抗滑表層瀝青混合料組成分析及漢堡車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)

易先鴻，趙承偉，黃健洪

(1.廣西壯族自治區(qū)交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法局，廣西 南寧 530001；2.廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530011；3.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

0 引言

廣西氣候濕熱多雨，瀝青路面表面層直接與交通荷載及自然環(huán)境接觸，且承受的壓應(yīng)力、水平力及剪應(yīng)力較高，這就要求瀝青路面表面層既要有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，又要有良好的抗滑安全性能。工程實(shí)踐表明，瀝青路面若出現(xiàn)車轍現(xiàn)象，其抗滑性能會(huì)大幅度衰減，尤其是伴有泛油的車轍，因此預(yù)防抗滑表層瀝青路面車轍病害是提高瀝青路面抗滑性能的重要措施之一。吳傳海[1]研究顯示，造成表面層瀝青路面產(chǎn)生車轍病害的主要原因是礦料級(jí)配設(shè)計(jì)不合理或控制不嚴(yán)，通過(guò)找出集料粒子干涉作用的分界點(diǎn)，設(shè)計(jì)出骨架密實(shí)的礦料級(jí)配，提高了瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，并從空隙率減小的角度提高了瀝青混合料水穩(wěn)定性。與此同時(shí)，陳凱[2]通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果得出漢堡車轍試驗(yàn)比規(guī)范車轍試驗(yàn)更能區(qū)分和評(píng)判瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的優(yōu)劣。黃曉明等[3]指出，瀝青路面材料選擇和級(jí)配組成設(shè)計(jì)是影響抗滑性能的主要因素，雖然瀝青路面的抗滑特性主要由宏觀構(gòu)造與微觀構(gòu)造共同形成，但在有水工況下，路表宏觀構(gòu)造特征決定了瀝青路面的抗滑性能的優(yōu)劣。陸宇等[4]通過(guò)研究瀝青混合料水穩(wěn)定性與集料級(jí)配波動(dòng)的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，4.75 mm、2.36 mm和0.075 mm篩孔通過(guò)率對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響顯著。從前人研究成果來(lái)看，骨架密實(shí)型的礦料級(jí)配可有效提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及抗滑性能。粗集料含量較多時(shí)，礦料級(jí)配相對(duì)越粗，可有效增強(qiáng)集料間骨架嵌擠的能力，瀝青混合料抗車轍性能就越好，同時(shí)路表宏觀構(gòu)造也會(huì)越大，瀝青路面抗滑能力越好。但粗集料含量較多的瀝青混合料，需要細(xì)集料充分填充骨架空隙才能保證瀝青路面具有水穩(wěn)定性。目前針對(duì)灰色、白色石灰?guī)r機(jī)制砂對(duì)瀝青混合料AC-13C性能影響的研究相對(duì)較少，因此，本文結(jié)合廣西某高速公路4個(gè)標(biāo)段抗滑表層瀝青路面試驗(yàn)段的SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產(chǎn)配合比、馬歇爾體積指標(biāo)和路用性能的檢驗(yàn)結(jié)果，和施工過(guò)程中AC-13C的燃燒篩分結(jié)果以及瀝青路面的壓實(shí)度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果，并通過(guò)直徑為150 mm圓柱體路面芯樣的漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果加以檢驗(yàn)抗車轍能力，提出高溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性及抗滑性能優(yōu)良的AC-13C施工配合比，以提高抗滑表層瀝青路面的使用壽命及行車安全性。

1 SBS改性瀝青混合料AC-13C的級(jí)配設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)分為目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比驗(yàn)證及施工配合比設(shè)計(jì)三個(gè)階段，而這三個(gè)階段的瀝青混合料關(guān)鍵篩孔通過(guò)率相對(duì)保持穩(wěn)定。廣西某高速公路4個(gè)標(biāo)段抗滑表層SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)如表1及圖1所示。其中，粗集料采用輝綠巖碎石加工所得，6標(biāo)、7標(biāo)的細(xì)集料采用來(lái)賓合山沿線灰色石灰?guī)r碎石加工的機(jī)制砂，9標(biāo)、12標(biāo)的細(xì)集料采用南寧上林洋渡白色石灰?guī)r加工的機(jī)制砂[5]。

瀝青混合料的密實(shí)性取決于細(xì)集料的材質(zhì)、規(guī)格及其用量[6]。從表1及圖1可以看出，4個(gè)標(biāo)段AC-13C的0.075 mm篩孔通過(guò)率均在4.5%～6.5%，6標(biāo)、7標(biāo)灰色石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13C的2.36 mm篩孔通過(guò)率約為24%，比9標(biāo)白色石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13C的2.36 mm篩孔通過(guò)率27.3%低，而12標(biāo)白色石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13C的2.36 mm篩孔通過(guò)率為31.5%，相對(duì)偏高?；疑?guī)r機(jī)制砂用量減少，輝綠巖粗集料的用量就會(huì)相應(yīng)增加，6標(biāo)、7標(biāo)AC-13C中4.75 mm篩孔的通過(guò)率約為34%，比9標(biāo)、12標(biāo)白色石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13C中4.75 mm篩孔通過(guò)率低。

