公路項(xiàng)目超薄磨耗層配比設(shè)計(jì)及抗滑性能分析

郭理

（湖南省交通建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410000）

超薄磨耗層技術(shù)廣泛應(yīng)用于即有老舊道路改造和新建道路路表處理中，其能夠用效改善路面抗滑性能。實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，超模磨耗層構(gòu)造深度易受環(huán)境因素影響，尤其是高溫、高濕環(huán)境易對(duì)超薄磨耗層構(gòu)造深度造成影響。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界通過(guò)多種室內(nèi)試驗(yàn)手段，開展了較多濕熱環(huán)境下超薄磨耗層技術(shù)性能變化的研究，現(xiàn)場(chǎng)研究相對(duì)缺乏?；诖?，該文以某工程為依托，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，分析溫度、濕度、混合料油石比對(duì)超薄磨耗層抗滑性能的影響，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某高速公路全長(zhǎng)37.45Km，雙向4 車的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)限速120 Km/h。該道路全線分布在我國(guó)東南沿海某省，該區(qū)域?qū)賮啛釒ШＱ笮詺夂騾^(qū)，夏季為雨期，降雨充沛，冬季氣溫溫和、降雨少。該文分析以此工程實(shí)踐為依托，進(jìn)行AC－8 超薄磨耗層配比設(shè)計(jì)，研究此類濕熱環(huán)境對(duì)其抗滑性能的影響。

2 原材料

2.1 瀝青

本項(xiàng)目使用SBS（1-C 級(jí)）瀝青作為超薄磨耗層，表1所示為檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)。

表1 SBS 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

2.2 集料

瀝青聚合物的集料占比超過(guò)90%，集料性能對(duì)混合料穩(wěn)定性、承載力性能、抗滑性能等均具有重要影響，故混合料配比設(shè)計(jì)階段的集料選擇及級(jí)配設(shè)計(jì)是混合料配比的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)選擇混合料粗、細(xì)集料分別為5～10mm 英安巖碎石、0～5mm 石灰?guī)r機(jī)制砂，符合技術(shù)規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 礦粉

按照現(xiàn)行公路集料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)出礦粉的表觀密度為2.754g/cm3＞2.5g/cm3，滿足規(guī)范要求。

2.4 原材料試驗(yàn)環(huán)境

對(duì)原材料進(jìn)行試驗(yàn)，充分模擬南方濕熱環(huán)境，設(shè)定濕度介于40%～60%，設(shè)定溫度介于20～30℃。

3 超薄磨耗層配比設(shè)計(jì)及性能分析

3.1 礦料級(jí)配組成要求

表2 所示為本項(xiàng)目瀝青砼礦料級(jí)配情況。

表2 細(xì)粒式瀝青砼AC－8 的礦料級(jí)配

3.2 礦料級(jí)配合成計(jì)算

水洗法進(jìn)行篩分試驗(yàn)，篩分試驗(yàn)結(jié)果、級(jí)配見表3；根據(jù)實(shí)際需求，本項(xiàng)目設(shè)定級(jí)配如下：粗集料:細(xì)集料:礦粉＝61:30:9。礦料級(jí)配曲線如圖1 所示。

圖1 細(xì)粒式瀝青砼AC－8 的礦料級(jí)配曲線

表3 細(xì)粒式瀝青砼AC－8 的礦料級(jí)配合成計(jì)算

3.3 馬歇爾試驗(yàn)

表4 和圖2 至圖5 所示為經(jīng)由馬歇爾試驗(yàn)測(cè)得的細(xì)粒式瀝青砼AC－8 結(jié)果情況。

由表4、圖2 至圖5 可知，基于最佳油石比，其聚合物的空隙率為6.0%。使用差分法，空隙率為6%時(shí)，計(jì)算油石比結(jié)果為6.35%。即油石比最佳為6.35%。

表4 細(xì)粒式瀝青砼AC－8 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖2 油石比與毛體積密度的關(guān)系

圖3 油石比與礦料間隙的關(guān)系

圖4 油石比與瀝青飽和度的關(guān)系

圖5 油石比與空隙率的關(guān)系

3.4 路用性能試驗(yàn)

通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)和行車轍試驗(yàn)，檢測(cè)6.35%油石比的聚合物，表5 及表6 所示為具體試驗(yàn)結(jié)果。表5、表6可知，細(xì)粒式瀝青砼各指標(biāo)滿足規(guī)范要求，目標(biāo)配合比選擇粒徑5～10mm 碎石為粗集料，0～5mm 機(jī)制砂為細(xì)集料及礦粉，具體比例為61:30:9。

