高速公路罩面工程排水性瀝青混合料的配合比設(shè)計

■孫賦成，陳 鋒 ■．江蘇寧靖鹽高速公路有限公司，江蘇 泰州 5500;．南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 006

1 工程概況

江蘇鹽靖高速公路南起靖江市境內(nèi)的寧通高速公路與錫澄高速公路，北起鹽城市新興鎮(zhèn)境內(nèi)的204國道，是江蘇“四縱四橫四連”干線公路的重要組成部分。由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，路面服務(wù)年限超過10年，瀝青路面出現(xiàn)了較多的病害，嚴(yán)重影響了路面的行車安全。為此，需要對該道路部分破碎嚴(yán)重的路面進(jìn)行大修，本工程針對K78+740～K85+488和K102+508～K97+200兩段瀝青路面破碎的實(shí)際情況，提出采用PAC-13排水性瀝青混合料對行車道進(jìn)行罩面的修補(bǔ)方案，罩面厚度4cm，應(yīng)急停車帶漸變到邊沿2．5cm。為保證工程的施工質(zhì)量，需采用性能優(yōu)良的排水性瀝青混合料，需進(jìn)行不同配合比排水性瀝青混合料的性能對比，從而選擇合適的配合比。

2 排水性瀝青路面原材料的選擇

原材料選擇是排水性瀝青混合料質(zhì)量的基礎(chǔ)，是保證排水性瀝青路面具有良好的耐久性、抗滑和排水功能的前提［1］。相比普通密級配瀝青混合料，排水性瀝青混合料的空隙率較大，其受日光、空氣和水等環(huán)境因素的影響也較大，需采用優(yōu)質(zhì)骨料、高粘度改性瀝青、優(yōu)質(zhì)礦粉及適當(dāng)?shù)奶砑觿?］。本工程中，高粘度改性瀝青通過在基質(zhì)瀝青或改性瀝青中添加高粘度添加劑的方法制備，采用北京中路高科生產(chǎn)的HVA高粘度添加劑與鎮(zhèn)江天諾生產(chǎn)的SBS改性瀝青進(jìn)行復(fù)合改性方案。粗集料采用浙江茅迪生產(chǎn)的玄武巖粗集料，細(xì)集料采用瑞豐來安生產(chǎn)的0～2．36mm玄武巖機(jī)制砂，填料采用遠(yuǎn)東水泥廠生產(chǎn)石灰?guī)r礦粉，纖維采用北京科路泰生產(chǎn)的聚酯纖維(摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0．05%)。為確定排水性瀝青路面的配合比，需在實(shí)驗(yàn)室制備高粘度改性瀝青［3］。首先，將基質(zhì)瀝青加熱到約180℃(基質(zhì)瀝青為普通瀝青時)或190℃(基質(zhì)瀝青為改性瀝青時)。然后，加入設(shè)計摻量的高粘度添加劑，用玻璃棒攪拌均勻;然后，將試樣杯放到高速剪切機(jī)下，調(diào)整轉(zhuǎn)速到5000轉(zhuǎn)/min，持續(xù)剪切10min，整個過程溫度控制在180～190℃之間(改性瀝青溫度適當(dāng)提高5～10℃)。最后，關(guān)閉剪切機(jī)，將改性瀝青放入180℃烘箱中發(fā)育20min，即可取樣進(jìn)行各種試驗(yàn)。

3 礦料級配及最佳油石比確定

3．1 級配

根據(jù)集料加工工藝和集料組成特點(diǎn)，在進(jìn)行排水性瀝青路面配合比設(shè)計時，首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選三組不同粗細(xì)的礦料級配(A級配、B級配和C級配)進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)，根據(jù)這三組數(shù)據(jù)的結(jié)果對原級配進(jìn)行修正，得出新的三組不同粗細(xì)的礦料級(D級配較粗、E級配和F級配較細(xì))，以這三組級配為本次目標(biāo)配合比設(shè)計的方案，并通過驗(yàn)證體積指標(biāo)和路用性能指標(biāo)對三組級配方案進(jìn)行優(yōu)化［4］。

