基于剛性路面的瀝青薄層罩面性能研究

郭玉龍　同浩

摘要：文章采用骨架密實型級配和高彈改性瀝青成型瀝青混合料，測試馬歇爾指標、高溫性能、低溫性能，并記錄分析現(xiàn)場不同施工工藝對路面壓實效果的影響。研究表明：采用輝綠巖作為粗骨料成型的瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性和高、低溫性能，摻入纖維可以提高混合料的路用性能;瀝青混合料的水穩(wěn)定性與體積指標有相關性，在不同水穩(wěn)定性測試方法下的變化規(guī)律不一致;級配和碾壓方法對混合料的壓實效果影響顯著，適當提高0～3 mm礦料摻量，使用膠輪進行初壓能夠有效提升剛性基礎上的瀝青薄層罩面壓實度。

關鍵詞：預防性養(yǎng)護;瀝青混合料;超薄罩面;路用性能;壓實特性

中國分類號：U416.222文章標識碼：A070254

0 引言

預防性養(yǎng)護在道路服役期內(nèi)作為保障道路正常通行、提高服務質(zhì)量的首要措施，已經(jīng)成為公路建養(yǎng)的重要內(nèi)容。路面養(yǎng)護設計和施工技術規(guī)范、規(guī)程是指導道路路面養(yǎng)護設計的依據(jù)[1-3]，隨著新材料和新技術不斷在道路養(yǎng)護施工中被使用，調(diào)查和分析實體養(yǎng)護工程的施工經(jīng)驗對開展養(yǎng)護設計和施工具有指導意義[4]。

三柳高速公路位于廣西境內(nèi)，2017年建成通車，雙向四車道，全長168.7 km，設計時速為100 km/h，路面結(jié)構(gòu)為30 cm水泥混凝土+3 cm橡膠瀝青混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石+18 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+20 cm級配碎石。經(jīng)過三年運營，道路抗滑性能和平整度出現(xiàn)衰變，路面板塊出現(xiàn)開裂、脫空、破碎等病害，路基整體情況良好。本次對該道路采用瀝青混合料進行加鋪是該路面首次全線路的預防性養(yǎng)護，本文依托2020年10月開展的K56+840～K62+084預防性養(yǎng)護試驗段，對水泥路面加鋪瀝青混凝土超薄罩面的配合比設計與壓實工藝進行分析。

1 原材料

超薄罩面使用高彈改性瀝青為膠結(jié)料，粗集料和細集料選用廣西當?shù)氐妮x綠巖，填料為石灰?guī)r礦粉，相關技術指標見下頁表1～3。

2 級配與性能研究

2.1 配合比設計

本次試驗路段設計了三種級配，級配曲線如圖1所示。其中Ⅰ#級配公稱最大粒徑為13.2 mm，Ⅱ#級配為9.5 mm，Ⅲ#級配為7.2 mm，此外還在Ⅲ#級配基礎上摻加0.3%聚酯纖維，形成了四種瀝青混合料。三種級配均為骨架密實型級配，其中Ⅲ#級配在生產(chǎn)過程中加設了9 mm篩孔，粗集料粒徑更為集中。

對上述四種瀝青混合料進行配合比設計，測試最佳油石比下的性能指標如表4所示，瀝青混合料的各項性能指標均能滿足規(guī)范要求。

2.2 水穩(wěn)定性

采用凍融劈裂實驗與浸水馬歇爾試驗對四種瀝青混合料的水穩(wěn)定性進行測試，試驗結(jié)果如表5所示。

在兩種試驗方法下的四種瀝青混合料水穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，殘留穩(wěn)定度由大到小為：Ⅰ#級配>Ⅱ#級配>Ⅲ#級配>Ⅲ#級配+纖維，凍融劈裂強度比由大到小為：Ⅰ#級配>Ⅲ#級配+纖維>Ⅲ#級配>Ⅱ#級配。由此可知，Ⅰ#級配的水穩(wěn)定性最好。由于試驗方法不同，瀝青混合料的水穩(wěn)定性評價存在較大差異，當采用凍融劈裂實驗評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性時，Ⅲ#級配與Ⅲ#級配+纖維也具有較好的水穩(wěn)定性。文獻[5～6]研究認為瀝青混合料的體積指標對水穩(wěn)定性有顯著影響，本研究將四種瀝青混合料的水穩(wěn)定性指標與VV、VMA、VFA進行分析，如圖2、圖3所示。殘留穩(wěn)定度與VV和VMA相關性較為顯著，均隨VV和VMA的減小而增大，隨VFA呈先增大后減小的變化趨勢;凍融劈裂強度比與VV、VFA無明顯相關性，隨VMA的增大呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢。

