基于超薄層罩面技術的高粘瀝青混合料性能及粘接力研究

樊祥磊 張四恒 李文凱 邵景干 王俊超

摘 要： 為了探究超薄罩面層技術在實踐應用方面研究的不足，解決瀝青路面養(yǎng)護與維修的問題，對UTAC-7、Novachip-B及OGFC-7之3種超薄罩面層瀝青混合料的路用性能展開研究。結果表明：3種瀝青混合料動穩(wěn)定度均不低于3 000次/mm，Novachip-B瀝青混合料動穩(wěn)定度最優(yōu)，低溫環(huán)境下UTAC-7瀝青混合料抗彎拉強度最大，且不同溫度時UTAC-7瀝青混合料彎曲破壞應變均最大；3種瀝青混合料均表現(xiàn)出較好的水穩(wěn)定性能，其中Novachip-B瀝青混合料水穩(wěn)定性能最優(yōu)，OGFC-7瀝青混合料抗滑能力最優(yōu)；3種瀝青混合料層間粘接強度隨著乳化瀝青撒布量的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，乳化瀝青撒布量相同時UTAC-7瀝青混合料層間粘接強度均最優(yōu)。

關鍵詞： 超薄罩面層；礦料級配；油石比；瀝青混合料；路用性能

中圖分類號： U416.217；TQ177.6+3

文獻標志碼： A ?文章編號： 1001-5922（2023）08-0062-04

Study on the performance and bond strength of high viscosity asphalt

mixture with ultra-thin overlay

FAN Xianglei1，ZHANG Siheng1，LI Wenkai3，SHAO Jinggan3，WANG Junchao3

（1.Henan Expressway Test and Inspection Co.， Ltd.，Zhengzhou 450121，China; 2.Henan Transport Investment Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 450016，China；

3.Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.，Ltd.，R & D ?Center of Green High Performance Material Application Technology Transportation Industry，Zhengzhou 450046，China ）

Abstract：

In order to explore the shortcomings of the research on the practical application of ultra-thin overlay technology and solve the problems of asphalt pavement maintenance and repair，this paper studies the road performance of three ultra-thin overlay asphalt mixtures，UTAC-7，Novachip-B and OGFC-7.The test results show that the dynamic stability test results of three asphalt mixtures are not less than 3000 times/mm，and Novachip-B asphalt mixture dynamic stability test results are the best.UTAC-7 asphalt mixture has the largest flexural tensile strength under low temperature environment.The low temperature bending failure strain test results of ultra-thin overlay with different grading types increase gradually with the increase of test temperature，and UTAC-7 asphalt mixture test results are the largest at different test temperatures.The three asphalt mixtures all show good water stability，among which Novachip B asphalt mixture has the best water stability.OGFC-7 asphalt mixture has the best skid resistance.The interlaminar bond strength of the three asphalt mixtures increase first and then decrease with the increase of emulsified asphalt distribution，and UTAC-7 asphalt mixture has the best interlaminar bond strength with the same emulsified asphalt distribution.

Key words：

ultra thin coating；mineral aggregate gradation；oil stone ratio；asphalt mixture；road performance

現(xiàn)階段我國路面養(yǎng)護主要包括預防性養(yǎng)護及矯正養(yǎng)護，預防性養(yǎng)護主要是指在路面還未出現(xiàn)嚴重破壞之前進行的“保養(yǎng)”，例如薄層罩面，矯正養(yǎng)護是指路面已經(jīng)嚴重破壞且對行車安全造成威脅而進行的修復，例如銑刨重鋪[1-2]。相關工程實踐表明，瀝青路面在使用壽命前75%的時間內(nèi)，路用性能會衰退40%左右，如果沒有采取有效的預防性養(yǎng)護，路面使用質(zhì)量會急劇下降，造成后期修復成本大幅度增加以及使用年限減少，如果能夠及時進行預防性養(yǎng)護，不僅能夠大幅度降低后期修復成本而且會延長路面的使用壽命[3]。選用UTAC-7、Novachip -B和開級配磨耗層OGFC-7之3種預防性養(yǎng)護混合料展開研究，通過對 UTAC-7、半開級配 Novachip-B 及開級OGFC-7設計，確定3種超薄罩面層礦料級配及最佳油石比；最后對不同級配類型的超薄罩面層進行車轍、低溫彎曲、水穩(wěn)定性、抗滑及層間粘接能力等試驗來分析3種超薄罩面層的路用性能，為超薄罩面層在預防性瀝青路面養(yǎng)護工程中的推廣提供理論支撐。

