超薄磨耗層高粘瀝青混合料路用性能研究

顧銘

摘要 采用高粘瀝青拌和的超薄磨耗層能夠大幅提高表面功能下降的瀝青路面的抗滑性能。但由于超薄磨耗層受外界行車和氣候環(huán)境的影響容易出現(xiàn)松散、剝落、掉?，F(xiàn)象。文章選定了超薄磨耗層級配類型，通過旋轉(zhuǎn)壓實法設(shè)計TPS高粘瀝青、YS4303高粘瀝青、D6302高粘瀝青、KT1301高粘瀝青和普通SBS改性瀝青和Novachip B級配成型超薄磨耗層，成型了超薄磨耗層+AC-16混合料復合車轍板試件，研究了超薄磨耗層的抗滑性能和透水性能。

關(guān)鍵詞 超薄磨耗層;高粘瀝青混合料;路用性能

中圖分類號 U418.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0044-03

0 引言

由于超薄磨耗層混合料孔隙率以及連通孔隙結(jié)構(gòu)的特殊性，其在服役過程中受汽車荷載、雨水以及紫外線輻射等外部環(huán)境因素的作用下更加顯著[1]。新筑的高粘瀝青超薄磨耗層很容易出現(xiàn)被進一步壓實導致的空隙率減小和連通孔隙封閉，以及由于集料顆粒之間的點接觸狀態(tài)導致的松散和掉?，F(xiàn)象，導致超薄磨耗層的使用性能和服役壽命大幅度降低[2]。不同于密實型的瀝青混合料中不同級配集料與瀝青之間的面接觸形式，超薄磨耗層集料之間的粘結(jié)狀態(tài)為通過高粘瀝青粘結(jié)形成的點接觸，超薄磨耗層路面的耐久性主要由其中的高粘瀝青的性能決定，高粘瀝青的高、低溫蠕變特性，黏聚力以及內(nèi)聚力等均是影響超薄磨耗層性能的主要因素。因此，該文圍繞高性能、高粘度瀝青開展研究，研究中TPS高粘瀝青、YS高粘瀝青、D以及KT高粘瀝青分別成型超薄磨耗層混合料并其進行熱氧老化，分析路用性能及排水性能，優(yōu)選性能良好的高粘瀝青混合料。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

該文選用TPS高粘瀝青、YS4303高粘瀝青、D6302以及KT1301高粘瀝青制備超薄磨耗層瀝青混合料進行試驗。4種瀝青基本技術(shù)指標如表1所示。

超薄磨耗層瀝青混合料的強度來源于不同粒徑的集料構(gòu)成了的骨架，集料的粒徑、棱角性、耐磨性乃至表面紋理構(gòu)造都對超薄磨耗層瀝青混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及路用性能有顯著的影響[3]。超薄磨耗層一般厚度為2 cm左右，集料最大公稱粒徑為9.5 mm。超薄磨耗層作為一種骨架空隙結(jié)構(gòu)，需要大量性能優(yōu)良的粗集料來形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，因此，粒徑大于4.75 mm的粗集料用量較多。為確保超薄磨耗層的路用性能（抗滑性能和降噪性能）和排水性能，超薄磨耗層混合料在設(shè)計中需要盡量減少2.36～4.75 mm粒徑的顆粒集料的用量，且0.075～0.23 mm粒徑細集料的用量也較普通的瀝青混合料少。為了確保瀝青對集料的裹覆和粘結(jié)性能，超薄磨耗層混合料的需要較多的石灰石礦粉。所用集料的各項性質(zhì)符合規(guī)范規(guī)定，如表2所示;礦粉采用石灰?guī)r磨細，其基本技術(shù)指標如表3所示。

