張彩利, 李天豪, 丁維哲, 王亦飛, 楊鳳雷, 孟慶營

(1.河北工業(yè)大學土木與交通學院, 天津 300401; 2. 天津市交通工程綠色材料技術(shù)工程中心, 天津 300401; 3.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司, 廣州 510420; 4.天津市凱曼德工程技術(shù)有限公司, 天津 300450)

超薄磨耗層通過在原路面攤鋪厚度不超過2.5 cm的熱拌瀝青混合料,起到修補中輕度裂縫、改善抗滑性能等作用。超薄磨耗層屬于非結(jié)構(gòu)性養(yǎng)護技術(shù),側(cè)重于恢復路表功能而不強求提升路面結(jié)構(gòu)承載能力,超薄磨耗層技術(shù)能夠有效減緩原路面結(jié)構(gòu)強度衰減,延長路面使用壽命,符合當前道路建設和養(yǎng)護需求[1-3]。

由于超薄磨耗層攤鋪厚度僅為常規(guī)瀝青路面厚度的1/4～1/3,集料粒徑更小且所提供的路表構(gòu)造深度更淺,在承受行車荷載時,其內(nèi)部產(chǎn)生的拉應力和剪應力更大,且瀝青膠結(jié)材料性能受限,應用過程中容易出現(xiàn)反射裂縫、脫皮、推移等病害[4],為改善超薄磨耗層功能屬性,中外道路工作者進行了一系列嘗試。

Cui等[5]重點研究超薄磨耗層UTWC-10(ultra-thin wearing course with nominal maximum size of 10 mm)的高溫穩(wěn)定性與抗滑性衰減趨勢。以主骨料填充法CAVF(course aggregate void filling)進行級配設計并在4.75～9.5 mm增設8 mm和6.7 mm兩個篩孔,通過與OGFC-7(open graded friction course with nominal maximum size of 7 mm)和超薄磨耗層開級配(NovaChip-B)的比較,發(fā)現(xiàn)UTWC-10動穩(wěn)定度遠大于OGFC-7和NovaChip-B,且 UTWC-10抗滑衰減性能最好,OGFC-7最差。關博文等[6]對鍛燒鋁礬土超薄磨耗層的路用性能及長期抗滑性能進行了研究。邱懷中等[7]采用玄武巖和3種鋼渣制備了4種超薄磨耗層SMA-5(stone mastic asphalt with nominal maximum size of 5 mm)混合料,并對其路用性能進行分析,研究表明鋼渣在超薄磨耗層中的應用能顯著提升混合料的抗滑性能和高溫穩(wěn)定性能,不會對其水穩(wěn)定性能和低溫性能造成實質(zhì)性不利影響。成高立等[8]分析了礦料級配對超薄罩面UTFC-10(ultra-thin friction course with nominal maximum size of 10 mm)高溫性能的影響,通過正交實驗分析了各篩孔通過率與空隙率、穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度的關系,提出了各篩孔通過率的取值范圍。李亞龍等[9]采用多碎石瀝青混合料SAC級配設計方法設計了超薄磨耗層用SAC-5瀝青混合料,并分析了空隙率對混合料路用性能的影響。朱振祥等[10]采用高黏彈苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene, SBS)改性瀝青設計了SMA-5瀝青混合料,將該瀝青混合料用于超薄磨耗層。陳樂平等[11]對比分析了3種高黏瀝青的路用性能,并將其應用于超薄罩面瀝青混合料中。賀玉瑩等[12]為進一步提升材料的黏結(jié)能力與耐久性,研發(fā)出一種高黏改性劑,使用該改性劑與SBS改性瀝青在合理剪切工藝下,制備出一種高黏改性瀝青,并對其高低溫性能進行了研究。Li[13]探究了SBS/廢橡膠粉復合改性瀝青的配方,從性價比的角度確定膠粉用量為15%,SBS改性劑為2%的復合改性瀝青。重點探究復合改性橡膠瀝青耐磨層ARAC-5(asphalt-rubberized asphalt concrete with nominal maximum size of 5 mm)的降噪性能。