2.3 路面壓實特性

瀝青混凝土加鋪層與水泥路面剛度差異較大，為使加鋪層形成良好的壓實效果，在試驗段攤鋪碾壓過程中調(diào)整壓實功和壓實機具。記錄氣溫（數(shù)據(jù)來源于中國天氣網(wǎng)）、出料溫度、攤鋪碾壓方式，施工完成后對路面進行檢測，如表6所示。

根據(jù)表6可知，碾壓方式和級配對壓實效果影響較大，本項目在選擇初壓方式時，設置了膠輪、鋼輪靜壓、鋼輪振動三種方法。碾壓效果顯示，采用膠輪碾壓能夠顯著提高路面的密實程度，但可能出現(xiàn)提漿過多造成路面泛油現(xiàn)象。根據(jù)配合比可知，三種級配中壓實度最大的是Ⅱ#，該級配4.75 mm通過率為40.5%，根據(jù)顆粒堆積理論，具有較多的細集料能夠?qū)崿F(xiàn)更好的空隙填充效果[7]。Ⅲ#級配摻加纖維后也具有較大的壓實度，但依然小于Ⅱ#級配。該級配生產(chǎn)時在拌和樓熱篩發(fā)系統(tǒng)中加設9 mm篩孔，導致粗集料粒徑更加集中，粗骨料間骨架特征更加顯著，需要較多的細集料填充[7-8]。此外，過多的粗集料在壓實過程中容易形成骨架支撐，壓實功分布不均勻，細集料對礦料骨架難以形成良好嵌擠和填充。

滲水系數(shù)測試為多個斷面測試結(jié)果的平均值，表6的五種方案的滲水系數(shù)具有較大差異，其中Ⅱ#級配滲水系數(shù)較小，當采用膠輪進行初壓時，其滲水系數(shù)進一步減小，說明膠輪的揉搓效果有利于集料在剛性基礎上的擠壓密實。

采用橫向力檢測車測試路面的抗滑性能，Ⅱ#級配低于Ⅲ#級配，其主要原因是Ⅲ#級配粗集料趨近于單一粒級，且含量高于Ⅱ#級配，骨架特征更加顯著。對比不同壓實方式的路面抗滑性能，結(jié)果顯示，改變壓路機進行初壓對路面橫向力系數(shù)影響較小。

3 結(jié)語

（1）采用高彈改性瀝青和輝綠巖成型的骨架密實型瀝青混合料路用性能均能滿足規(guī)范要求，提高骨架嵌擠程度和摻加纖維可以提高瀝青混合料的高、低溫性能。

（2）不同的試驗方法對瀝青混合料水穩(wěn)定性的評價具有差異性，凍融劈裂試驗的劈裂強度比在數(shù)值上低于浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度，瀝青混合料的水穩(wěn)定性與體積指標具有相關性。

（3）骨架密實型瀝青混凝土薄層罩面在水泥路面上能夠?qū)崿F(xiàn)良好的壓實度，級配與碾壓方法對壓實效果具有較大影響，使用膠輪進行初壓和提高粉料比例有利于提高壓實度。

（4）薄層罩面滲水系數(shù)較大，其原因是水泥路面剛度大，在攤鋪、碾壓瀝青混合料時，加鋪層骨料無法與水泥路面產(chǎn)生擠壓密實作用，層間界面明顯，路面橫向連通空隙率較大。采用膠輪進行初壓時，能夠減小滲水系數(shù)，說明膠輪的揉搓效果有利于集料在剛性基礎上的擠壓密實。

參考文獻：

[1]JTG 5142-2019，公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范[S].

[2]JTG 5421-2018，公路瀝青路面養(yǎng)護設計規(guī)范[S].

[3]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

[4]劉 克，徐 福，楊 波，等.運營22年貴清一級公路路面維修特點研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2015，34（5）：69-74，94.

[5]王家舒，高 英.瀝青混合料體積指標對路用性能的影響[J].江蘇大學學報（自然科學版），2018，39（5）：604-610.

[6]徐慧寧.體積指標對瀝青混合料路用性能的影響[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2007.

[7]譚憶秋，邢 超，任俊達，等.基于顆粒堆積理論的瀝青混合料細觀結(jié)構(gòu)特性研究[J].中國公路學報，2017，30（7）：1-8.

[8]邢 超.瀝青混合料骨架填充體系細觀結(jié)構(gòu)及應力應變傳遞機制研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2018.

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