新型超粘磨耗層路用性能試驗(yàn)研究

摘要：為了解決常規(guī)冷拌冷鋪磨耗層技術(shù)缺陷，文章以特種改性乳化瀝青和礦料為原料，研究確定了一種新型超粘磨耗層的礦料級(jí)配、最佳含水量、最佳油石比和最佳灑布量等技術(shù)參數(shù)，并通過(guò)鋪筑試驗(yàn)路段驗(yàn)證了該超粘磨耗層的路用性能。研究結(jié)果表明，所開(kāi)發(fā)的新型超粘磨耗層具有良好的路面養(yǎng)護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：特種改性乳化瀝青;超粘磨耗層;路面養(yǎng)護(hù)

0 引言

隨著高速公路運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)和交通量的增加，路面使用性能會(huì)不斷降低。在路面整體性能良好，出現(xiàn)大量病害之前，采取主動(dòng)的預(yù)防性防護(hù)措施能夠以較低的費(fèi)用保持或提高路面使用性能，防止路面性能過(guò)快衰變[1-2]。常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施是對(duì)既有路面加鋪一層磨耗層，填封路面微小裂縫、延緩路面老化速度、提高路面抗滑性能，從而達(dá)到提升路面性能、延長(zhǎng)路面使用壽命、節(jié)約養(yǎng)護(hù)資金的目的。對(duì)于磨耗層的類(lèi)型研究較多，曾夢(mèng)瀾等人[3]曾對(duì)密級(jí)配、半開(kāi)級(jí)配和開(kāi)級(jí)配三種熱拌瀝青混合料磨耗層的抗滑、滲水等路面性能進(jìn)行了試驗(yàn)評(píng)價(jià)。磨耗層采用冷拌冷鋪施工工藝，施工方便，對(duì)集料規(guī)格要求不嚴(yán)格，可以實(shí)現(xiàn)煙氣零排放。然而，傳統(tǒng)的冷拌冷鋪磨耗層存在早期強(qiáng)度較低，水穩(wěn)定性能較差，路面性能衰減快，容易失效等問(wèn)題[4-5]，需要不斷改進(jìn)。黃文通等人[6]應(yīng)用一種具有高軟化點(diǎn)和良好彈性恢復(fù)能力的改性乳化瀝青開(kāi)發(fā)了一種含玻璃纖維的新型磨耗層，試驗(yàn)結(jié)果表明性能優(yōu)良。李寧等人[7]采用高性能的乳化瀝青增強(qiáng)混合料的粘結(jié)性能，改進(jìn)了常規(guī)微表處的技術(shù)缺陷，實(shí)現(xiàn)了良好的路面養(yǎng)護(hù)效果。

本文以特種復(fù)合改性乳化瀝青和常規(guī)礦料為原材料，依據(jù)稀漿材料的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法，通過(guò)一系列室內(nèi)試驗(yàn)研究確定了一種超粘磨耗層混合料的配合比和灑布量等技術(shù)參數(shù)，并鋪筑試驗(yàn)路段對(duì)其路用性能進(jìn)行了跟蹤評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 乳化瀝青

超粘磨耗層粘結(jié)料采用一種具有高黏性、高彈性、高延展性的特種改性乳化瀝青慢裂快凝材料，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合《磨耗層和稀漿封層技術(shù)指南》（JTG/T F40-02-2005）及《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的技術(shù)要求。

1.2 礦料

對(duì)礦料依照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，均滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的技術(shù)要求。

2 技術(shù)參數(shù)與性能

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），對(duì)超粘磨耗層混合料進(jìn)行稠度試驗(yàn)來(lái)確定合適的用水量，利用濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷車(chē)輪粘沙試驗(yàn)確定最佳油石比，利用擺式儀、手工鋪砂法和路面滲水儀確定合適的灑布量。

2.1 礦料級(jí)配

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和指南的要求，采用微表處MS-3型級(jí)配。礦料級(jí)配曲線(xiàn)如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，篩分結(jié)果在各檔礦料中均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，且接近于級(jí)配要求中各粒徑范圍的中值，試驗(yàn)所用礦料級(jí)配較理想。

2.2 最佳用水量

稠度試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果如圖2所示。當(dāng)用水量在4%～6%時(shí)，超粘磨耗層混合料的稠度為2～3 cm，具有適宜的和易性，符合瀝青路面施工規(guī)范。因此，本研究取適宜用水量范圍的中值5%為最佳用水量。