3．2 最佳油石比確定

配合比試驗(yàn)高粘度改性瀝青方案采用“92%的SBS改性瀝青+8%的HVA高粘度添加劑”，摻加0．1%的聚酯纖維。對三組級配分別以3．8%、4．3% 、4．8%、5．3%、5．8% 五組油石比進(jìn)行析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)，通過瀝青混合料謝倫堡析漏損失曲線圖中的拐點(diǎn)作為最大油石比，飛散試驗(yàn)曲線圖中的拐點(diǎn)作為最小油石比，參考析漏損失率的絕對指標(biāo)，結(jié)合鹽靖高速公路的地理位置、環(huán)境及PAC-13排水降噪瀝青路面上面層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別確定D級配的最佳油石比為4．8%(如圖1)，E級配最佳油石比確定為4．7%，F(xiàn)級配最佳油石比確定為4．8%。

假設(shè)三組排水性瀝青混合料的路用性能均能滿足要求，考慮到排水性瀝青路面的空隙率和高溫穩(wěn)定性，應(yīng)優(yōu)先選用級配較粗的排水性瀝青混合料。由圖1可知，D級配析漏損失拐點(diǎn)4．7%，析漏損失率的絕對指標(biāo)偏小。因此，工程應(yīng)用中擬將D級配目標(biāo)配合比的最佳油石比確定為5．0%，再通過路用性能試驗(yàn)進(jìn)行具體驗(yàn)證。

圖1 油石比分析圖

4 排水性瀝青混合料的性能檢驗(yàn)

為對比D級配、E級配、F級配和增加瀝青用量的改進(jìn)型D級配排水性瀝青混合料的路用性能，按照各自確定的瀝青用量成型馬歇爾試件、車轍板試件進(jìn)行各項路用性能測試［5］。對于排水性瀝青混合料，主要測試項目包括析漏損失、飛散損失、馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比、動穩(wěn)定度、低溫最大彎拉應(yīng)變、滲水系數(shù)等指標(biāo)，其中飛散損失、馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比、滲水系數(shù)等采用馬歇爾試件測試，動穩(wěn)定度采用車轍板試件測試，低溫最大彎拉應(yīng)變采用車轍試驗(yàn)后的車轍板切割的梁式試件進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表1。

表1 瀝青混合料性能檢驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，四種排水性瀝青混合料的穩(wěn)定度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、析漏試驗(yàn)損失率、飛散試驗(yàn)損失率、浸水飛散試驗(yàn)損失率、動穩(wěn)定度、低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變和滲透系數(shù)等性能指標(biāo)參數(shù)均能滿足《江蘇省鹽靖高速公路2014年排水路面專項治理工程方案設(shè)計》的技術(shù)指標(biāo)要求，D級配的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度不合格，E級配的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強(qiáng)度比兩個指標(biāo)均不合格，而F級配和D級配(改進(jìn))的各項性能指標(biāo)均合格。但對比F級配和D級配(改進(jìn))的各項路用性能指標(biāo)，與排水性瀝青路面密切相關(guān)的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗飛散等指標(biāo)D級配(改進(jìn))均具有較大的優(yōu)勢。因此，就本工程而言，從排水性瀝青路面的性能和工程實(shí)際情況來看，最終確定D級配(改進(jìn))的方案為最優(yōu)方案。

5 結(jié)論

排水性瀝青路面作為世界上主流的功能性路面結(jié)構(gòu)形式之一，在歐洲等發(fā)達(dá)國家得到較多的應(yīng)用。排水性瀝青混合料的配合比設(shè)計主要是通過析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)來確定不同級配瀝青混合料的最佳瀝青用量，并對最佳瀝青用量下的排水性瀝青混合料的性能進(jìn)行測試分析，從而優(yōu)選出符合工程實(shí)際情況的瀝青用量。本文以此思路，進(jìn)行了江蘇鹽靖高速公路大修工程排水性瀝青混合料的配合比設(shè)計，確定目標(biāo)配合比，測試其路用性能，得出D級配(改進(jìn))的方案為最優(yōu)方案，各項性能指標(biāo)均能滿足工程技術(shù)要求。

［1］馮韜．淺析OGFC開級配排水路面及其運(yùn)用前景［J］．城市道橋與防洪，2012(5):62-63．

［2］龔共龍，張瀟雨．大孔隙排水路面混合料空隙率的影響因素［J］．江西建材，2014(6):12-13．

［3］仕峰，馬慶豐，李劍新．排水路面用高粘度改性瀝青的研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］．石油瀝．青，2012，26(1):1-7．

［4］周長學(xué)．排水性瀝青路面在道路工程中的應(yīng)用［J］．交通世界(建養(yǎng)機(jī)械)，2012(9):257-259．

［5］文旭卿，唐國奇，郭燕．永武高速公路排水降噪瀝青混合料的配合比設(shè)計及應(yīng)用［J］．公路與汽運(yùn)，2013(3):90-93．