排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的級配設(shè)計及性能

楊國林，肖緒蕩，王朝輝，閆兆柏，殷衛(wèi)勇

（1．招商局公路網(wǎng)絡(luò)科技控股股份有限公司，北京 100022；2．長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064；3．浙江溫州甬臺溫高速公路有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引 言

開級配抗滑磨耗層（OGFC）是采用高黏瀝青、間斷級配瀝青混合料鋪筑的路表功能層，兼具排水、抗滑、防水霧等多重作用，為行車安全提供了保障。目前，國內(nèi)外學(xué)者雖已對 OGFC－13、OGFC－16大粒徑抗滑磨耗層熱拌瀝青混合料的級配設(shè)計、配合比設(shè)計及其路用性能等方面進(jìn)行了相關(guān)研究［1－5］，但關(guān)于OGFC－5小粒徑抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的級配設(shè)計及性能等方面的研究鮮有涉及。

因此，本文基于正交試驗，系統(tǒng)研究OCFC－5小粒徑抗滑磨耗層不同關(guān)鍵篩孔通過率下瀝青混合料的空隙率、滲透系數(shù)、馬歇爾穩(wěn)定度，明確關(guān)鍵篩孔通過率對混合料性能影響的顯著性，確定排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料級配，并進(jìn)一步評價排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的路用性能。

1 原材料與試驗方法

1．1 原材料

道路養(yǎng)護(hù)封層材料對集料的抗壓、耐磨及耐沖擊性能要求較高，因此集料采用優(yōu)質(zhì)的玄武巖。集料具體技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 玄武巖集料技術(shù)性能指標(biāo)

道路養(yǎng)護(hù)封層材料要求其黏結(jié)材料具有較高的黏結(jié)強度，因此采用水性環(huán)氧樹脂／水性聚氨酯復(fù)合改性乳化瀝青。水性環(huán)氧樹脂摻量為10%，水性聚氨酯摻量為20%。水性環(huán)氧樹脂／水性聚氨酯復(fù)合改性乳化瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)如表2所示。

表2 水性環(huán)氧樹脂／水性聚氨酯復(fù)合改性乳化瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)

1．2 試驗方案

排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的級配是影響其排水及力學(xué)性能的重要因素。為明確關(guān)鍵篩孔通過率對混合料性能影響的顯著性，確定關(guān)鍵篩孔最佳通過率，設(shè)計以4．75、2．36、0．6mm 三擋關(guān)鍵篩孔通過率為試驗因素的正交試驗方案。根據(jù)相關(guān)研究［6－10］，大空隙抗滑耐磨封層冷拌瀝青混合料試件成型方法采用改進(jìn)的馬歇爾擊實成型方法（35次、40次二次擊實），油石比為5%。OGFC－5級配類型正交試驗因素及水平見表3，試驗級配見表4。

表3 OGFC－5正交試驗因素及水平

表4 OGFC－5正交試驗每組試驗級配

2 排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的級配設(shè)計

2．1 關(guān)鍵篩孔通過率對排水性能的影響

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）測試了9種不同級配抗滑磨耗層的空隙率和滲透系數(shù)，并對試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析和極差分析，結(jié)果如表5～7所示。

表5 不同級配抗滑磨耗層的空隙率和滲透系數(shù)

由表5～7可知，不同篩孔通過率對空隙率、滲透系數(shù)的影響程度由大到小依次為：2．36mm篩孔通過率、0．6mm篩孔通過率、4．75mm篩孔通過率，且空隙率隨2．36mm篩孔通過率的增大而降低。主要原因在于，2．36mm篩孔通過率和0．6mm篩孔通過率決定了混合料中細(xì)集料的含量，這些細(xì)集料在開級配混合料中起填充作用，對空隙率影響較大［11－16］。

表6 空隙率的正交試驗結(jié)果

表7 滲透系數(shù)的正交試驗結(jié)果

2．2 關(guān)鍵篩孔通過率對馬歇爾穩(wěn)定度的影響

為確定關(guān)鍵篩孔通過率對馬歇爾穩(wěn)定度的影響，對馬歇爾穩(wěn)定度正交試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析和極差分析，試驗結(jié)果見表8，方差分析和極差分析結(jié)果見表9。

表8 不同級配抗滑磨耗層的穩(wěn)定度

表9 穩(wěn)定度正交試驗結(jié)果

由表8、9可知，不同篩孔通過率對馬歇爾穩(wěn)定度的影響程度由大到小依次為：2．36mm篩孔通過率、0．6mm篩孔通過率、4．75mm篩孔通過率，且馬歇爾穩(wěn)定度隨2．36mm篩孔通過率的增大而增大。原因在于，小粒徑瀝青混合料的強度主要靠瀝青的黏結(jié)及細(xì)集料顆粒之間的相互填充作用提供［17－19］。

2．3 排水抗滑磨耗層級配的確定

根據(jù)正交試驗確定的不同篩孔集料通過率對混合料性能影響的顯著性，綜合考慮排水功能和結(jié)構(gòu)強度，4．75mm篩孔通過率取90%，0．6mm篩孔通過率取0%，可使空隙率和滲透系數(shù)最優(yōu)。通過調(diào)整2．36mm篩孔通過率適配3種不同空隙率的級配，如表10所示。

表10 OGFC－5排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的級配和空隙率

3 排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的路用性能

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）分別進(jìn)行車轍試驗、小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗，評價排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的路用性能，試驗結(jié)果如圖1所示。

（1）由圖1（a）可知，動穩(wěn)定度隨空隙率的增大而降低，且70℃條件下動穩(wěn)定度較60℃條件下略有降低，但3種級配的動穩(wěn)定度值均較大，都在7 500次·mm－1以上，表明排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性［20－22］。

（2）由圖1（b）可知，抗彎拉強度隨空隙率的降低而增大，低溫彎曲破壞應(yīng)變隨空隙率的降低而降低，但3種級配的抗彎拉強度均在5MPa以上，低溫彎曲破壞應(yīng)變在3 000（10－6）以上，表明3種空隙率的排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料均具有較好的低溫抗裂性能。

（3）由圖1（c）可知，凍融劈裂強度比隨著空隙率的增大而降低，但3種級配的排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的凍融后劈裂強度均在0．4MPa以上，凍融劈裂強度比均高于80%，表明3種空隙率的排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料均具有較好的水穩(wěn)性能。

4 結(jié) 語

（1）基于正交試驗分析，明確了關(guān)鍵篩孔通過率對設(shè)計指標(biāo)影響的顯著性。關(guān)鍵篩孔通過率對空隙率、滲透系數(shù)、穩(wěn)定度的影響程度從大到小依次為：2．36mm 篩孔通過率、0．6mm篩孔通過率、4．75mm篩孔通過率?？障堵孰S著2．36mm篩孔通過率的增大減小，馬歇爾穩(wěn)定度隨2．36mm篩孔通過率的增大而增大。

（2）通過車轍試驗、小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗評價了OGFC－5排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料的路用性能：動穩(wěn)定度隨空隙率的增大而降低，但動穩(wěn)定度值在7 500次·mm－1以上；低溫彎曲破壞應(yīng)變隨空隙率的降低而降低，但抗彎拉強度在5MPa以上，低溫彎曲破壞應(yīng)變在3 000（10－6）以上；凍融劈裂強度比隨著空隙率的增大而降低，但凍融后劈裂強度在0．4MPa以上，凍融劈裂強度比高于80%，表明排水抗滑磨耗層冷拌瀝青混合料具有良好的路用性能。