薄層罩面瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)

陳淼滎

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511450）

0 引言

隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，我國已建成覆蓋全國各地的公路網(wǎng)，公路建設(shè)逐漸向養(yǎng)護(hù)管理轉(zhuǎn)變。據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，公路養(yǎng)護(hù)里程占公路總里程的99%。在交通荷載或自然環(huán)境影響下，瀝青路面易產(chǎn)生車轍、開裂、坑槽和松散等病害，嚴(yán)重影響路面使用壽命和行車舒適性[2]。針對(duì)不同的路面病害，可采用不同的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，常用的主要包括灌縫技術(shù)、銑刨技術(shù)和薄層罩面加鋪技術(shù)。其中薄層罩面加鋪技術(shù)具有延長路面使用壽命、改善路表整體病害和提高行車舒適性等特點(diǎn)，在路面養(yǎng)護(hù)中得到廣泛應(yīng)用[3-4]。薄層罩面技術(shù)是針對(duì)路面開裂、龜裂、路表松散等情況，在現(xiàn)有道路面層上加鋪一層較薄（通常為30mm厚）的瀝青混合料，整體改善路表性能。我國薄層罩面應(yīng)用研究較晚，2003年引進(jìn)了NovaChip瀝青混合料罩面技術(shù)[5]，薄層罩面技術(shù)的研究應(yīng)用得到了快速發(fā)展。對(duì)薄層罩面技術(shù)的研究集中在組成材料和施工工藝等方面[6-9]。

薄層罩面加鋪后，直接承受行車荷載和環(huán)境因素的影響，因此對(duì)混合料路用性能要求較高，此外，由于瀝青混合料罩面層較薄，要求礦質(zhì)集料公稱最大粒徑不宜過大。不同級(jí)配的瀝青混合料空間結(jié)構(gòu)不同，瀝青混合料路用性能也不同[10]。因此，本研究通過分析具有不同空間結(jié)構(gòu)的薄層瀝青混合料的路用性能，以期為薄層罩面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用提供一定的參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 瀝青

研究所用瀝青為SBS改性瀝青，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）（簡稱《試驗(yàn)規(guī)程》）的規(guī)定測試其性能，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）（簡稱《施工技術(shù)規(guī)范》）的要求。

表1 SBS改性瀝青性能

1.2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

集料和礦質(zhì)填料均為石灰?guī)r加工而成，其性能指標(biāo)均滿足《施工技術(shù)規(guī)范》要求。薄層罩面厚度一般小于30mm，瀝青混合料級(jí)配最大公稱粒徑不宜大于9.5mm。本研究選用AC-10、SMA-10、OGFC-10和NovaChip-B四種瀝青混合料作為研究對(duì)象。礦料級(jí)配如表2所示。

表2 瀝青混合料配合比

研究采用馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，馬歇爾試件尺寸為101mm×63.5mm，雙面各擊實(shí)50次。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得到AC-10、SMA-10、OGFC-10和NovaChip-B瀝青混合料的最佳瀝青用量（OAC）、空隙率（VV）、礦料間隙率（VMA）、瀝青飽和度（VFA）、穩(wěn)定度（MS）及流值（FL）等參數(shù)，如表3所示。

表3 混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2 路用性能試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 高溫穩(wěn)定性

