開級(jí)配橡膠瀝青混合料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■李劍波 肖 雷

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210022；2.南京航空航天大學(xué)土木工程系，南京 210016)

0 引言

排水降噪瀝青路面可以顯著提高路面服務(wù)水平，在歐美國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用，日本甚至要求高速公路路面無論新修或維修均采用開級(jí)配降噪排水路面[1]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)排水降噪瀝青路面通常采用高粘瀝青，但其昂貴的造價(jià)成為高粘瀝青排水降噪路面技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。橡膠瀝青的60℃粘度可達(dá)20,000Pa·s，能滿足高粘瀝青的技術(shù)要求，而其價(jià)格與常用的SBS改性瀝青接近[2]。良好的性價(jià)比和特殊的環(huán)保意義使橡膠瀝青在排水路面中的應(yīng)用日益得到重視，在美國(guó)已成為用于降噪排水路面的瀝青膠結(jié)料重要類型之一。因此，采用橡膠瀝青為膠結(jié)料，參考排水降噪瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，開展開級(jí)配橡膠瀝青混合料的設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)工作意義重大。

1 工程概況

寧高高速公路是南京市區(qū)連接溧水、高淳兩區(qū)及蘇南、皖南地區(qū)的主要快速通道，是省干線公路網(wǎng)的組成部分，其中連接機(jī)場(chǎng)段有較長(zhǎng)的線路穿越人口稠密地區(qū)。長(zhǎng)期的高負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，寧高高速公路的瀝青路面陸續(xù)出現(xiàn)許多病害問題。結(jié)合路面大中修工程，在寧高高速公路K30處采用開級(jí)配橡膠瀝青混合料罩面技術(shù)，通過大孔隙路面結(jié)構(gòu)來降低路面噪聲對(duì)周邊居民的影響，路面結(jié)構(gòu)采用預(yù)拌碎石 SAMI＋AR-OGFC13S(2.5cm)。

2 開級(jí)配橡膠瀝青混合料設(shè)計(jì)方法

在國(guó)內(nèi)外開級(jí)配抗滑混合料設(shè)計(jì)方法調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合OGFC的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和橡膠瀝青的性能特點(diǎn)，從級(jí)配范圍控制、空隙率控制、試件成型方法和瀝青用量確定等幾個(gè)方面進(jìn)行開級(jí)配抗滑混合料的配合比設(shè)計(jì)[3]。本次工程所用集料為句容茅迪公司石料廠產(chǎn)玄武巖，橡膠瀝青由金邦公司加工生產(chǎn)，外摻劑采用P.O 32.5級(jí)水泥。

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

級(jí)配設(shè)計(jì)是開級(jí)配瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，其基本思路都是通過減少細(xì)料用量(小于2.36mm)獲取較大的空隙率。綜合開級(jí)配橡膠瀝青混合料應(yīng)用較多的美國(guó)加州、德州、佛羅里達(dá)州和亞歷桑那州級(jí)配要求和我省開級(jí)配混合料應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，初步提出橡膠瀝青開級(jí)配混合料級(jí)配范圍。根據(jù)級(jí)配范圍，初選粗、中、細(xì)三個(gè)級(jí)配，采用初試瀝青用量成型試件，根據(jù)目標(biāo)空隙率確定設(shè)計(jì)級(jí)配，并最終確定本工程的合成級(jí)配見表1。

2.2 空隙率要求

開級(jí)配瀝青混合料的路用性能與其空隙率關(guān)系密切。相關(guān)研究表明，開級(jí)配瀝青混合料的排水性能隨空隙率增加而提高，而力學(xué)性能、水穩(wěn)定性、疲勞性能等則隨空隙率增大而降低[4]。美國(guó)加州要求瀝青路面磨耗層OGFC的空隙率大于18%，而德州要求18%～22%，我國(guó)部頒規(guī)范要求為18%～25%。從滿足道路使用性能和防止路面堵塞角度出發(fā)，本工程的設(shè)計(jì)空隙率為22%。

2.3 成型方法

混合料試件采用何種成型方式和標(biāo)準(zhǔn)是配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，美國(guó)亞利桑那州開級(jí)配橡膠瀝青混合料采用靜壓成型方法，而我國(guó)開級(jí)配瀝青混合料大都采用50次馬歇爾擊實(shí)成型的方法[5]。研究表明，75次成型試件得到的空隙率較50次馬歇爾擊實(shí)明顯偏小，與靜壓法得到的空隙率相差近1倍。以50次馬歇爾擊實(shí)成型試件與不采用橡膠瀝青的OGFC混合料空隙率相當(dāng)，且比75次擊實(shí)更接近靜壓法得到的空隙率。而且較少的擊實(shí)次數(shù)，可以顯著減少開級(jí)配混合料粗集料被擊碎的現(xiàn)象，對(duì)原有級(jí)配的影響較小。

