不同超薄瀝青砼磨耗層路用性能對比研究

何亦偉

(中交一局海外公司,北京 100085)

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不同超薄瀝青砼磨耗層路用性能對比研究

何亦偉

(中交一局海外公司,北京 100085)

摘要:選取AC-13、SMA-13、OGFC-13、NovaChip C 4種超薄瀝青砼磨耗層,在確定超薄瀝青砼磨耗層最佳油石比的基礎(chǔ)上制作試件進行高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗滑性能、滲水性能等路用性能分析;選用SBS改性乳化瀝青作為層間粘結(jié)料,以AC-13混合料模擬原路面,制作復(fù)合試件,測定層間抗剪強度。綜合路用性能與層間抗剪強度,對比分析不同超薄瀝青砼磨耗層路用性能的差異,選取更為合適的超薄磨耗層。

關(guān)鍵詞:公路;超薄磨耗層;路用性能;粘結(jié)層;抗剪強度

超薄磨耗層是一種鋪筑厚度為15～25 mm的熱拌瀝青砼路表層,作為一種可改善行駛質(zhì)量、降低路面噪音、延長路面使用壽命、提高行駛安全性能的有效措施,已逐漸發(fā)展成具有良好前途的高等級公路養(yǎng)護形式。但由于超薄磨耗層位于道路最上層,直接暴露于大氣中,受到光、氧氣和水等自然環(huán)境因素的影響,并在汽車的反復(fù)荷載作用下,路面結(jié)構(gòu)逐漸破壞、其性能逐漸降低,導(dǎo)致最終不能滿足使用條件。

目前,中國路面養(yǎng)護中采用的超薄磨耗層級配類型主要有AC、SMA、OGFC、NovaChip等,不同類型具有不同的優(yōu)點。該文通過對4種不同級配類型超薄磨耗層的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗滑性和滲水性能等路用性能的對比分析,并考慮各超薄磨耗層與模擬下面層AC-13的層間粘結(jié)抗剪性,選擇最為合適的超薄磨耗層,以改善路面使用能力,提高路面使用壽命。

1 試驗原材料及配合比設(shè)計

1.1 原材料

(1)礦料。粗、細(xì)集料均為玄武巖,礦粉采用石灰?guī)r。玄武巖集料產(chǎn)自江蘇,其基本技術(shù)性能見表1。石灰?guī)r產(chǎn)自湖南,密度為2.689 g/cm3。粗、細(xì)集料及礦粉的質(zhì)量指標(biāo)均符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

表1 玄武巖的基本技術(shù)性能

(2)瀝青膠結(jié)料。瀝青質(zhì)量的好壞是制約瀝青路面使用質(zhì)量的主要因素之一。4種超薄磨耗層均選用殼牌公司SBS改性瀝青,其各項技術(shù)指標(biāo)見表2,符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

表2 SBS改性瀝青的檢測結(jié)果

(3)SBS改性乳化瀝青。層間選用SBS改性乳化瀝青,其檢測結(jié)果見表3,滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

表3 改性乳化瀝青的試驗結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計

NovaChip共有3種級配類型,分別為A、B和C型,最大公稱粒徑為別為4.75、9.5、13.2 mm,這里采用C型NovaChip(下文所述NovaChip均為NovaChip C型)。

因采用相同的最大公稱粒徑有利于控制級配對試驗結(jié)果的影響,選用AC-13、SMA-13和OGFC -13。為降低因級配不同造成的路用性能差異,AC -13、SMA-13和OGFC-13統(tǒng)一選用規(guī)范推薦的中值作為試驗級配。4種超薄磨耗層的級配見表4。

NovaChip、AC-13、SMA-13和OGFC-13分別采用旋轉(zhuǎn)壓實法、馬歇爾擊實法、馬歇爾擊實法和析漏與飛散試驗綜合法確定最佳油石比,分別為4.8%、5.0%、5.7%和4.5%,并以最佳油石比制作試件,進行路用性能研究及層間抗剪強度分析。

2 路用性能對比研究

通過車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗、構(gòu)造深度試驗和摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)測定,評價超薄磨耗層的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗滑性能及滲水性能。

2.1 高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗,以動穩(wěn)定度評價4種超薄磨耗層的高溫抗車轍性能,試驗結(jié)果見表5。

從表5可以看出:4種超薄磨耗層的動穩(wěn)定度均遠大于國家標(biāo)準(zhǔn)3 000次/mm的要求,均具有較好的高溫穩(wěn)定性能。其中NovaChip的動穩(wěn)定度值最高,達到9 047.8次/mm,表明NovaChip的高溫穩(wěn)定性最好。

表4 4種超薄磨耗層的級配

表5 4種超薄磨耗層的高溫車轍試驗結(jié)果

2.2 低溫抗裂性

瀝青混合料在低溫下若具有較高的強度、較優(yōu)秀的抗變形能力與應(yīng)力松弛能力,則其低溫抗裂性能表現(xiàn)良好。采用低溫小梁彎曲試驗,試驗溫度為-15℃,測試試件的破壞應(yīng)變和勁度模量等指標(biāo),評價超薄磨耗層的低溫抗裂性,試驗結(jié)果見表6。