上述研究表明,瀝青膠結(jié)料性能的提升和混合料級配的優(yōu)化設計,可以改善超薄磨耗層的路用性能,為此,借鑒SAC級配設計方法,以骨架密實結(jié)構(gòu)為基礎,采用高黏高彈改性瀝青,對超薄磨耗層用瀝青混合料進行設計,以延長超薄磨耗層的使用壽命。同時,分析不同級配、瀝青含量及粉膠比對高黏高彈瀝青混合料路用性能的影響,并確定相應的合理范圍,為骨架密實型高黏高彈瀝青混合料在超薄磨耗層的推廣應用提供理論指導。

1 實驗研究

1.1 原材料

采用自行研制的高黏高彈改性瀝青,各項性能指標如表1所示。粗集料選用內(nèi)蒙赤峰產(chǎn)玄武巖,細集料為產(chǎn)自唐山的石灰?guī)r,填料選用石灰?guī)r礦粉,礦料基本指標如表2、表3所示。

表1 高黏高彈瀝青技術(shù)指標Table 1 High-viscosity and high-elastic asphalt technical indicators

表2 集料性質(zhì)Table 2 Aggregate properties

表3 礦粉性質(zhì)Table 3 Mineral powder properties

1.2 高黏高彈瀝青混合料組成設計

超薄磨耗層攤鋪厚度一般不大于25 mm,為保證其結(jié)構(gòu)強度與抗滑性能,通常采用粗集料斷級配的骨架密實結(jié)構(gòu)。多碎石瀝青混合料SAC級配中,4.75 mm以上粗集料占比達60%～70%,但針對超薄磨耗層而言,4.75～9.5 mm檔集料粒徑范圍太大,原材料變異性增大直接造成集料的顆粒組成和力學性質(zhì)不穩(wěn)定,不僅影響混合料各項性能,同時增加施工難度。對此本研究級配設計時在4.75～9.5 mm新增7 mm與8 mm控制篩孔以減小級配范圍,確定公稱最大粒徑為7 mm,以8 mm為集料最大粒徑確保攤鋪厚度不大于15 mm。

SAC級配設計公式為

(1)

式(1)中:Pdi為篩孔尺寸di的通過量,%;Dmax為礦料的最大粒徑,mm;di為某篩孔尺寸,mm;A、B為系數(shù)。

SAC級配設計時常采用3個控制點,即公稱最大粒徑的通過率,粒徑4.75 mm與0.075 mm通過率。統(tǒng)一擬定7 mm篩孔通過率為95%,以礦粉填充骨架空隙的目的,將0.075 mm篩孔通過率設為8%,4.75 mm篩孔通過率分別設置為30%、35%和40%,得到粗、中、細3條級配,稱為級配一、級配二、級配三。聯(lián)立方程求解未知數(shù)A、B得到方程,隨后將各粒徑帶入便可得到各篩孔通過率,以級配一4.75 mm篩孔以下集料為例,將4.75 mm篩孔通過率30%和0.075 mm篩孔通過率8%代入式(1)得

(2)

聯(lián)立方程解得:A=30,B=0.318 617 3,可得細集料計算公式為

(3)

將各個篩孔代入式(3)計算便可得到各篩孔通過率,同理可得級配二與級配三各檔集料通過率。超薄磨耗層瀝青混合料級配如表4所示。

表4 超薄磨耗層瀝青混合料級配Table 4 The gradation of ultra-thin wearing course asphalt mixture