2.4 瀝青用量確定

對(duì)于如何確定AR-OGFC瀝青用量，美國(guó)亞歷桑那州提供的經(jīng)驗(yàn)公式具有一定參考價(jià)值。但各國(guó) (地區(qū))的OGFC設(shè)計(jì)方法中，大都以預(yù)估瀝青用量為基準(zhǔn)，通過析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)對(duì)瀝青用量進(jìn)行驗(yàn)證。首先，按±0.5%、±1%變化瀝青用量，分別進(jìn)行析漏試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)；然后，根據(jù)析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)的結(jié)果，以瀝青析漏試驗(yàn)的反彎點(diǎn)作為最大瀝青用量，以試件飛散試驗(yàn)的反彎點(diǎn)作為最少瀝青用量，由此得到瀝青用量的范圍；最后，在此范圍內(nèi)再參照馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果,選擇合適的瀝青用量作為最佳瀝青用量。按此思路確定的AR-OGFC13S瀝青混合料的最佳油石比為8.9%，馬歇爾試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見表2，析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)測(cè)測(cè)試結(jié)果見表3。

表2 AR-OGFC13S馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表3 AR-OGFC13S析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3 開級(jí)配橡膠瀝青路面的應(yīng)用及效果評(píng)定

開級(jí)配橡膠瀝青路面采用橡膠瀝青由70號(hào)道路石油瀝青與橡膠粉高速攪拌制備，70號(hào)道路石油瀝青必須滿足規(guī)范的要求，橡膠粉應(yīng)無鐵絲或其它雜質(zhì)，纖維比例應(yīng)不超過0.5%。在成功進(jìn)行拌和樓試拌的基礎(chǔ)上，先進(jìn)行試驗(yàn)段的施工組織和混合料性能驗(yàn)證，并完善施工工藝和調(diào)整開級(jí)配瀝青混合料的級(jí)配。開級(jí)配橡膠瀝青路面的施工與普通熱瀝青混合料基本一致，但在拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等過程中嚴(yán)格遵守開級(jí)配橡膠瀝青混合料的施工技術(shù)指南[6]。在開級(jí)配橡膠瀝青混合料拌合時(shí)，嚴(yán)格控制集料和橡膠瀝青的溫度，防止橡膠瀝青的過度老化，混合料出廠溫度170℃左右。開級(jí)配瀝青混合料由于具有較大的空隙率，其溫度下降較快，應(yīng)保證運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)的混合料溫度達(dá)到165℃左右，混合料溫度過低會(huì)導(dǎo)致壓實(shí)困難，空隙率偏大，而溫度過高，會(huì)導(dǎo)致空隙率偏小，降低路面的排水降噪性能。開級(jí)配橡膠瀝青混合料的初壓采用HD130壓路機(jī)前靜后振壓實(shí)2遍，復(fù)壓采用DD110壓路機(jī)靜壓2遍。

開級(jí)配橡膠瀝青路面施工完成后，第二天即可對(duì)路面的壓實(shí)度、降噪性能、抗滑性能和滲水性能進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)路面施工技術(shù)指南的要求，每車道200m鉆取一個(gè)芯樣，本路段AR-OGFC13S壓實(shí)度的檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 AR-OGFC13S路面壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

由表4的測(cè)試結(jié)果可知，芯樣的壓實(shí)度平均101%左右，現(xiàn)場(chǎng)空隙率平均21%，與室內(nèi)設(shè)計(jì)空隙率比較接近，說明配合比設(shè)計(jì)時(shí)選用的馬歇爾擊實(shí)次數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)是合適的。

開級(jí)配瀝青路面的重要特點(diǎn)是排水降噪性能優(yōu)越，采用路面滲水儀對(duì)開級(jí)配橡膠瀝青路面的滲水系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，所有測(cè)點(diǎn)的路面滲水系數(shù)在1000ml/min以上，具有良好的排水性能。為衡量開級(jí)配橡膠瀝青路面的降噪性能，對(duì)橡膠瀝青開級(jí)配罩面和未設(shè)罩面的舊路進(jìn)行了噪音測(cè)試。為減少交通狀況波動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，每點(diǎn)測(cè)3次，每次3min。AC16舊路的噪音為83.4分貝，而AR-OGFC13S的噪音為81.2分貝，橡膠瀝青開級(jí)配罩面比AC16舊路噪音平均低2.2分貝，雖然噪音絕對(duì)值降低不多，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)感受二者差異相當(dāng)顯著。

摩擦系數(shù)是衡量瀝青路面抗滑性能的重要指標(biāo)，通常采用擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試。在本路段每200m確定測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀的擺值平均在90以上，遠(yuǎn)超過原AC16瀝青路面的測(cè)試結(jié)果，表明開級(jí)配混合料路面具有更好的抗滑性能。

4 結(jié)束語

通過大量的室內(nèi)和工程試驗(yàn)測(cè)試，采用雙面擊實(shí)50次的方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，能夠滿足開級(jí)配橡膠瀝青混合料的工程應(yīng)用需求，而且采用析漏試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)和馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)確定的混合料最佳瀝青用量也較為合理，按此方法設(shè)計(jì)和施工的寧高高速公路AR-OGFC13S路面具有良好的降噪、排水、抗滑性能，達(dá)到工程預(yù)期目標(biāo)。