OGFC-10玄武巖纖維高黏型薄層罩面性能研究

李文凱 張波 邵景干 陳紅奎

摘 要：OGFC開級配瀝青混合料因其良好的抗滑及排水性能而被廣泛應(yīng)用到高等級瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程當(dāng)中。本研究將高粘瀝青及玄武巖纖維應(yīng)用到OGFC薄層罩面混合料當(dāng)中來改善瀝青路面的路用性能。通過對不同設(shè)計空隙率OGFC-10薄層罩面混合料相關(guān)路用性能研究得出：隨著設(shè)計空隙率的減小，混合料高溫抗車轍、抗水損害、低溫抗開裂性能均逐漸增強(qiáng)，抗滑及排水性能均逐漸降低，綜合考慮，設(shè)計空隙率為10%的OGFC-10薄層罩面混合料整體路用性能最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：高黏瀝青;礦料級配;超薄磨耗層;油石比;路用性能

中圖分類號：U414 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）7-0091-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.021

Abstract： OGFC open graded asphalt mixture is widely used in high-grade asphalt pavement maintenance engineering because of its good skid resistance and drainage performance. In this study， high viscosity asphalt and basalt fiber are applied to OGFC thin-layer overlay mixture to improve the road performance of asphalt pavement. Through the research on the relevant road performance of OGFC-10 thin-layer overlay mixture with different design void ratio， it is concluded that with the decrease of design void ratio， the high-temperature rutting resistance， water damage resistance and low-temperature cracking resistance of the mixture are gradually enhanced， and the skid resistance and drainage performance are gradually reduced. Comprehensively considered， the overall road performance of OGFC-10 thin-layer overlay mixture with design void ratio of 10% is the best.

Keywords： high viscosity asphalt; aggregate gradation; ultra thin wearing course; oil stone ratio; road performance

0 引言

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，早期通車運(yùn)營的道路在投入運(yùn)營一定年限之后逐漸出現(xiàn)了坑槽、松散、裂縫、車轍及抗滑性能不足等路面病害，其中抗滑性能退化更為突出，嚴(yán)重影響行車安全，增加了交通事故發(fā)生的風(fēng)險。修復(fù)路面病害、改善抗滑能力的方法有多種，主要包括銑刨重鋪、微表處、薄層罩面等施工工藝。其中，銑刨重鋪施工周期較長，銑刨重鋪厚度在4 cm左右，會消耗大量的礦料及瀝青，增加養(yǎng)護(hù)成本，給管養(yǎng)部門帶來較大經(jīng)濟(jì)壓力，同時高等級公路施工過程中，還需封閉交通、占用車道，嚴(yán)重影響行車安全;微表處施工工藝鋪筑厚度在1 cm左右，膠結(jié)材料為改性乳化瀝青，屬于常溫施工，瀝青與礦料之間的黏結(jié)能力較差，短期內(nèi)會改善路面病害，增強(qiáng)路表的抗滑能力，但其使用年限較短，尤其重軸載交通量大的路段，通車一段時候后極易出現(xiàn)松散，起皮、剝落的現(xiàn)象，不利于大面積推廣;熱拌瀝青薄層罩面施工工藝鋪筑厚度在2.5 cm左右，所需原材較少，高黏瀝青混合料之間具有較強(qiáng)的黏結(jié)能力，不僅能夠修復(fù)路表病害、改善抗滑能力，同時還具有較長的使用年限，經(jīng)濟(jì)效果較為顯著。OGFC-10開級配薄層罩面能夠快速改善瀝青路面的抗滑性能，減少路表積水，同時鋪筑厚度較薄，多為2.0～2.5 cm，不僅能修復(fù)路面病害，還有效降低了養(yǎng)護(hù)成本，被廣泛應(yīng)用到高等級瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程當(dāng)中。OGFC-10混合料設(shè)計空隙率一般為18%～25%，較大的孔隙能夠有助于路面積水快速排出路表，同時也能夠吸收輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的噪聲，但混合料內(nèi)部易受到動水壓力的侵蝕作用，影響瀝青膠結(jié)料與礦料之間的黏結(jié)性能，瀝青膠漿極易從骨料之間剝落。為改善OGFC-10薄層罩面混合料黏結(jié)能力差的缺點，選用高黏瀝青及玄武巖纖維對混合料進(jìn)行綜合改性;同時選用10%、16%、22%三種不同的設(shè)計空隙率進(jìn)行礦料級配設(shè)計及相關(guān)路用性能研究，為OGFC-10玄武巖纖維高黏型薄層罩面在道路工程中的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 原材料性能及礦料級配設(shè)計