為保證集料骨架之間充分黏結(jié),提高超薄磨耗層使用壽命,本研究小粒徑骨架密實型瀝青混合料采用高瀝青用量設計,初擬油石比為7.3%,進行馬歇爾試驗。其中礦料加熱溫度為200 ℃,瀝青加熱溫度為185 ℃,拌和溫度≥180 ℃,擊實溫度170～180 ℃,雙面擊實50次,3種級配馬歇爾數(shù)據(jù)及搗實狀態(tài)下骨架間隙率(VCADRC)如表5所示。

表5 高黏高彈瀝青混合料馬歇爾技術(shù)指標Table 5 Marshall technical indicators of high-elastic and high-viscosity asphalt mixture

由表5可以看出,3種級配均滿足VCAmix≤VCADRC,表明3種級配瀝青混合料均屬于骨架密實結(jié)構(gòu)。為量化級配之間骨架嵌擠程度,采用劉中林提出的石石接觸度(stone-on-stone contact, SSC)指標來表征粗集料骨架密實性,具體計算公式參見文獻[14],計算得到各級配SSC如表5所示,可以看出,3種級配SSC均大于90%,屬于緊排骨架密實結(jié)構(gòu),其中,級配一～級配三骨架密實程度依次降低,級配一骨架密實程度最好,結(jié)合各項馬歇爾體積參數(shù)可以看出級配一～級配三,毛體積密度逐漸增大,空隙率逐漸下降,級配二與級配三空隙率在3%～4%,整體結(jié)構(gòu)更加密實。由于提高4.75 mm篩孔通過率,級配中細集料逐漸增多,對集料骨架空隙的填充作用更明顯,瀝青膠漿對集料骨架的黏結(jié)作用加強,從而使馬歇爾穩(wěn)定度上升,但集料骨架之間嵌鎖力下降一定程度上導致流值增大。

1.3 試驗方案

1.3.1 車轍試驗

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性通常以車轍試驗來評價。采用輪碾成型儀成型標準車轍板塊試件,隨后在常溫環(huán)境中放置不少于12 h,試驗開始前將試件連同試模一起放在恒溫箱中,在試驗溫度下保溫至少5 h后開始試驗。每一組試驗至少制備3塊車轍板,確保試驗數(shù)據(jù)變異系數(shù)小于20%時,取其平均值為最終結(jié)果。

1.3.2 低溫彎曲試驗

應用低溫小梁彎曲試驗評價混合料的低溫性能,以最大彎拉應變與彎曲勁度模量為評價指標。試驗儀器為MTS萬能試驗機,試驗過程及試件分別如圖1和圖2所示。

圖1 低溫彎曲試驗圖Fig.1 Low temperature bending test

圖2 低溫彎曲試件Fig.2 Low temperature bending test piece

1.3.3 疲勞試驗

采用以應變控制的矩形梁四點彎曲試驗進行疲勞性能評價,試驗儀器為MTS萬能試驗機,四點彎曲疲勞試驗試件如圖3所示。具體試驗步驟為:按照輪碾成型的方法成型瀝青混合料板塊試件,隨后將其切割成尺寸為380 mm(長)×63 mm(寬)×50 mm(高)的試件,待試件室內(nèi)常溫環(huán)境下自然晾干后,將試件放入15 ℃的試驗箱中至少4 h后進行試驗。應用恒應變控制的模式,加載頻率為10 Hz,在應變水平為1 000 με時開始試驗,以第50次加載循環(huán)時的勁度模量為初始勁度模量,當勁度模量下降為初始勁度模量的50%時終止試驗,以試驗終止時的荷載循環(huán)次數(shù)為該試件的疲勞壽命,采用疲勞壽命評價瀝青混合料疲勞性能。

圖3 四點彎曲疲勞試件Fig.3 Four-point bending fatigue test piece

2 結(jié)果與討論

2.1 高溫性能

2.1.1 級配對高溫性能影響

針對3種級配瀝青混合料,在油石比7.3%條件下,分別進行60 ℃車轍試驗,試驗結(jié)果如表6所示。

表6 3種級配高黏高彈瀝青混合料車轍試驗結(jié)果Table 6 Rutting test results of three kinds of gradation high viscosity and high elasticity asphalt mixture

