一種極薄磨耗層材料設(shè)計及其試驗研究

王朝鋒 劉 雨

（開封大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，河南 開封 475004）

因此，其可以用在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，新建道路表面磨耗層，城市道路快速罩面，隧道路面鋪裝等多種場合下。本試驗在高摩阻薄層罩面材料[1-3]、超薄磨耗層[4-6]等的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實際，提出一種厚度不超過20mm 的極薄磨耗層混合料設(shè)計方案，然后對本方案的幾項路用性能進(jìn)行測試，并將其用于道路養(yǎng)護(hù)的實際工程，以探索一種技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的道路預(yù)防性及常規(guī)養(yǎng)護(hù)的解決方案。

1 道路材料選擇

影響極薄磨耗層路用性能的因素有兩方面：一是原材料的選擇，二是集料的級配設(shè)計。由于極薄磨耗層的厚度所限，對集料的粒徑不能大，同時也要考慮集料的力學(xué)指標(biāo)。對瀝青材料，也要考慮其性能指標(biāo)與集料及混合料路用性能互相影響的問題。

本試驗所用集料為來自新鄉(xiāng)石灰?guī)r集料，因為石灰?guī)r價格便宜，經(jīng)濟性好。礦粉為輝縣市中原鈣粉有限公司產(chǎn)品。瀝青為山東京博石油化工有限公司的A-70 改性瀝青。

1.1 粗、細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

本試驗的極薄磨耗層本身厚度最大為20mm，又是道路表層，這就要求粗集料的指標(biāo)必須滿足耐磨、壓碎、強度等技術(shù)指標(biāo)，以承受車輛荷載的直接作用。洛杉磯磨耗損失指標(biāo)可以反映路面表層材料的耐磨性、耐久性，磨光值主要評價路面抗滑性能。其它粗集料具體技術(shù)要求和試驗結(jié)果見表1，細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)見表2。

表1 粗集料技術(shù)要求和試驗結(jié)果

表2 細(xì)集料技術(shù)要求和試驗結(jié)果

1.2 礦粉指標(biāo)

礦粉對瀝青混合料的性能有重要影響，要求潔凈且干燥。本試驗選用石灰?guī)r礦粉，屬于強基性巖石，憎水性石料。其基本性能如表3 所示。

表3 礦粉技術(shù)要求和試驗結(jié)果

1.3 改性瀝青材料

瀝青性能本身對路面抗滑性能、耐久性能影響較大。本試驗選擇SBS 改性劑對A-70 瀝青改性，改性后的瀝青性能如表4 所示。為提高瀝青與集料之間的黏結(jié)力及混合料的耐久性，在改性瀝青的基礎(chǔ)上，后期再拌合混合料時添加復(fù)配劑，以保證瀝青達(dá)到所需的黏度、軟化點，提高路用性能。

表4 瀝青技術(shù)要求和試驗結(jié)果

2 級配設(shè)計

集料的級配也對混合料的路用性能有很大影響。極薄磨耗層的混合料設(shè)計級配及實測數(shù)據(jù)見表5。從表中數(shù)據(jù)可知，極薄磨耗層為斷級配，公稱最大粒徑均為9.5mm，設(shè)計級配相對偏粗。

表5 極薄磨耗層混合料級配

3 最佳油石比的確定

混合料在拌和時添加了復(fù)配劑，目的是提高混合料的路用性能，對膠結(jié)料瀝青及混合料的性能有所改變。確定最佳油石比采用馬歇爾試驗，按照標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗方法進(jìn)行擊實試驗。擊實結(jié)束后，將試件橫向放置冷卻時間不少于12 h 后脫模。根據(jù)經(jīng)驗，油石比范圍大致在4.5%～6.5%之間，以0.5%為間隔，雙面擊實75 次成型馬歇爾試件，測得各油石比馬歇爾試件性能如表6 所示。

表6 不同油石比下馬歇爾試驗結(jié)果

由表格數(shù)據(jù)可以確定最佳瀝青用量5.1%，對5.1%油石比的混合料進(jìn)行謝倫堡析漏試驗。析漏試驗采用燒杯法。試驗參照J(rèn)TGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進(jìn)行。試驗結(jié)果為0.056%，符合規(guī)范規(guī)定的不超過0.2%的要求。

4 路用性能檢驗

對選定的最佳瀝青用量及配合比混合料，進(jìn)行室內(nèi)試驗檢測其路用性能。先進(jìn)行水穩(wěn)定性試驗，包括真空飽水馬歇爾試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗，考查混合料在水浸條件下，抵抗瀝青膜剝離、松散出現(xiàn)坑槽等水損害能力的大小。然后進(jìn)行高溫性能檢測，即車轍試驗，檢測其再高溫和荷載共同作用下抵抗變形能力的大小。最后再對混合料進(jìn)行肯塔堡分散試驗，即抗磨耗性能試驗，檢測混合料作為路表面集料抵抗脫落和散失能力的大小。試驗結(jié)果見表7。

表7 混合料路用性能試驗結(jié)果

5 結(jié)論

極薄磨耗層礦料級配為開級配，級配相對偏粗，采用改性瀝青，試驗確定最佳油石比為5.1%，拌合時摻加復(fù)配劑?；旌狭系奈雎┰囼灲Y(jié)果表明，數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求。瀝青混合料進(jìn)行路用性能試驗結(jié)果表明瀝青混合料的主要路用性能均滿足設(shè)計要求，為試驗用的極薄磨耗層應(yīng)用于實際工程提供了理論依據(jù)。