蘇 忠 高

(福建博海工程技術(shù)有限公司，福建 福州，350009)

不同類型超薄層瀝青混合料的水穩(wěn)定性研究

蘇 忠 高

(福建博海工程技術(shù)有限公司，福建 福州，350009)

采用浸水車轍試驗和凍融劈裂試驗分別評價了Type-B(美國級配)、改良型SMA-10、OGFC-10 這3種級配和SBS改性瀝青、普通瀝青+8%抗車轍劑和高黏彈瀝青3種結(jié)合料組成的9種超薄層瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗結(jié)果表明：有5種超薄層瀝青混合料，即Type-B SBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10 SBS改性瀝青混合料、Type-B高黏彈瀝青混合料、改良型SMA-10高黏彈瀝青和OGFC-10高黏彈瀝青混合料滿足現(xiàn)有規(guī)范對水穩(wěn)定性的要求，其中改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料的綜合性能最優(yōu)，其條件前后的車轍動穩(wěn)定度不僅分別是其他8種混合料的2.0～4.5倍和2.0～4.7倍。推薦該混合料用于重要的城市主干道、高速公路或重交通道路路面的預(yù)防性養(yǎng)護或維修。

道路工程；超薄層瀝青混合料；水穩(wěn)定性；浸水車轍試驗；凍融劈裂試驗

0 引 言

超薄層瀝青路面具有良好的抗滑性、排水性、降噪性并可以在雨天減少水霧，提高行車明視度等特點并具有抗變形能力好，使用耐久，施工維護成本低等優(yōu)點，在高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護和城市道路路面功能恢復(fù)等用途中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。但超薄層瀝青路面由于厚度僅為1.5～2.5 cm,空隙率大，一般10%以上，骨料露于表面，在汽車荷載作用下，浸入瀝青混合料骨料間的水會不斷產(chǎn)生水壓和泵吸循環(huán)作用，從而淘洗和剝離黏附在集料表面的黏結(jié)材料，使瀝青混合料散失黏結(jié)性而松散、掉粒，形成坑槽、坑洞甚至大面積的破壞。因此超薄層瀝青路面的水穩(wěn)定性問題越來越引起路面工作者的高度重視[4-6]。

對瀝青混合料或超薄層瀝青混合料的抗水損害能力的評價，目前國內(nèi)外主要采用傳統(tǒng)的非定量的水煮法、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂法或Lottman(AASHTO T283方法)。比如：P．J．Frazier等[6]、劉朝暉等[7]、薛國強[8]、程永春等[9]均只采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂法研究了超薄層瀝青混合料的水穩(wěn)定性。雖然T．Aschenbrener[10]和李進等[11]采用Hamburg車轍儀研究了瀝青混合料的永久變形，但并沒有比較未浸水和浸水兩種條件下的變化趨勢。國外學者F．J．Pretorius等[12]、H．Musty等[13]、T．M．Gilbert等[14]和I．I．AI-Qadi等[15]也只根據(jù)工程應(yīng)用現(xiàn)狀評價了超薄層瀝青路面的抗開裂性能、抗滑性能、抗疲勞性能和水損害性能。而采用浸水車轍試驗方法研究超薄層瀝青混合料的水穩(wěn)定性只有少量報道，如石蕾[16]、楊毅[17]和李雙艷[18]采用浸水車轍試驗方法分別研究了不同結(jié)合料類型、不同荷載強度和不同空隙率對橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性的影響。

浸水車轍試驗的水穩(wěn)定性評價方法是以試件條件前后的物理或力學指標的衰變程度來表征，是模擬汽車在雨天瀝青路面有水或積水情況下反復(fù)碾壓，汽車輪壓擠壓水產(chǎn)生動水壓力并對裹覆在骨料上的黏結(jié)材料受到?jīng)_刷作用，使黏結(jié)材料膜被剝離，從而導致瀝青混合料松散、骨料脫落等現(xiàn)場狀況來評價瀝青混合料抗水損害的能力。

筆者結(jié)合福州市近年的舊路路面提升改造工程需要，分別采用凍融劈裂法和浸水車轍試驗方法研究了Type-B、改良型SMA-10、OGFC-10 等3種級配和SBS改性瀝青、普通瀝青+8%抗車轍劑和高黏彈瀝青3種結(jié)合料組成的9種瀝青混合料的抗水損害性能，以便為工程優(yōu)選出一種既環(huán)保又經(jīng)濟和性能優(yōu)良的超薄層瀝青混合料。