1 原材料

1.1 礦料

選用粒徑分別為5～10、3～5 mm玄武巖碎石作為粗骨料；粒徑為0～3 mm機制砂作為細骨料；礦粉由石灰?guī)r磨細制得。

1.2 瀝青

本文選用粘附性好，抗老化性能強的特種高粘度改性瀝青（許昌金歐特瀝青股份有限公司生產(chǎn)）。乳化瀝青能夠?qū)⒊≌置鎸优c原路面結合在一起，形成穩(wěn)固的整體。為防止攤鋪后的超薄罩面層在車輛軸載作用下產(chǎn)生推移、起皮等病害，選用由河南省大道路業(yè)有限公司生產(chǎn)的特種復合改性乳化瀝青。2種瀝青主要指標如表1、表2所示。

2 瀝青混合料配合比設計

[JP3]借鑒《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004）瀝青混合料設計原理，結合超薄罩面層的功能特性及工程應用，同時參考相關文獻，本文選用UTAC、Novachip 及開級配OGFC 3種超薄罩面瀝青混合料，以骨料孔隙填充法來設計礦料級配，所用礦料最大粒徑為 7.0 mm。礦料及瀝青分別選用上文中的粗、細骨料、礦粉及高粘瀝青，3種超薄罩面礦料級配設計結果如表3所示；馬歇爾技術指標試驗結果如表4所示。

3 路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

本研究選用室內(nèi)60 ℃車轍試驗來評價不同級配類型超薄罩面層的高溫抗車轍能力，結果如圖1所示。

由圖1可知，3種混合料動穩(wěn)定度均不低于3 000次/mm， 表明3種混合料均具有較好的高溫抗車轍能力，其中Novachip-B混合料動穩(wěn)定度最優(yōu)，OGFC-7混合料動穩(wěn)定度最低，這主要因為3種混合料礦料級配及最佳油石比的差異引起的，Novachip-B混合料骨料嵌擠效果具有更好的高溫抗車轍能力。

3.2 低溫抗裂性

裂縫是瀝青路面常見的病害形式，裂縫形成的因素有多種，主要包括2類：一是由水穩(wěn)基層的裂縫反射到路表形成的，這類裂縫往往貫穿瀝青路面結構層，二是由路表結構層內(nèi)部的溫縮應力造成的，當混合料內(nèi)部的允許拉應力小于因溫度變化而產(chǎn)生的溫縮應力時，瀝青路面就會發(fā)生開裂[4]。本文選用-10、0、15 ℃ 3種不同的溫度進行小梁彎曲試驗來評價3種超薄罩面層瀝青混合料的抗開裂能力，結果分別如圖2、圖3所示。

由圖2可知，隨著溫度的升高，3種混合料抗彎拉強度均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且均在0 ℃時到達峰值，當溫度較低時， UTAC-7混合料抗彎拉強度最大；溫度高于0 ℃時，Novachip-B混合料抗彎拉強度最大，這主要因為瀝青混合料屬于粘彈性材料，溫度影響較大。[JP2]當溫度較低時混合料呈脆性破壞；當溫度較高時呈柔性破壞；當溫度較低時，抗彎拉強度隨溫度升高逐漸變大；當溫度較高時，抗彎拉強度隨溫度升高逐漸變小。

由圖3可知隨著溫度的不斷升高，不同級配類型的超薄罩面層混合料彎曲破壞應變均逐漸升高，且不同溫度時UTAC-7混合料均最大，這主要因為溫度越高瀝青的粘韌性越強，其中UTAC-7混合料抗開裂能力最優(yōu)是由最佳油石比較大及礦料級配引起的。

3.3 水穩(wěn)定性

瀝青路面長期受到紫外線、車輛軸載以及雨水沖刷等外界因素的綜合作用，瀝青隨著瀝青路面使用年限的增加而逐漸老化，瀝青與礦料之間的粘接能力降低，在車輛輪胎及孔隙中動水壓力的作用下，瀝青膠漿極易從粗骨料之間剝落，?坑槽、松散等路面病害的出現(xiàn)是水穩(wěn)定性差的主要表現(xiàn)形式[5]。本研究選用浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗來評價不同級配類型超薄罩面層的抗水損害能力，結果分別如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可以得出，不同級配類型超薄罩面層混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強度比試驗結果均分別不低于85%、80%的規(guī)范要求，表明3種混合料均具有較好的抗水損害能力，其中Novachip-B混合料抗水損害能力最優(yōu)。