表6 4種超薄磨耗層的低溫小梁彎曲試驗結(jié)果

根據(jù)表6,4種超薄磨耗層的破壞應(yīng)變大小為NovaChip＞SMA＞AC＞OGFC,勁度模量大小關(guān)系為OGFC＞AC＞SMA＞NovaChip表明Nova-Chip的低溫性能最好,OGFC的低溫性能最差。

2.3 水穩(wěn)定性

對超薄磨耗層進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗,利用殘留穩(wěn)定度與劈裂強度比評價其水穩(wěn)定性,試驗結(jié)果見表7。

根據(jù)表7,NovaChip的殘留穩(wěn)定度與劈裂強度比在4種超薄磨耗層中都是最高的,表明其水穩(wěn)定性最好,最不易發(fā)生水損。

2.4 抗滑性能

路面的抗滑性能直接關(guān)系到行車安全,是路面使用性能的重要組成,主要通過路面構(gòu)造深度與摩擦系數(shù)來評價。4種超薄磨耗層的構(gòu)造深度與摩擦系數(shù)檢測結(jié)果見表8。

表7 4種超薄磨耗層的浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗結(jié)果　%

表8 4種超薄磨耗層的構(gòu)造深度與摩擦系數(shù)檢測結(jié)果

構(gòu)造深度數(shù)據(jù)表明OGFC-13的抗滑性能最好,雖然NovaChip的構(gòu)造深度不及OGFC-13,但已是AC-13的2倍,并大于SMA-13,這表明NovaChip具有較好的抗滑性能。

摩擦系數(shù)檢測結(jié)果表明NovaChip的摩擦系數(shù)最高,這也說明NovaChip具有良好的抗滑性能。

2.5 滲水性能

水損害是高速公路早期易發(fā)生的病害之一。地表水進入瀝青面層后若不能及時排出,將導(dǎo)致瀝青與集料間粘結(jié)力下降,瀝青膜剝落,直至松散。因此,超薄磨耗層具有良好的排水性能非常重要。采用滲水系數(shù)評價超薄磨耗層的滲水性能,4種超薄磨耗層的檢測數(shù)據(jù)見表9。

從表9可看出:OGFC-13是開級配類型,其滲水性最強;半開級配的NovaChip的滲水系數(shù)是AC -13的9倍多。說明這2種超薄磨耗層具有很好的滲水性,較適合用于多雨地區(qū)。

表9 4種超薄磨耗層的滲水系數(shù)檢測值 m L/min

3 層間抗剪強度對比研究

采用國內(nèi)運用最多的材料試驗系統(tǒng)MTS進行直剪試驗,以試件破壞時的最大抗剪強度作為評價層間抗剪強度的指標(biāo)。復(fù)合試件結(jié)構(gòu)上面層分別為AC-13、SMA-13、OGFC-13和NovaChip,下面層采用密級配的AC-13瀝青砼結(jié)構(gòu),粘結(jié)層采用SBS改性乳化瀝青(灑布量分別為0.6、0.8、1.0、1.2 kg/m2)。每個灑布量制作3個平行試件,在60℃溫度下進行剪切試驗,得到試件破壞時層間最大荷載,并根據(jù)T=F/A轉(zhuǎn)換為層間抗剪強度[T為層間抗剪強度(k Pa);F為最大加載值(k N);A為截面面積(m2)]。試驗結(jié)果見表10。

表10 4種超薄磨耗層的抗剪強度試驗結(jié)果

從表10可知:超薄磨耗層與模擬路面AC-13層間抗剪強度大小排列順序為NovaChip＞SMA-13＞AC-13＞OGFC-13。這是由于NovaChip屬于間斷密實骨架結(jié)構(gòu),具有較高的內(nèi)摩擦阻力,層間不易發(fā)生破壞,因而層間抗剪能力較好;AC-13屬于密實懸浮型結(jié)構(gòu),雖然粘聚力較高但集料間不能形成骨架,內(nèi)摩擦力小,導(dǎo)致層間容易發(fā)生破壞。

4 結(jié)論

(1)4種超薄磨耗層均具有良好的抗車轍能力,其中NovaChip的高溫穩(wěn)定性更好。

(2)NovaChip具有良好的低溫抗裂性能,而OGFC的低溫抗裂性能最差。

(3)4種超薄磨耗層的殘留穩(wěn)定度及劈裂強度比都大于規(guī)范要求的80%,其中NovaChip的表現(xiàn)更好。

(4)OGFC-13的抗滑性能最好,雖然Nova-Chip的構(gòu)造深度不及OGFC-13,但已是AC-13 的2倍,并大于SMA-13,表明NovaChip具有較好的抗滑性能。NovaChip的摩擦系數(shù)最高,這也說明其具有良好的抗滑性能。

(5)NovaChip與OGFC-13具有很好的滲水性,較適合用于多雨地區(qū)。

(6)超薄磨耗層類型對層間剪切強度有影響,采用NovaChip結(jié)構(gòu)時層間抗剪能力最好,OGFC-13最差。

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收稿日期:2015-10-08

中圖分類號:U418.6

文獻標(biāo)志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0134-04