1.1 瀝青

原材料性能對瀝青路面的服務(wù)水平及使用年限有著重要的影響，其中瀝青種類的選取尤為關(guān)鍵，OGFC屬于開級配瀝青混合料，設(shè)計空隙率一般為18%～25%，較大的內(nèi)部孔隙易導(dǎo)致飛散損失，瀝青膠漿易從骨料之間剝落，因此瀝青須具備較強(qiáng)的黏結(jié)能力。本研究選用許昌金歐特瀝青股份有限公司生產(chǎn)的高黏瀝青進(jìn)行試驗，其主要性能參數(shù)檢測結(jié)果見表1。

1.2 纖維

玄武巖纖維是一種礦物纖維，是由天然玄武巖通過高溫熔融、高速拉絲、表面處理，并按規(guī)定長度剪切而成，其密度一般為2.6～2.8 g/cm3，與常規(guī)粗骨料的密度相當(dāng)，摻入到OGFC-10混合料中能夠均勻分散到礦料之間起到吸附、穩(wěn)定瀝青的效果，同時在礦料之間起到搭橋、加筋的作用，能夠改善大孔隙瀝青路面的路用性能及使用年限。試驗選用的玄武巖纖維由鄭州登電集團(tuán)生產(chǎn)，規(guī)格型號為6～17 mm，其主要技術(shù)參數(shù)檢測參數(shù)均能滿足《公路工程玄武巖纖維及其制品第1部分：玄武巖短切纖維》（JT/T 776.1—2010）中的相關(guān)要求。

1.3 配合比設(shè)計

本研究選用OGFC開級配展開研究，石灰?guī)r碎石粗骨料粒徑分別為3～5 mm、5～10 mm，機(jī)制砂細(xì)骨料粒徑為0～3 mm，填料為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉。為降低OGFC礦料級配的空隙率以保證薄層罩面具有良好的抗飛散能力，試驗選用10%、16%、22%三種設(shè)計空隙率對OGFC-10混合料進(jìn)行礦料級配設(shè)計，設(shè)計結(jié)果見表2。玄武巖纖維的摻量為0.4%（占混合料質(zhì)量），不同設(shè)計空隙率下OGFC-10混合料馬歇爾及析漏、飛散試驗結(jié)果見表3。

2 路用性能

2.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青路面是路表結(jié)構(gòu)層，混合料性能與溫度關(guān)系密切，夏季高溫天氣混合料塑性變大、韌性變小，在車輛重軸載碾壓作用下易發(fā)生塑性變形，泛油、車轍、擁包等路面病害的出現(xiàn)是高溫穩(wěn)定性差的主要表現(xiàn)形式[1-2]。本研究在試驗溫度為60 ℃環(huán)境下，選用室內(nèi)車轍試驗對不同空隙率的OGFC-10混合料開展高溫性能檢測、研究，動穩(wěn)定度檢測結(jié)果見圖1。

分析圖1可知：隨著設(shè)計空隙率的不斷變小，OGFC-10混合料高溫動穩(wěn)定度檢測結(jié)果逐漸變大，當(dāng)設(shè)計空隙率為22%時，試驗結(jié)果最小，但仍能達(dá)到4 846次/mm，遠(yuǎn)大于重交通量路段不低于3 000次/mm的技術(shù)要求，這主要因為0.4%摻量的玄武巖纖維的摻入能夠在混合料內(nèi)部起到吸附、穩(wěn)定瀝青的作用，使得混合料整體穩(wěn)定性能更好，具有更強(qiáng)的高溫抗塑性變形能力，同時合理降低OGFC-10混合料的空隙率，也能夠改善瀝青路面的高溫抗車轍能力。