表5 細(xì)粒式瀝青砼AC－8 車轍試驗(yàn)結(jié)果

表6 細(xì)粒式瀝青砼AC－8 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

4 濕熱環(huán)境下超薄磨耗層抗滑性能分析

4.1 溫度和濕度對(duì)抗滑性能的影響

選擇濕度、溫度兩個(gè)變量，各設(shè)置6 種不同的濕度、溫度環(huán)境，共制作試塊48 個(gè)，即單一變量設(shè)試塊4 個(gè)。

無(wú)論是濕度還是溫度均會(huì)對(duì)混合料的構(gòu)造深度造成影響。相同濕度環(huán)境下，試件構(gòu)造深度與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即溫度增加，構(gòu)造深度降低，50℃環(huán)境下的構(gòu)造深度比1℃環(huán)境下的構(gòu)造深度低0.37mm，分析數(shù)據(jù)可知，溫度對(duì)試件構(gòu)造深度有一定影響，但影響力較低。相同溫度環(huán)境下，濕度與試件構(gòu)造深度呈正相關(guān)關(guān)系，即濕度越小，試件構(gòu)造深度越小，濕度為零及濕度81%以上，構(gòu)造深度均小于0.05，可知濕度對(duì)試件構(gòu)造深度影響較低。

4.2 油石比對(duì)抗滑性能的影響

在高濕度、高溫度環(huán)境下，油石比指標(biāo)因素的變化，會(huì)降低路面構(gòu)造深度。

4.2.1 對(duì)不同油石比混合料進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)試件一組為3 個(gè)，對(duì)其構(gòu)造深度進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)比前后構(gòu)造深度。根據(jù)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算深度殘留率（H=H2/H1）；

4.2.2 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)計(jì)算可知：油石比不同，存在不同的試件構(gòu)造深度殘留，油石比對(duì)試件殘留率有所影響。油石比增加，深度殘留顯著降低。同時(shí)可知，油石比越大，對(duì)超薄磨耗層性能越有利，可有效提升其抗滑性，因此在具體施工中應(yīng)嚴(yán)格控制油石比。經(jīng)本項(xiàng)目試驗(yàn)，可使用6.35%的油石比，取得良好效果。

4.3 提高瀝青路面抗滑性能的措施

根據(jù)該高速公路具體情況，本文認(rèn)為采取以下三項(xiàng)措施，將瀝青路面抗滑性能全面提升。

4.3.1 依據(jù)項(xiàng)目場(chǎng)地工況，結(jié)合油石比情況進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，論證了油石比可適當(dāng)降低。

4.3.2 優(yōu)選瀝青。根據(jù)試驗(yàn)情況看，使用I-D 級(jí)改性瀝青制備超薄磨耗層。

4.3.3 改善黏附性。瀝青路面受車輛荷載作用，輪胎接觸范圍的瀝青量不斷增加，影響了路面抗滑性。有鑒于此，本文認(rèn)為需將瀝青和集料間的黏附性進(jìn)一步提升。

5 結(jié)論

該文依托具體工程，研究了濕熱環(huán)境下公路項(xiàng)目超薄磨耗層配比為：粗集料：細(xì)集料：礦粉＝61:30:9，最佳油石比為6.35%；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了濕熱環(huán)境下超薄磨耗層抗滑性能，結(jié)論如下：

5.1 環(huán)境溫度、濕度均會(huì)對(duì)超薄磨耗層構(gòu)造深度造成影響；相同濕度環(huán)境下，隨環(huán)境溫度升高，試件構(gòu)造深度隨之降低；相同溫度環(huán)境下，隨環(huán)境濕度增加，試件構(gòu)造深度隨之增大；試件深度變化受環(huán)境溫度影響更大。

5.2 經(jīng)試驗(yàn)分析，隨試件油石比增大，聚合物深度殘留明顯降低，超薄磨耗層性能越優(yōu)良，表明通過(guò)適當(dāng)增加油石比的方式，可在一定程度上改善超薄磨耗層抗滑性能。

5.3 濕熱環(huán)境會(huì)增加瀝青道路構(gòu)造深度衰減速度，可通過(guò)調(diào)整油石比、優(yōu)選瀝青、改善瀝青與集料黏附性等方式，改善濕熱環(huán)境下瀝青路面抗滑性能。