表1 SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產(chǎn)配合比一覽表

圖1 SBS改性瀝青混合料AC-13C的生產(chǎn)配合比 設(shè)計(jì)曲線圖

瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)也是一種工藝設(shè)計(jì)，其品質(zhì)與原材料、各檔熱料的摻配比例、瀝青混合料拌和過(guò)程相關(guān)，而施工過(guò)程中瀝青混合料的燃燒篩分結(jié)果可表征瀝青混合料的設(shè)計(jì)級(jí)配。在4個(gè)標(biāo)段試驗(yàn)段瀝青拌和站開(kāi)盤連續(xù)生產(chǎn)≥200 t的瀝青混合料后取AC-13C的黑料進(jìn)行燃燒篩分試驗(yàn)，并與相應(yīng)生產(chǎn)配合比進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。其中，4個(gè)標(biāo)段AC-13C的油石比均為4.8%，由此對(duì)6標(biāo)、7標(biāo)的AC-13C在其生產(chǎn)級(jí)配上進(jìn)行了微調(diào)設(shè)計(jì)。

從表2可以看出，6標(biāo)級(jí)配一混合料中13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm和0.6 mm篩孔的通過(guò)率與生產(chǎn)設(shè)計(jì)級(jí)配偏差較大，這是由于11～16 mm這檔熱料篩除超粒徑的部分有關(guān)，導(dǎo)致黑料的燃燒篩分結(jié)果中13.2 mm篩孔通過(guò)率高于生產(chǎn)級(jí)配；6標(biāo)級(jí)配二混合料中9.5 mm、4.75 mm篩孔的通過(guò)率與生產(chǎn)設(shè)計(jì)級(jí)配偏差較大，其余篩孔通過(guò)率與設(shè)計(jì)級(jí)配較為接近，這是由于試驗(yàn)段鋪筑過(guò)程中，調(diào)整了各檔熱料的摻配比例；7標(biāo)級(jí)配一混合料的燃燒篩分結(jié)果與生產(chǎn)級(jí)配相比基本一致；7標(biāo)級(jí)配二混合料4.75 mm篩孔通過(guò)率偏差大，這可能是由于取料不均勻或拌和站稱量系統(tǒng)誤差大而造成的，其余篩孔通過(guò)率與生產(chǎn)級(jí)配基本一致；9標(biāo)、12標(biāo)混合料的燃燒篩分結(jié)果與生產(chǎn)級(jí)配相比基本一致。

與生產(chǎn)級(jí)配相比，AC-13C的關(guān)鍵篩孔4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm存在波動(dòng)，其中，0.075 mm篩孔通過(guò)率為正偏差，偏差的幅度為0～2%。由于礦粉的比表面積大，0.075 mm篩孔通過(guò)率的改變會(huì)影響瀝青混合料的膠漿特性，因此，在瀝青混合料施工配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮拌和過(guò)程中0.075 mm篩孔通過(guò)率呈現(xiàn)正偏差的特性。

取AC-13C的黑料成型馬歇爾試件、車轍試件，AC-13C的各項(xiàng)性能指標(biāo)如下頁(yè)表3、表4所示。

表2 SBS改性瀝青混合料AC-13C的燃燒篩分結(jié)果表

表3 AC-13C的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

表4 AC-13C的性能檢驗(yàn)結(jié)果表

從表3、表4可知，除7標(biāo)級(jí)配一的飽和度稍微偏大外，AC-13C的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果、浸水殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比、動(dòng)穩(wěn)定度均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

與白色石灰?guī)r機(jī)制砂相比，結(jié)合6標(biāo)、7標(biāo)灰色石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13C的燃燒篩分結(jié)果和馬歇爾試件的體積指標(biāo)，表明隨著2.36 mm、0.075 mm篩孔通過(guò)率的增加，AC-13C的馬歇爾試件空隙率降低，AC-13C的2.36 mm篩孔通過(guò)率在20.2%、偏離級(jí)配下限24%，室內(nèi)馬歇爾試件的空隙率也≤5.5%，故灰色石灰?guī)r機(jī)制砂相對(duì)更容易使AC-13C密實(shí)。

瀝青混合料的攤鋪碾壓過(guò)程也是路面結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程?？够韺訛r青路面試驗(yàn)段芯樣壓實(shí)度及空隙率如表5所示。

表5 試驗(yàn)段抗滑表層瀝青路面的壓實(shí)度及空隙率檢測(cè)結(jié)果表

從表5可以看出，6標(biāo)級(jí)配一有兩個(gè)芯樣空隙率>6%，級(jí)配二有一個(gè)芯樣空隙率>6%，從現(xiàn)場(chǎng)取芯情況來(lái)看，級(jí)配二的壓實(shí)效果要優(yōu)于級(jí)配一；7標(biāo)級(jí)配一、級(jí)配二的芯樣空隙率均偏小，7標(biāo)灰色石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13C的生產(chǎn)配比較接近6標(biāo)級(jí)配二；9標(biāo)路面空隙率除距中央分隔帶1m位置芯樣空隙率偏大外，其余芯樣空隙率均符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求；12標(biāo)路面空隙率均符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。但路面空隙率結(jié)果不一定為真實(shí)空隙率，且試驗(yàn)段開(kāi)始攤鋪處路面存在局部泛油的情況，這表明AC-13C的細(xì)集料用量相對(duì)過(guò)多。施工現(xiàn)場(chǎng)隨后改以鋼輪碾壓為主，僅在雙鋼輪壓路機(jī)碾壓過(guò)后20 min才采用一臺(tái)輪胎壓路機(jī)復(fù)壓1～2遍。

