OGFC-13 排水瀝青路面性能及應(yīng)用研究

潘京軍

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州 510000）

1 概述與性能特點

1.1 OGFC-13 概述

OGFC-13 中的“OGFC”（Open Graded Friction Course），譯為大孔隙開級配排水式瀝青磨耗層， 指的是使用大孔隙的瀝青混合料鋪筑路面，其可以迅速地排走降落在路面的雨水，且具備抗滑、抗車轍以及降低噪聲等特點；“13”指的是礦物料級配中的最大粒徑，OGFC-13 適用于城市道路及高速公路隧路面施工。

1.2 OGFC-13 的性能

1.2.1 安全性

OGFC-13 排水瀝青路面結(jié)構(gòu)是摩擦力形成及防滑的主要原因，其主要由骨料級配和混合料設(shè)計控制。 OGFC-13 混合料的開級配設(shè)計形成了相較密級配混合料更為明顯的表面紋理。 其摩擦系數(shù)大、顆粒間空隙連通，降落至路表的雨水能夠及時被排干，行車產(chǎn)生的路表水膜及水霧較少，能從縮短剎車距離和提高能見度兩方面來提高行車安全性， 從而減少雨天交通事故的發(fā)生。 排水瀝青路面與普通路面相比，能夠減少追尾、撞車、刮擦等事故的發(fā)生，安全性提高了33%以上[1]。

1.2.2 降噪性

因為排水瀝青路面宏觀結(jié)構(gòu)特點為顆粒均勻而級配較粗，這種結(jié)構(gòu)的路面發(fā)生漫反射效應(yīng)，不但明顯地降低了行車噪聲，改善行車噪聲對環(huán)境的污染，路面面層內(nèi)部的空隙大部分也互相連通，同時空氣壓縮爆破產(chǎn)生的噪聲也大大降低。 有報告表明， 在高速行車條件下，OGFC-13 面層與標(biāo)準(zhǔn)密級配熱拌瀝青混合料（HMA）面層相比，行車噪聲降低約3～5 dB，相當(dāng)于降低了50%的噪聲壓力。 在OGFC-13 混合料中，集料尺寸是噪聲降低的一個原因。 有關(guān)安全、噪聲和耐用道路的研究表明，含較小粒徑骨料的OGFC-13 混合料在降低噪聲方面表現(xiàn)得更好。

1.2.3 耐久性

盡管OGFC-13 具有諸多優(yōu)點，但其耐久性一直是限制其廣泛應(yīng)用的問題。 開級配瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強度由粗集料相互嵌擠提供，高溫條件下車轍相對較小，路面變形減小，耐久性相對提高。 在充分考慮到排水性的前提下，空隙率越小的混合料，耐久性越高[2]。OGFC-13 混合料連通空隙有助于地表水快速排出，但空氣更易進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，會加速混合料老化過程；且隨著時間的增長，路面空隙堵塞致使排水和降噪功能有效性降低是其存在的另一個問題， 定期維護能有效地減少堵塞，但實際運營維護情況并不十分理想。

1.2.4 抗滑性

OGFC-13 排水瀝青路面抗滑性能好，且具有良好的抗車轍能力，可有效提高行車的舒適度。 當(dāng)雨水落到路面時，也不會在路面長時間停留，立即從瀝青面層的空隙中下滲，到達(dá)面層底部的不透水下封層時，沿著下封層橫坡向兩側(cè)流出，流入道路兩側(cè)的排水溝內(nèi)，即使是雨天，道路也不會變滑。

1.2.5 降溫性

車轍是瀝青路面的主要破壞形式之一，夏季來臨時，隨著氣溫的不斷升高，瀝青路面的穩(wěn)定性就會下降，抵抗變形能力也逐漸下降，加劇了車轍產(chǎn)生的概率。 可見，降低瀝青路面溫度可有效減少路面車轍問題。 OGFC-13 排水瀝青具有可以降低路面溫度的功能，且比普通的密集配瀝青溫度高出6～8 ℃，這是因為地表風(fēng)可以通過OGFC-13 排水瀝青路面空隙將面層中的熱量沖散。

2 配合比設(shè)計與性能研究

混合物設(shè)計主要通過如下4 個步驟：（1）選擇合適的材料；（2）選擇合適的級配；（3）確定最佳油石比；（4）性能測試。

2.1 原材料

1）集料。（1）粗集料：粗集料采用自主生產(chǎn)加工的9.5～16.0 mm或者4.75～9.5 mm 的長巖碎石， 因為粗集料占礦料含量的80%，石料之間形成的相互嵌擠結(jié)構(gòu)具有良好的抗壓能力，很大程度上可以保證路面的空隙率和抗車轍性能，所以，盡量選擇滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的石料，如抗滑性能優(yōu)越的玄武巖、砂巖、礫巖等，本試驗采用重慶某石料廠生產(chǎn)的玄武巖碎石。 （2）細(xì)集料：規(guī)范指明天然砂石不宜使用，本試驗選擇了性能良好的機制砂。

2）填料。 消石灰具有良好的抗剝落效果，為了提高排水路面的水穩(wěn)定性可以使用消石灰。

3）纖維。 纖維種類繁多，添加4%的聚酯纖維能夠顯著改善TPS 改性O(shè)GFC-13 混合料的抗裂性[3]，本試驗選用聚酯纖維。

4）瀝青。瀝青采用SBS（1-C）改性瀝青。根據(jù)試驗規(guī)程，先對瀝青的三大技術(shù)指標(biāo)——針入度、延度、軟化點進行測定，其測定結(jié)果如表1 所示。