2.2 水穩(wěn)定性

瀝青路面作為路表結(jié)構(gòu)層，長期受到光照、雨水侵蝕、凍融循環(huán)及車輛軸載等外界因素的長期綜合作用，瀝青逐漸老化，骨料與瀝青之間的黏附能力逐漸降低，瀝青膠漿極易從骨料之間剝落，松散、坑槽等路面病害的出現(xiàn)是瀝青路面水穩(wěn)定性差的主要表現(xiàn)形式[3]。試驗選用浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗對不同空隙率OGFC-10薄層罩面混合料進(jìn)行抗水損害能力研究，檢測結(jié)果分別見圖2、圖3。

分析圖2、圖3可知：隨著設(shè)計空隙率的不斷變小，OGFC-10混合料抗水損害能力逐漸變大，當(dāng)設(shè)計空隙率為22%時，試驗結(jié)果最小，但仍能滿足改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度及殘留強(qiáng)度比分別不小于85%、80%的要求，這主要是因為隨著空隙率的降低，高黏瀝青的用量逐漸增加，同時玄武巖纖維吸附、穩(wěn)定瀝青的作用使得瀝青膠漿在混合料內(nèi)部更加穩(wěn)定，抗水損害剝落能力增強(qiáng)。

2.3 低溫抗裂性

低溫環(huán)境下，瀝青塑性降低、脆性增強(qiáng)，在車輛軸載作用下，當(dāng)瀝青路面內(nèi)部混合料之間的容許拉應(yīng)力低于溫縮應(yīng)力時，混合料就會發(fā)生細(xì)微開裂，這些細(xì)微開裂若不加以處治就會逐漸惡化成塊狀裂縫甚至龜裂等嚴(yán)重病害[4]。在試驗溫度為-10 ℃的環(huán)境下，選用試驗室低溫彎曲試驗對不同空隙率OGFC-10混合料開展低溫性能檢測，檢測結(jié)果見圖4。

由圖4可以得出：隨著設(shè)計空隙率的不斷變小，OGFC-10薄層罩面混合料低溫抗開裂能力逐漸增大，當(dāng)設(shè)計空隙率為22%時，試驗結(jié)果最小，但仍能符合改性混合料彎曲破壞應(yīng)變檢測結(jié)果不小于2 500 με的要求，這主要是因為隨著空隙率的降低，高黏瀝青的用量逐漸增加，礦料之間的黏結(jié)能力增強(qiáng)，同時玄武巖纖維在骨料之間起到搭橋、加筋的作用，使得OGFC-10混合料低溫抗開裂能力增強(qiáng)。

2.4 滲水及抗滑性能

較大的構(gòu)造深度能夠保證瀝青路面的抗滑能力，縮短車輛剎車時的制動距離，減少交通事故發(fā)生的概率;良好的排水能力，能夠使路表積水及時排除，減少雨水對瀝青路面的侵蝕。OGFC-10薄層罩面混合料作為一種路表功能層，需具有良好的抗滑及排水性能[5]。試驗選用構(gòu)造深度、滲水試驗對不同空隙率的OGFC-10混合料開展抗滑及排水性能檢測，檢測結(jié)果分別見圖5、圖6。

由圖5、圖6可以得出：隨著設(shè)計空隙率的不斷變小，OGFC-10混合料抗滑及排水能力不斷下降，當(dāng)設(shè)計空隙率為10%時，試驗結(jié)果最小，但此時OGFC-10薄層罩面混合料仍具有良好的抗滑及排水能力。

3 結(jié)語

隨著設(shè)計空隙率的減小，OGFC-10薄層罩面混合料高溫抗車轍、抗水損害、低溫抗開裂性能均逐漸增強(qiáng)，抗滑及排水性能均逐漸降低，但OGFC-10-10%薄層罩面混合料仍具有良好的抗滑及排水能力。綜合考慮，設(shè)計空隙率為10%的OGFC-10薄層罩面混合料整體路用性能最優(yōu)。

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