 試驗(yàn)材料

由于SMA路面“三多一少”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筆者重點(diǎn)研究摻入9.5 ～13.2 mm 和 4.75 ～9.5 mm 粒徑的明色材料。采用瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13作為母體瀝青混合料，在其表面添加明色材料。試驗(yàn)采用花崗巖集料、SBS改性瀝青、石灰?guī)r礦粉、木質(zhì)素纖維，成型溫度180℃，SMA-13型瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，級配曲線如圖1。

1.1.2 馬歇爾試件

根據(jù)JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T 0702―2011瀝青混合料試件制作方法(擊實(shí)法)成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀試模內(nèi)加入拌合好的瀝青混合料，再在試模內(nèi)瀝青混合料頂層表面均勻摻入不同比例和粒徑的明色材料，擊實(shí)次數(shù)采用50次，瀝青混合料拌和溫度170℃，壓實(shí)溫度160℃。成型后馬歇爾試件如圖2。

圖1 礦料級配曲線Fig.1 Grading curve of aggregate materials

圖2 馬歇爾試件Fig.2 Marshall specimen

1.1.3 車轍板試件

根據(jù)JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T 0703―2011瀝青混合料試件制作方法(輪碾法)成型車轍板試件。在標(biāo)準(zhǔn)試模內(nèi)加入拌合好的瀝青混合料，再在標(biāo)準(zhǔn)試模內(nèi)瀝青混合料表面均勻摻入不同比例和粒徑的明色材料，將試模先在一個(gè)方向碾壓2個(gè)往返，然后卸載、抬起碾壓輪，再將試件調(diào)轉(zhuǎn)方向，加相同荷載再次碾壓12個(gè)往返成型，瀝青混合料拌合溫度170℃，壓實(shí)溫度160℃。成型后車轍板試件如圖3。

圖3 車轍板試件Fig.3 Plate specimen

1.2 路用性能試驗(yàn)

根據(jù)JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T 0706—2000、T 0719—1993、T 0729—2000、T 0730—2000、T 0964—2008 、T 0733—2000進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)、擺式儀測定路面摩擦系數(shù)試驗(yàn)及肯塔堡飛散試驗(yàn)，以研究明色鋪裝材料高溫性能、水穩(wěn)定性能、抗?jié)B性能、抗滑性能及黏結(jié)性能。

1.3 明色性能試驗(yàn)內(nèi)容

采用蘇州精博儀器有限公司生產(chǎn)的TES-1300 A型數(shù)字式照度計(jì)，分別對母體瀝青混合料SMA-13、明色鋪裝的瀝青混合料和水泥混凝土進(jìn)行照度值試驗(yàn)。

如圖4，將車轍板試件放置在水平位置，試件正上方放置照明燈具，燈具距離試件高度3 m，功率60 W，照度計(jì)距離車轍試件中心垂直高度為15 cm，距離試件中心水平長度為15 cm，照度計(jì)感光元件的表面與擬定反射光線成90°直角，分別從A，B，C，D 4個(gè)方向?qū)φ斩戎颠M(jìn)行測量，測量結(jié)果取平均值。

圖4 照度值試驗(yàn)示意Fig.4 Intensity of illumination test method

1.4 試驗(yàn)結(jié)果(表1)

表1 試驗(yàn)結(jié)果Table1 Test results

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 高溫性能試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)車轍試驗(yàn)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)隨著明色材料的摻入，動穩(wěn)定度也會隨之降低，摻入廢鋼化玻璃混合料的動穩(wěn)定度降低較小，甚至還有所增長;摻入白色方堅(jiān)石的混合料動穩(wěn)定度降低幅度大于摻入廢鋼化玻璃的混合料，但仍能滿足規(guī)范要求。

2.2 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果分析

從凍融劈裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，摻入明色材料的混合料的劈裂強(qiáng)度比總體趨勢在下降，但也有個(gè)別明色鋪裝材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)較高，所有數(shù)據(jù)均能滿足規(guī)范要求，明色鋪裝材料的水穩(wěn)定性是有保證的。

2.3 抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果分析

首先，通過壓實(shí)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，摻入明色材料的試件與SMA-13母體試件相比壓實(shí)度減小，空隙率增大?？障堵试龃蟊銜?dǎo)致滲水系數(shù)增大，但是滲水系數(shù)增大量很小，且能很好的滿足規(guī)范的要求。

2.4 抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果分析

通過抗滑試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出，隨著明色材料的摻入，擺值也隨之下降，抗滑性能下降，其中摻入廢鋼化玻璃的混合料的下降幅度大于摻入白色大理石的混合料的下降幅度。

廢鋼化玻璃在碾壓的過程中，由于材料的特性，幾乎所有廢鋼化玻璃光滑的破碎面都排列于試件表面，而隨著摻入量的增大，廢鋼化玻璃幾乎布滿整個(gè)車轍板試件表面，導(dǎo)致光滑的破碎面也在路面表面占了很大的比例，所以會造成抗滑性能下降幅度較大。所以國外也有研究稱廢玻璃用于瀝青混凝土的最大粒徑為4.75 mm［10］。但是考慮到所用玻璃材質(zhì)、路面結(jié)構(gòu)和摻入方法的不同，筆者仍然選擇了粒徑4.75 mm以上的廢鋼化玻璃作為試驗(yàn)對象。

2.5 黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

通過浸水飛散試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出，是否摻入明色材料對飛散損失的影響很小。試驗(yàn)后的明色鋪裝材料試件表面的明色材料基本完整保留，只有試件邊角處的很少量明色材料剝落，試驗(yàn)證明明色材料與其他骨料之間已經(jīng)形成了一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，能夠滿足路面黏結(jié)性的要求。

2.6 明色性能試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出隨著明色材料的摻入，明色鋪裝材料的照度值(逆反射系數(shù))也會隨之增加;但是如果與普通水泥混凝土路面的照度值來比較，大部分明色鋪裝材料都不及普通水泥混凝土路面，只有2組摻入比例高、粒徑大的明色鋪裝材料能超越普通水泥混凝土路面。

從總體效果來看，白色方堅(jiān)石提升照度值的效果要好于廢鋼化玻璃。因?yàn)檎斩扔?jì)接收到的光線主要是通過明色材料的鏡面反射和漫反射而來，廢鋼化玻璃主要是以鏡面反射為主，漫反射為輔;白色方堅(jiān)石主要是以漫反射為主，鏡面反射為輔。筆者所進(jìn)行的試驗(yàn)，照度計(jì)只能接收到很小一個(gè)區(qū)域內(nèi)明色材料反射的光線，由于反射角度的原因，漫反射光線被接收到的機(jī)率要遠(yuǎn)大于鏡面反射，從而導(dǎo)致了白色方堅(jiān)石提升照度值的效果要好于廢鋼化玻璃。

3 結(jié)論

1)明色鋪裝SMA混合料各項(xiàng)路用性能均能滿足現(xiàn)行規(guī)范的技術(shù)要求，路用性能良好。摻入廢鋼化玻璃的混合料的抗?jié)B、抗滑和黏結(jié)性能有一定下降，建議對摻入的粒徑及摻入量嚴(yán)格控制。由于試驗(yàn)材料條件的局限性，摻入白色方堅(jiān)石的混合料的高溫穩(wěn)定性下降明顯。

2)明色材料摻入量與照度值(逆反射系數(shù))成正比，明色路面SMA混合料的照度值均高于普通瀝青混合料;但是仍與普通水泥混凝土路面的照度值有一定差距。

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