目前常用于超薄磨耗層的混合料結(jié)構(gòu)形式主要有SMA-10、AC-10、SAC-10、Novachip以及OGFC-10等，一般而言，AC-10高溫穩(wěn)定性好，但構(gòu)造深度低，抗滑性能也較差;OGFC-10超薄磨耗層的滲水、抗滑性能最好，但是耐久性差，SMA-10超薄磨耗層抗滑性能較好，透水性能較差;SAC-10超薄磨耗層則存在抗滑性能好而施工和易性差等特點;Novachip則綜合了OGFC和SMA的優(yōu)點，具有抗滑性能好、層間剪切強度高且耐久性好等特點，因此該文采用Novachip-B級配，混合料級配曲線如圖1。

1.2 超薄磨耗層瀝青混合料配合比設(shè)計

超薄磨耗層混合料油石比依據(jù)相關(guān)規(guī)范進行確定，初定最佳油石比為5.2%，設(shè)計空隙率為10%，采用五個高粘瀝青用量，分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%和6.0%，試件的成型方式采用旋轉(zhuǎn)壓實。

鑒于高粘瀝青粘度較一般的改性瀝青更加高，該文采用的拌和溫度為170 ℃，壓實溫度為165 ℃，壓實次數(shù)為100次。成型的試件鉆芯后對其體積指標進行測試，體積指標如表4所示。研究這幾個指標隨油石比的變化，確定最終的超薄磨耗層油石比。

由表4確定的超薄磨耗層瀝青混合料的最佳油石比為5.3，此時混合料的空隙率為10%，滿足目標孔隙率要求。

1.3 超薄磨耗層瀝青混合料成型

超薄磨耗層的成型選用 5 cm 厚復合車轍板試件，其中車轍板分為上面層和下面層兩個層面，下面層厚3 cm、上面層厚2 cm，成型AC-16+NovachipB復合結(jié)構(gòu)車轍板試件。在上面層成型完成并冷卻24 h后，需要涂刷粘層材料，粘層材料為高粘SBS改性乳化瀝青，灑布量為0.7 L/m2。

2 超薄磨耗層性能評價

將超薄磨耗層視為功能層而非結(jié)構(gòu)層，由于其主要作用是抗滑、降噪和排水，并不參與力學計算。因此，該文對TPS高粘瀝青、YS4303高粘瀝青、D6302高粘瀝青以及KT1301高粘瀝青超薄磨耗層混合料的評價主要是基于其抗滑和排水性能，并與普通的SBS改性瀝青超薄磨耗層進行對比，從中選取一種最適用于超薄磨耗層的高粘瀝青。

2.1 超薄磨耗層抗滑性能

2.1.1 摩擦系數(shù)

摩擦系數(shù)用來表征超薄磨耗層的抗滑性，采用的方法為：《公路路基路面現(xiàn)成測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中擺式摩擦系數(shù)法。具體試驗過程為：將擺式摩擦儀置于被測車轍板上，擺式儀上的擺錘向下放置，使擺錘上的橡皮擦在超薄磨耗層表面擦過12.6 cm。記錄試驗溫度，并依據(jù)規(guī)范修正值將當時溫度測試所得摩擦系數(shù)值換算為20 ℃摩擦系數(shù)值（表5）。

從表5可以看出，盡管采用相同的混合料級配，由于瀝青性能導致的超薄磨耗層摩擦系數(shù)檢測結(jié)果存在顯著的差異。YS4303高粘瀝青超薄磨耗層摩擦系數(shù)較小，而D6302、KT1301以及TPS高粘瀝青超薄磨耗層的摩擦系數(shù)均較大，尤其是其中的TPS高粘瀝青超薄磨耗層和KT1301超薄磨耗層。級配相同而膠結(jié)料不同的超薄磨耗層瀝青混合料呈現(xiàn)出不同的摩擦系數(shù)，其原因一方面在于不同的瀝青結(jié)合料在高溫條件下的粘度差異導致混合料的壓實效果不同，當瀝青結(jié)合料粘度較低時，高溫下呈流淌狀態(tài)，無法有效地裹覆集料顆粒;而過高的瀝青結(jié)合料粘度則會導致壓實困難。該文選用五種瀝青結(jié)合料，普通SBS改性瀝青超薄磨耗層摩擦系數(shù)遠小于其余四種高粘瀝青超薄磨耗層，其原因在于普通SBS改性瀝青的粘度遠小于高粘瀝青，施工溫度較高的情況下，很容易出現(xiàn)流淌現(xiàn)象，表現(xiàn)為壓實瀝青混合料的空隙率較低且表面紋理性差;而過高的瀝青結(jié)合料粘度則會導致壓實困難，表現(xiàn)為混合料的壓實效果較差，無法達到目標空隙率。