4個(gè)標(biāo)段抗滑表層瀝青路面滲水系數(shù)和構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

表6 試驗(yàn)段抗滑表層瀝青路面滲水系數(shù)和構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果表

從表6可以看出，6標(biāo)級(jí)配二、7標(biāo)、9標(biāo)和12標(biāo)路面滲水檢測(cè)結(jié)果滿足≤120 mL/min的設(shè)計(jì)技術(shù)要求。6標(biāo)級(jí)配一滲水系數(shù)較大，這是因?yàn)椋?1)由于該試驗(yàn)段橫坡較大，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中側(cè)滲嚴(yán)重；(2)級(jí)配一整體空隙率偏大，導(dǎo)致級(jí)配一路面局部位置滲水系數(shù)不滿足≤120 mL/min的設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

6標(biāo)級(jí)配一路表構(gòu)造深度在0.8～0.98 mm，級(jí)配二路表構(gòu)造深度在0.88～1.10 mm；7標(biāo)級(jí)配一路表構(gòu)造深度在0.8～0.85 mm，級(jí)配二路表構(gòu)造深度在0.72～0.74 mm；9標(biāo)路表構(gòu)造深度在0.65～0.70 mm；12標(biāo)路表構(gòu)造深度在0.88～0.91 mm。

對(duì)比4個(gè)標(biāo)段AC-13C的2.36 mm篩孔通過(guò)率，12標(biāo)的最大，為30.5%，6標(biāo)的最小，為20.2%。除12標(biāo)受碾壓工藝影響外，AC-13C的4.75 mm篩孔通過(guò)率相對(duì)越低，路表的構(gòu)造深度越大，說(shuō)明灰色石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料更有利于提高抗滑表層瀝青路面的構(gòu)造深度，更有利于瀝青路面行車安全性。

2 抗滑表層瀝青路面高溫穩(wěn)定性能的漢堡車轍評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)抗滑表層瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能，在試驗(yàn)段進(jìn)行鉆芯取樣，芯樣直徑為150 mm，切割上面層62 mm進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)。漢堡車轍行走次數(shù)為20 000次，試驗(yàn)條件為空氣溫度60 ℃。除6標(biāo)因儀器故障未進(jìn)行試驗(yàn)外，試驗(yàn)段抗滑表層瀝青路面芯樣位置信息及漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 抗滑表層瀝青路面芯樣的漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果表

從表7可知，7標(biāo)、9標(biāo)瀝青路面芯樣的漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果均≤4.0 mm。根據(jù)廣西交投科技有限公司研究成果[7]可知，當(dāng)抗滑表層瀝青路面在漢堡車轍深度<4.0 mm的情況下，以廣西高速公路的交通量和氣候特征，預(yù)計(jì)瀝青路面通行11年后車轍深度將<15 mm。12標(biāo)瀝青路面芯樣的漢堡車轍深度>4 mm，這也與12標(biāo)的AC-13C中2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm篩孔的通過(guò)率偏高相關(guān)。

綜上所述，結(jié)合試驗(yàn)路的實(shí)體工程攤鋪碾壓效果，最終6標(biāo)選用級(jí)配二、7標(biāo)參考6標(biāo)的級(jí)配二、9標(biāo)按設(shè)計(jì)級(jí)配，12標(biāo)參考9標(biāo)的級(jí)配進(jìn)行表面層瀝青路面施工，均取得了良好的工程效果。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)拌和過(guò)程中AC-13C的關(guān)鍵篩孔4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm存在波動(dòng)，其中，0.075 mm篩孔通過(guò)率為正偏差。因此，在瀝青混合料施工配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮拌和過(guò)程中的0.075 mm篩孔通過(guò)率呈現(xiàn)正偏差的特性。

(2)不同于白色石灰機(jī)制砂，瀝青混合料AC-13C的灰色石灰?guī)r機(jī)制砂用量相對(duì)減少，其4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的通過(guò)率分別為27%～42%、20%～27%、10.4%～13.5%、5%～7%?；疑?guī)r機(jī)制砂瀝青路面的構(gòu)造深度可控制在0.8～1.1 mm，其瀝青路面相對(duì)具有更好的抗滑性能。

(3)漢堡車轍試驗(yàn)是室內(nèi)車轍試驗(yàn)的有效補(bǔ)充，高速公路抗滑表層瀝青路面施工過(guò)程中應(yīng)采用漢堡車轍測(cè)試路面芯樣的變形量。漢堡車轍深度宜≤4 mm。