表1 瀝青三大指標(biāo)試驗結(jié)果

2.2 空隙率及級配

在確保耐久性、抗滑性等性能要求的前提下，為充分發(fā)揮瀝青路面的排水功能， 以空隙率和連通空隙率為控制指標(biāo)進行配合比設(shè)計。

用真空密封法和體積法兩種方法綜合測定空隙率， 再根據(jù)經(jīng)驗公式計算空隙率，本試驗采用20%的目標(biāo)空隙率，根據(jù)馬歇爾試驗，空隙率實測值為19.4%。 3 種級配各檔料比例如表2 所示。

表2 3 種級配各檔料比例

2.3 瀝青用量的確定

2.3.1 析漏試驗

把瀝青含量作為控制變量做3 組對比試驗：把1 000 g 的混合料倒入潔凈的燒杯中，攪拌均勻，注意分別稱量倒入前后的質(zhì)量；把燒杯放入恒溫箱中1 h，烘箱溫度控制在170 ℃左右；將燒杯中的混合料倒出，稱量黏附在燒杯上的殘留瀝青的質(zhì)量，析漏損失率Δm的計算公式如下：

式中，m2為燒杯上剩余瀝青砂漿的質(zhì)量；m1為燒杯與排水瀝青混合料總質(zhì)量；m0為燒杯質(zhì)量。

2.3.2 飛散試驗

在20 ℃的溫度條件下，把排水瀝青混合料倒入不加鋼球的洛杉磯試驗機中， 開動機器滾動300 轉(zhuǎn)后停機， 將試件取出，并稱取剩余質(zhì)量，飛散損失率Δs的計算公式如下：

式中，m3為試件原質(zhì)量；m4為試驗后試件質(zhì)量。

2.3.3 初始油石比的確定

依據(jù)油石比與礦料表面積的關(guān)系推算， 本試驗將油石比暫設(shè)為4.8%。

2.3.4 油石比的確定

采用不同油石比進行謝倫堡析漏試驗和肯塔堡飛散試驗，試驗數(shù)據(jù)結(jié)果如表3 所示。

表3 損失率與油石比的關(guān)系

根據(jù)馬歇試驗結(jié)果測定， 并結(jié)合肯塔堡飛散試驗綜合確定得到4.8%為最佳油石比。

2.4 性能檢驗

為了保證排水瀝青路面的性能， 進行混合料的力學(xué)穩(wěn)定性評價，以檢驗配合比是否滿足要求。 分別用動穩(wěn)定度評價混合料的高溫穩(wěn)定性， 殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度評價水穩(wěn)定性。 試驗結(jié)果如表4 所示。

表4 試驗結(jié)果

試驗數(shù)據(jù)均大于規(guī)范要求，抗車轍性能與水穩(wěn)定性能良好。

3 儲存、運輸及施工要點

1）生產(chǎn)。 OGFC-13 排水瀝青的生產(chǎn)與施工實踐與標(biāo)準(zhǔn)密級配熱拌瀝青混合料（HMA）類似。 瀝青的儲存和瀝青混合料的拌和也與一般HMA 混合料類似，然而與HMA 混合料相比拌和時間略長， 以確保纖維均勻分散在混合料中。 OGFC-13瀝青混合料宜隨拌隨用。

2）運輸。 在運輸OGFC-13 排水瀝青的過程中，應(yīng)重點關(guān)注其溫度，因為其與典型HMA 相比，瀝青混合料的溫度下降更快。 所以，瀝青混合料從拌和站出料至抵達(dá)攤鋪現(xiàn)場時間需在3 h 以內(nèi)，運到攤鋪現(xiàn)場后應(yīng)由專人憑運料單收料，并隨即檢查其溫度和外觀質(zhì)量。

3）施工。 OGFC-13 排水瀝青路面對于壓實操作的要求更高。 因此，壓實需要在卸料后立刻進行，且嚴(yán)禁使用振動壓路機，以免骨料開裂。同時，鋪筑OGFC-13 時應(yīng)注意清理路面邊緣，因為散落未壓實的骨料會堵塞靠近路邊的空隙，最終影響路面的排水功能。

4 結(jié)語

理論分析了OGFC-13 排水瀝青路面性能特點，通過室內(nèi)試驗測定瀝青三大技術(shù)指標(biāo)， 并進行配合比設(shè)計和混合料性能測試，可以得到以下結(jié)論。

1）排水瀝青路面因其多孔構(gòu)造，相較普通密級配瀝青路面，具有更好的行車舒適性和安全性，且具有防滑、降噪等功能特點。

2）通過控制2.36 mm 篩孔通過率，同時以空隙率和連通空隙率作為控制指標(biāo)，確定目標(biāo)配合比，性能檢測證實空隙率能滿足規(guī)范要求，高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性均較好。

3）總結(jié)了OGFC-13 排水瀝青的生產(chǎn)與施工要點。為保證其性能與功能， 生產(chǎn)拌和時間適當(dāng)延長可確保纖維均勻分散在混合料中；限制儲存和運輸時間，且于卸料后立刻進行壓實施工。

4）OGFC-13 排水瀝青空隙率較大，受雨水、光線照射等氣候因素影響更大，在這些因素的作用下，OGFC-13 排水瀝青容易發(fā)生剝落、松散問題，造成路面出現(xiàn)坑槽等病害。 同時，OGFC-13 排水瀝青的大空隙率更容易使塵土堵塞孔隙，使路面的透水能力下降，因此，還需要做好對路面的養(yǎng)護，使OGFC-13 排水瀝青路面得到迅速的推廣和應(yīng)用。