針對(duì)高溫穩(wěn)定性，采用《試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的車轍試驗(yàn)進(jìn)行，試件尺寸為300mm×300mm×50mm（長×寬×高），將車轍板試件置于60℃恒溫箱中保溫5h，采用車轍試驗(yàn)儀在60℃環(huán)境中進(jìn)行車轍試驗(yàn)，輪壓為0.7MPa。以動(dòng)穩(wěn)定度（DS）和車轍深度（RD）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，要求DS＞3000次/mm。由圖1可知，AC-13,SMA-10,OGFC-10和NovaChip-B瀝青混合料每毫米車轍所需輪碾次數(shù)分別為4 374,6 676,6 140和7 054次，均滿足規(guī)范要求，而且四種瀝青混合料的RD值最大僅為2.1mm，說明四種瀝青混合料有較好的高溫穩(wěn)定性。此外，從DS和RD值均可看出，各瀝青混合料高溫穩(wěn)定性由大到小依次為NovaChip-B＞SMA-10＞OGFC-10＞AC-10。NovaChip-B、SMA-10和OGFC-10的DS值較AC-10瀝青混合料分別提高了61.27%、52.63%和40.37%。由于所用的瀝青相同，因此其高溫性能差異的主要原因在于：NovaChip-B、SMA-10混合料為間斷型的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部作用力包含瀝青膠漿與集料間的黏結(jié)力和骨料間的嵌擠力兩部分，在相同外力作用時(shí)，其性能最穩(wěn)定；OGFC-10為開級(jí)配瀝青混合料，瀝青膠漿含量少，主要以骨料嵌擠力為主，而AC-10為密級(jí)配瀝青混合料，主要以瀝青與集料黏結(jié)力為主，并且當(dāng)溫度高于瀝青軟化點(diǎn)時(shí)，瀝青會(huì)逐漸軟化，與集料的黏結(jié)作用降低，因此在高溫條件下以嵌擠力為主的OGFC-10薄層混合料高溫性能優(yōu)于AC-10。

2.2 低溫抗裂性

采用《試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的小梁低溫彎曲試驗(yàn)測試瀝青混合料的低溫抗裂性能。小梁試件尺寸為250mm×30mm×35mm（長×寬×高），采用車轍板切割而成；試驗(yàn)溫度為-10℃；加載速率為50mm/min。以彎拉應(yīng)變?chǔ)藕蛷澢鷦哦饶Ａ縎作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，ε越大，S越小時(shí)，混合料低溫抗裂性能越好。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《施工技術(shù)規(guī)范》的要求，瀝青混合料在冬嚴(yán)寒區(qū)（溫度低于-37℃）的ε值不小于3 000με。由圖2可知，除了OGFC-10，其余混合料均能滿足規(guī)范要求；而OGFC-10彎拉應(yīng)變?yōu)? 637.93με，滿足冬冷區(qū)（-21.5~-9.0℃）不小于2 500με的要求，因此，四種瀝青混合料具有良好的抗裂性能。此外，結(jié)合ε和S，四種瀝青混合料低溫抗裂能力由大到小為NovaChip-B＞SMA-10＞AC-10＞OGFC-10，且NovaChip-B、SMA-10和AC-10瀝青混合料的ε值較OGFC-10分別提高了34.64%、22.88%和17.65%。產(chǎn)生差異的原因是由于各瀝青混合料的空間骨架不同，NovaChip-B和SMA-10為間斷型的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，除了瀝青膠漿與集料間的黏結(jié)力之外還具有骨料間的嵌擠力，AC-10含有較多的細(xì)集料和瀝青，混合料密實(shí)，空隙較小，而OGFC-10瀝青膠漿含量較少同時(shí)具有較大空隙率，因此在相同加載條件下，抗裂性能低。