2.1.2 構(gòu)造深度

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》測定路面構(gòu)造深度試驗方法，采用摩擦系數(shù)分析超薄磨耗層抗滑性能的同時，采用手工鋪沙法，將桶中細沙緩慢倒在超薄磨耗層混合料車轍板上，使用專用刮砂板將標準砂均勻的攤鋪成圓形，測量圓形直徑。并按照規(guī)范要求計算測試層構(gòu)造深度，試驗結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，四種高粘瀝青中，TPS高粘瀝青和KT1301高粘瀝青超薄磨耗層的表面構(gòu)造深度最大，而YS4303和D6302高粘瀝青超薄磨耗層的構(gòu)造深度略小于TPS高粘瀝青和KT1301高粘瀝青超薄磨耗。采用的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)法表征不同瀝青混合料的抗滑性能時，排序結(jié)果完全相同，兩者具有很好的一致性。

2.2 超薄磨耗層排水性能

排水性能測試滲水系數(shù)，測試前先采用橡膠密封材料將超薄磨耗層車轍板與滲水儀之間的間隙密封，根據(jù)滲水量與滲水時間的關(guān)系，確定超薄磨耗層的滲水系數(shù)，得到五種瀝青結(jié)合料超薄磨耗層的滲水系數(shù)，如表7所示。

分析表7可以看出，TPS、YS4303、D6302、KT1301幾種高粘瀝青、普通SBS改性瀝青超薄磨耗層的滲水系數(shù)均大于90 mL·min-1，其中TPS和KT1301滲水系數(shù)最大， SBS超薄磨耗層的滲水系數(shù)最小，可見采用高粘瀝青成型的超薄磨耗層滲水性能優(yōu)于普通SBS改性瀝青超薄磨耗層。而TPS、YS4303、D6302、KT1301高粘瀝青超薄磨耗層的滲水系數(shù)均在94.8～98.5 mL·min-1之間，其中最大值與最小值的差值不大于5%。該文參考Novachip級配成型的超薄磨耗層孔隙率約為10%，成型超薄磨耗層中連通孔隙較多，具有較好的透水性能。

3 結(jié)論

（1）對五種瀝青結(jié)合料的超薄磨耗層而言，SBS改性瀝青超薄磨耗層的摩擦系數(shù)最小，YS4303高粘瀝青超薄磨耗層摩擦系數(shù)也較小，而D6302、KT1301以及TPS高粘瀝青超薄磨耗層的摩擦系數(shù)均較大，尤其是其中的TPS高粘瀝青超薄磨耗層和KT1301超薄磨耗層。

（2）TPS、YS4303、D6302、KT1301高粘瀝青以及普通SBS改性瀝青超薄磨耗層的構(gòu)造深度均超過了0.90 mm，其抗滑性能良好，所有瀝青結(jié)合的抗滑性能評價所采用的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)的排序結(jié)果完全相同，兩者具有很好的一致性。

（3）高粘瀝青成型的超薄磨耗層滲水性能優(yōu)于普通SBS改性瀝青超薄磨耗層，且TPS、YS4303、D6302、KT1301高粘瀝青超薄磨耗層的滲水系數(shù)均在94.8～

98.5 mL·min-1之間，其中最大值與最小值的差值不大于5%。

參考文獻

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[2]常逢奇. 超薄磨耗層用高粘瀝青性能研究[D]. 西安：長安大學， 2020.

[3]吳建強. 超薄磨耗層在高速公路養(yǎng)護中的應用[J]. 交通世界， 2022（Z1）： 179-180.