1 材料性能及試驗

1.1 材料性能

3種黏結(jié)材料的性能列于表1。3種混合料用集料均為玄武巖，填料為石灰?guī)r磨細礦粉，其性能指標均滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)[19]的要求。纖維采用木質(zhì)素纖維，質(zhì)量滿足《規(guī)范》要求。

1.2 關(guān)于級配的選用

筆者選用的3種公稱粒徑10的級配都偏粗，目的是為確保超薄層瀝青混合料的空隙率大于10%，有利于排水、降低行車水霧、降噪和提高抗滑能力等方面的性能。同時粗集料集中，鋪筑出的路面看起來會均勻美觀。

表1 研究用3種結(jié)合料的性能指標Table 1 Properties of 3 binders for research purpose

1.3 級配及最佳油石比

瀝青混合料用級配見表2。不同結(jié)合料與級配組合的9種混合料的馬歇爾性能及最佳油石比見表3。

表2 研究用3種級配Table 2 3 gradings for research purpose

注：Type-B為美國級配。

表3 9種瀝青混合料的馬歇爾試驗結(jié)果及最佳油石比Table 3 The Marshall results and optimum asphalt-aggregate proportion for the 9 asphalt mixtures

1.4 常規(guī)車轍試驗和浸水車轍試驗

浸水車轍試驗(稱為條件后)是將試件置于車轍試驗儀中在 60 ℃空氣溫度下保溫 6 h，再放入60 ℃水槽中，試件浸水深度1.5 cm，恒溫 30 min后進行浸水車轍試驗。浸水車轍試驗的步驟和數(shù)據(jù)采集與常規(guī)車轍試驗(稱為條件前)一致。9種混合料條件前后的車轍試驗結(jié)果匯總于表4。

表4 車轍試驗和浸水車轍試驗結(jié)果匯總Table 4 Summary of results from normal rutting test and immersion rutting test

注：空隙率為輪碾試件的空隙率。

1.5 凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗按照規(guī)范要求進行試驗。試驗結(jié)果見表5。

表5 凍融劈裂試驗結(jié)果Table 5 Freeze-thaw splitting test results

注：空隙率為擊實試件空隙率。

2 分析與討論

2.1 油石比及其影響

從表3結(jié)果看出，3種級配的油石比差別較大，改良型SMA-10的油石比最高，OGFC-10的油石比最低，Type-B的油石比則介于兩者之間。但級配相同時，不同結(jié)合料的油石比差異不大。顯然，從動穩(wěn)定度和凍融劈裂強度結(jié)果表明，改良型SMA-10高的油石比不僅對高溫穩(wěn)定性沒有影響，還顯著提高了抗水損害能能力。從而說明為了提高超薄路面的耐久性，有必要選擇合適的級配以提高結(jié)合料的用量。

2.2 級配類型的影響

從表4的結(jié)果表明，無論是條件前還是條件后的動穩(wěn)定度和凍融劈裂強度，級配類型對高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性都有影響。當結(jié)合料相同時，改良型SMA-10的動穩(wěn)定度和凍融劈裂強度都最高，其次是Type-B，OGFC-10最低。而且不同級配的混合料條件后的動穩(wěn)定度和凍融劈裂強度降低幅度差異相對較大，其中OGFC-10混合料的降低最顯著，其次是Type B混合料，改良型SMA-10混合料的最小。這表明級配類型對水損害的影響較大。其原因是改良型SMA-10混合料由于級配組成最佳，加之纖維的增強增韌作用以及能容納較高的結(jié)合料用量，結(jié)構(gòu)組成的空隙率處于合理狀態(tài)，所以表現(xiàn)出優(yōu)良的綜合路用性能；而OGFC-10混合料恰恰不具備改良型SMA-10混合料的上述優(yōu)點，所以表現(xiàn)出的綜合路用性能較差。

2.3 結(jié)合料的影響

當級配相同時，在最佳油石比下，高黏彈瀝青結(jié)合料的動穩(wěn)定度最高，動穩(wěn)定度接近后兩者的5倍。SBS改性瀝青的其次，而70#重交瀝青+0.8%抗車轍劑復(fù)合結(jié)合料的最低。后兩者結(jié)合料由于黏度差不多，動穩(wěn)定度差異不大。

在水穩(wěn)定性方面，也是結(jié)合料黏度越高的混合料，條件前后的動穩(wěn)定度絕對值越大，而且降低幅度越小；劈裂強度雖然絕對值不高，但條件前后的降低幅度也越小。這充分反映了黏度高、彈性好的瀝青結(jié)合料和改良的SMA級配相組合可獲得顯著的抗車轍能力和抗水損害性能。