2.3 水穩(wěn)定性

根據(jù)《試驗(yàn)規(guī)程》，采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)分析瀝青混合料的水穩(wěn)定性，以殘留穩(wěn)定度（MS0，指試件浸水48h后的穩(wěn)定度與標(biāo)準(zhǔn)試樣穩(wěn)定度之比）和凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR，指凍融試件劈裂強(qiáng)度與未凍融試件劈裂強(qiáng)度之比）來表征瀝青混合料的抗水損壞能力。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，OGFC-10混合料的MS0值和TSR值最小，分別為85.49%和80.92%，均滿足《施工技術(shù)規(guī)范》要求，說明四種瀝青混合料具有較好的水穩(wěn)定性。根據(jù)MS0值和TSR值評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性能，則AC-10＞SMA-10＞NovaChip-B＞OGFC-10，且AC-10、SMA-10和NovaChip-B的MS0值和TSR值相比于OGFC-10分別提升了8.8%,6.2%,3.94%和12.5%,9.0%,4.9%。這是因?yàn)锳C-10細(xì)集料含量較多且油石比較大，形成了較為密實(shí)的瀝青混合料結(jié)構(gòu)，空隙率較小；NovaChip-B和SMA-10為間斷型的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，空隙率稍大，而OGFC-10為開級(jí)配瀝青混合料，空隙率最大，無論是在60℃恒溫水浴條件下還是凍融循環(huán)條件下，空隙越大，水滲透性越強(qiáng)，抗水損壞能力越低。

2.4 抗滑性能

采用鋪砂法試驗(yàn)可以較好地測試并區(qū)分不同混合料的表面粗糙程度。構(gòu)造深度是路面抗滑性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，反映了路面紋理深度，構(gòu)造深度越大，路面抗滑性能越好，但構(gòu)造深度太大時(shí)，易導(dǎo)致噪聲增大，路面透水可能性增大，建議構(gòu)造深度不宜大于1.4mm。本研究采用手工鋪砂法，以路面構(gòu)造深度（TD）來表征瀝青混合料的抗滑性能，車轍板尺寸為300mm×300mm×50mm。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，AC-10,SMA-10,OGFC-10和NovaChip-B混合料的TD值分別為0.59mm,0.96mm,1.2mm和1.14mm，均滿足限值不小于0.55mm的要求。說明四種薄層瀝青混合料皆有較好的路面抗滑性能。四種瀝青混合料抗滑性能由大到小為OGFC-10＞NovaChip-B＞SMA-10＞AC-10,OGFC-10,NovaChip-B和SMA-10較AC-10抗滑性能分別提升了88.24%,93.2%和135.3%。這是由于瀝青混合料表觀構(gòu)造不同，開級(jí)配多孔性的OGFC-10瀝青混合料不僅表面具有良好的構(gòu)造深度，而且混合料內(nèi)部由于具有較大空隙保證了內(nèi)部的宏觀構(gòu)造；AC-10混合料細(xì)集料含量較多且油石比較大，結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，空隙率較小，呈現(xiàn)出平整光滑的表面特性，降低了表面抗滑性能。

3 瀝青混合料路用性能對(duì)比

表4對(duì)比了不同級(jí)配瀝青混合料的路用性能。綜合考慮，NovaChip-B瀝青混合料內(nèi)部黏結(jié)力和嵌擠力都比較好，高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能均最好，同時(shí)具有較好的水穩(wěn)定性和抗滑性能，因此建議采用NovaChip-B混合料作為罩面。實(shí)際運(yùn)用中可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、交通條件下所需要的性能要求，參考本表格確定薄層罩面混合料類型。

表4 不同級(jí)配瀝青混合料路用性能對(duì)比

4 結(jié)語

本研究分析了不同級(jí)配薄層罩面瀝青混合料的路用性能。研究發(fā)現(xiàn)瀝青混合料的空間結(jié)構(gòu)分布會(huì)嚴(yán)重影響其路用性能，NovaChip-B和SMA-10混合料屬于間斷型的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部作用力包含瀝青膠漿與集料間的黏結(jié)力和骨料間的嵌擠力兩部分。因此具有更好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，同時(shí)具有良好的抗水損壞能力和抗滑性能；AC-10屬于連續(xù)型骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，空隙率小，表面平整光滑，因此其抗滑性最差，而抗水損壞性能最好；OGFC-10表明粗糙，空隙率大，因此其抗滑性能最好，而抗水損性能最差。綜合考慮，NovaChip-B混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能均最好，同時(shí)也具備良好的抗水損壞性能和抗滑性能，因此，建議可采用NovaChip-B薄層瀝青混合料。