2.3 最佳油石比

2.3.1 濕輪磨耗試驗(yàn)

通過(guò)濕輪磨耗試驗(yàn)檢驗(yàn)成型后材料的配伍性和抗水損害能力，確定超粘磨耗層混合料油石比的下限。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，隨著油石比的增加，磨耗值逐漸減小。按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，1 h的濕輪磨耗值≤540 g/m2，因此磨耗層混合料的油石比應(yīng)>6.0%。

2.3.2 負(fù)荷車(chē)輪粘砂試驗(yàn)

通過(guò)負(fù)荷車(chē)輪粘砂試驗(yàn)來(lái)確定超粘磨耗層混合料中瀝青用量的上限。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可以發(fā)現(xiàn)，隨著油石比的增加，粘附砂量逐漸增大。按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的技術(shù)要求，粘附砂量應(yīng)≤450 g/m2。因此，超粘磨耗層混合料的油石比應(yīng)<7.0%。

綜合分析濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷車(chē)輪粘砂試驗(yàn)的結(jié)果可知，超粘磨耗層混合料油石比的合適范圍為6.0%～7.0%。本研究所選的五個(gè)油石比僅6.5%滿(mǎn)足要求，因此選6.5%為混合料設(shè)計(jì)的最佳油石比。

2.4 最佳灑布量

2.4.1 抗滑性能

由圖3（a）可知，隨著灑布量的增加，超粘磨耗層的構(gòu)造深度逐漸減小。當(dāng)灑布量>0.7 kg/m2時(shí)，超粘磨耗層撒布前后車(chē)轍板的構(gòu)造深度變化幅度趨于穩(wěn)定。由圖3（b）可以看出，灑布后的抗滑擺值均得到了不同程度的提高，隨著灑布量的增加，超粘磨耗層的抗滑擺值先增加后趨于穩(wěn)定，并在>0.7 kg/m2后基本保持不變。

2.4.2 滲水性能

從圖4可以看出，灑布超粘磨耗層后，車(chē)轍試件的防滲性能得到顯著提升。隨著灑布量的增加，超粘磨耗層滲水系數(shù)逐漸減小。灑布量為0.7 kg/m2時(shí)，滲水系數(shù)為零，滿(mǎn)足封水的效果。

綜上分析，超粘磨耗層混合料的灑布量選定為0.7 kg/m2，此時(shí)超粘磨耗層對(duì)抗滑性能顯著下降的原路面的抗滑性能、封水防滲性能均有較大的改善，同時(shí)材料使用較為經(jīng)濟(jì)。

3 試驗(yàn)路性能評(píng)價(jià)

2018年，依托廣西欽崇高速公路鋪筑了2 km的超粘磨耗層試驗(yàn)路并進(jìn)行了連續(xù)的跟蹤測(cè)試，其路用性能指標(biāo)如圖5所示。

由圖5可以看到，在實(shí)施了超粘磨耗層后，試驗(yàn)路段的抗滑性能較處治前（2017年）得到了大幅提升，同時(shí)修復(fù)了路面車(chē)轍病害，改善了路面平整度。在試驗(yàn)路段實(shí)施一年后（2019年），路面的抗滑性能仍然非常優(yōu)良，路面車(chē)轍和平整度也仍然處于優(yōu)良狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）由稠度試驗(yàn)可知，超粘磨耗層混合料在用水量為4%～6%時(shí)，具有較好的施工和易性。

（2）由濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷車(chē)輪粘砂試驗(yàn)可知，超粘磨耗層混合料在油石比為6.5%時(shí)，具有較好的配伍性、粘附性、抗水損害性能。

（3）綜合考慮到瀝青面層的抗滑性能、防滲性能和材料的經(jīng)濟(jì)性，超粘磨耗層混合料灑布量確定為0.7 kg/m2較為適宜。

（4）對(duì)試驗(yàn)路進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明，超粘磨耗層能夠極大地提高路面抗滑性能，同時(shí)可以改善路面車(chē)轍病害。

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作者簡(jiǎn)介：周志剛（1964—），高級(jí)工程師，研究方向：高速公路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)管理。

基金項(xiàng)目：廣西科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（桂科AB17292061）