但總體上，兩種實驗方法評價的結(jié)果表明有5種超薄層瀝青混合料即Type BSBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10SBS改性瀝青混合料、Type-B高黏彈瀝青混合料、改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料和OGFC-10高黏彈瀝青混合料的水穩(wěn)定性滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。其中改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料的綜合性能最優(yōu)，比如條件前后的車轍動穩(wěn)定度分別是其他8種混合料的2.0～4.5倍和2.0～4.7倍。

因此，建議對超薄路面的混合料設(shè)計時，不僅要重視選用適合的結(jié)合料，還要重視級配類型的設(shè)計和選用。并通過合理的級配類型設(shè)計和結(jié)合料選用來提高混合料的油石比，從而提高超薄路面的耐久性。

3 結(jié) 論

通過浸水車轍試驗和凍融劈裂試驗，研究了3種結(jié)合料和3種級配組成的9種混合料的水穩(wěn)定性能，結(jié)果表明：

1)級配類型和結(jié)合料種類是影響超薄層瀝青混合料水穩(wěn)定性的主要因素。根據(jù)兩種實驗方法評價的結(jié)果，滿足現(xiàn)有規(guī)范對水穩(wěn)定性要求的超薄層瀝青混合料有5種類型，分別是Type BSBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10SBS改性瀝青、Type-B高黏彈瀝青混合料、改良型SMA-10高黏彈瀝青和OGFC-10高黏彈瀝青混合料。其中改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料的綜合性能最優(yōu)，比如條件前后的車轍動穩(wěn)定度分別是其他8種混合料的2.0～4.5倍和2.0～4.7倍。

2)對超薄路面的混合料設(shè)計，不僅要重視選用適合的結(jié)合料，還要重視級配類型的設(shè)計和選用。并通過合理的級配類型設(shè)計和結(jié)合料選用來提高混合料的油石比，從而提高超薄路面的耐久性。

3)鑒于滿足現(xiàn)有規(guī)范對水穩(wěn)定性要求的超薄層瀝青混合料有5種。因此在實際工程中，可根據(jù)道路的重要性、交通量和交通荷載、氣候條件和投資等，合理選用超薄層瀝青混合料。比如對重要的城市主干道、高速公路或重交通道路的預(yù)防性養(yǎng)護或維修，可選擇綜合性能優(yōu)的改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料。

4)鑒于采用浸水車轍試驗方法來評價瀝青混合料的抗水損害性能的研究報道不多，考慮到目前采用浸水車轍試驗方法設(shè)置的條件不夠嚴酷，無法顯著區(qū)分瀝青混合料的結(jié)合料和級配變化產(chǎn)生的影響。因此用浸水車轍試驗方法來評價瀝青混合料的試驗方法有待進一步研究。

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Study of Water Stability of Different Asphalt Mixtures for Ultra-Thin Surfacing Layer

SU Zhonggao

(Fujian Bohai Engineering Technology Co., Ltd, Fuzhou 350009, Fujian, P. R. China)

By performing immersion rutting test and freeze-thaw splitting test, the water stability of nine different asphalt mixtures for ultra-thin surfacing layer was studied. The said nine asphalt mixtures were made respectively by three gradations (namely Type-B with USA gradation, improved SMA-10 and OGFC-10) and with three binders (namely SBS modified asphalt, common asphalt + 8% anti-rutting agent and highly viscoelastic asphalt). The test results show that five types of asphalt mixture for ultra-thin surfacing layer (namely Type-B SBS modified asphalt mixture, improved SMA-10 SBS modified asphalt mixture , Type-B highly viscoelastic asphalt mixture, improved SMA-10 highly viscoelastic asphalt mixture and OGFC-10 highly viscoelastic asphalt mixture ) meet China’s prevailing specification for water stability of asphalt mixtures.Among them the improved SMA-10 highly viscoelastic asphalt mixture demonstrated optimal general performance with both rut dynamic stability and the immersion rutting dynamic stability 2.0～4.5 times and 2.0～4.7 times that of other eight mixtures and is thus recommended for use in pavement protective maintenance or repair of key urban artery, expressway or road of heavy traffic.

road engineering; ultra-thin layer asphalt mixture; water stability; water immersion rutting test; freeze-thaw splitting test

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.02.10

2015-01-07；

2015-03-11

蘇忠高(1965—)，男，福建建甌人，教授級高級工程師，碩士研究生，主要從事建設(shè)工程質(zhì)量管理和路橋結(jié)構(gòu)方面的研究。E-mail：RCJC@sina.com。

U416.217

A

1674-0696(2016)02-040-05