3.4 抗滑性能

抗滑能力是超薄罩面層最重要的性能之一，為保證行車安全，對超薄罩面層抗滑能力的研究尤為重要[6]。本研究選用構造深度及擺值試驗來評價不同級配類型超薄罩面層的抗滑能力，構造深度及擺值試驗結果分別如圖6、圖7所示。

由圖6、圖7可知，不同級配類型超薄罩面層構造深度、擺值均能分別滿足規(guī)范不低于0.55 mm，45 BPN 20 ℃的要求，表明3種混合料均具有較好的抗滑能力，其中OGFC-7混合料抗滑能力最優(yōu)。

3.5 層間粘接能力

路面結構層層間的粘接能力不足會引起路面推移、脫皮等病害的出現(xiàn)，降低行車安全性[7-8]。本研究選用45°斜剪試驗來分析不同級配類型超薄罩面層的層間粘結能力，分別對3種混合料層間以不同撒布量撒布復合改性乳化瀝青并進行45°斜剪試驗，抗剪強度試驗結果如圖8所示。

由圖8可知，隨著乳化瀝青撒布量的增加，不同級配類型超薄罩面層的抗剪強度均出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，UTAC-7、Novachip-B、 OGFC-7之3種混合料分別在乳化瀝青撒布量為0.6、0.8、 ?0.6 kg/m2時抗剪強度達到峰值，且在乳化瀝青撒布量相同時UTAC-7混合料抗剪強度均最優(yōu)。

4 結語

（1）3種超薄罩面層瀝青混合料動穩(wěn)定度均不低于3 000次/mm，表明3種混合料均具有較好的高溫抗車轍能力，其中Novachip-B混合料動穩(wěn)定度最優(yōu)；[JP2]3種混合料均具有較好的抗水損害能力，其中Novachip-B混合能力最優(yōu)。從高溫抗車轍、抗水損害性能方面考慮，Novachip-B混合料性能最優(yōu)；（2）隨著溫度的升高，3種混合料彎曲破壞應變均逐漸升高，且不同溫度時UTAC-7混合料均最大；隨著乳化瀝青撒布量的增加，不同級配類型超薄罩面層的抗剪強度均出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，且在乳化瀝青撒布量相同時UTAC-7混合料抗剪強度均最大，從抗開裂及抗剪切性能方面考慮，UTAC-7混合料性能最優(yōu)；

（3）3種混合料構造深度及擺值均能滿足規(guī)范不低于0.55 mm，45 BPN 20 ℃的要求，表明3種混合料均具有較好的抗滑能力，其中OGFC-7混合料抗滑能力最優(yōu)。

【參考文獻】

［1］? ?譚憶秋，姚李，王海朋，等.超薄磨耗層瀝青混合料評價指標[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2012，44（12）：73-77.

[2] ?朱琨琨，劉黎萍，陳長，等.上海逸仙高架 Nova Chip 超薄磨耗層降噪效果實測與分析[J].公路工程，2009，34（3）：158-161.

[3] 蔡旭，祝鳳丹，吳曠懷，等.瀝青混合料骨架穩(wěn)態(tài)參數(shù)及模型[J].中國公路學報，2019，32（2）：39-46.

[4] 張四恒，黃運軍，邵景干，等.朱春鳳.礦料級配與瀝青對薄層罩面路用性能的影響[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2022，19（3）：59-68.

[5] 李志剛，李文凱.DXG-1抗車轍劑瀝青混合料路用性能研究[J].河南科學，2020，38（8）：1264-1269.

[6] 石宜清，李文凱，邵景干，等.降黏溫拌瀝青混合料路用性能研究[J].交通科學與工程，2022，38（3）：11-18.

[7] 王輝，李文凱，邵景干，等.GT-8型高韌瀝青超薄磨耗層性能研究[J].河南科學，2022，40（07）：1099-1107.

[19] 嚴超，魏顯權，方楊.瀝青混合料水穩(wěn)定性能評價方法研究[J].公路，2019，64（10）：29-33.

[8] 魏婷婷，顧坤，李文凱.城市生活垃圾焚燒底渣瀝青混合料路用性能研究[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2022，19（02）：61-69.