從表6可以看出:高黏高彈瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫抗變形能力,3種級配混合料動穩(wěn)定度均遠大于規(guī)范要求的3 000 次/mm,其中級配三動穩(wěn)定度最大,達到9 350 次/mm,級配二稍差,級配一最小。對于高黏高彈瀝青混合料而言,粗集料骨架嵌擠程度與動穩(wěn)定度之間并不呈正相關關系。分析其原因可能是,首先,3種瀝青混合料均為骨架密實結(jié)構(gòu),且均為緊排骨架密實結(jié)構(gòu),此時骨架嵌擠程度不再是影響混合料動穩(wěn)定度的決定因素;其次,車轍變形屬于材料的黏性變形,改善瀝青黏度有助于提高混合料動穩(wěn)定度,高黏高彈瀝青自身具有足夠的黏度,溫度敏感性低,對集料嵌擠點的穩(wěn)固約束作用更明顯,因此混合料抗剪切能力更好。最后,級配一～級配三瀝青混合料的空隙率逐漸下降,試件內(nèi)部顆粒間的接觸點越多,綜合強度越高,在承受輪碾荷載時車轍形變量更小,動穩(wěn)定度越大。

2.1.2 溫度變化對高溫性能影響

針對3種級配瀝青混合料,分別在60、80 ℃進行車轍試驗,結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同溫度下動穩(wěn)定度Fig.4 Dynamic stability at different temperatures

由圖4可知,隨著試驗溫度升高,級配一～級配三的動穩(wěn)定度分別下降了28.6%、28.2%、37.0%,但在80 ℃時3種級配混合料動穩(wěn)定度均大于5 500 次/mm,表明高黏高彈瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫抗變形性能。研究表明,瀝青混合料抗車轍性能由集料之間的嵌鎖力和瀝青的黏聚力構(gòu)成,集料間嵌鎖力隨溫度變化較小,而瀝青的黏聚力隨溫度升高而下降明顯,對瀝青混合料抗車轍性能的貢獻大幅減小,溫度超過軟化點之后,混合料抗車轍性能主要依靠集料之間的嵌鎖力提供[15]。因此,高溫條件下,采用高軟化點瀝青膠結(jié)料可以有效提高混合料抗車轍變形能力。本研究使用的高黏高彈瀝青PG高溫等級為PG88,軟化點為97.8 ℃,在80 ℃時,瀝青尚未達到軟化點而具有較好的黏聚力,且骨架密實結(jié)構(gòu)使集料骨架具有良好的嵌鎖力,因此骨架密實型高黏高彈瀝青混合料表現(xiàn)出良好的高溫性能。

2.1.3 瀝青用量對高溫性能的影響

在60 ℃試驗條件下,以級配三瀝青混合料為對象,改變油石比分別進行車轍試驗,試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 瀝青用量對高溫性能的影響Fig.5 Influence of asphalt content on high temperature performance

從圖5可以看出,高黏高彈瀝青混合料動穩(wěn)定度隨油石比呈凸拋物線變化,油石比為7.6%時達到峰值。表明針對高黏高彈瀝青混合料而言,在油石比7.6%時,瀝青對集料骨架的約束能力最強,混合料高溫性能最好。此后繼續(xù)增大油石比,集料表面自由瀝青對骨架的潤滑作用越明顯,集料顆粒間的內(nèi)摩擦阻力降低,導致瀝青混合料在承受輪碾荷載時抗變形能力明顯下降。根據(jù)試驗結(jié)果及經(jīng)濟角度考慮,建議高黏高彈瀝青混合料油石比不大于7.9%。

2.1.4 密實度對高溫性能影響

通過改變碾壓次數(shù)得到不同空隙率的車轍試件并進行60 ℃車轍實驗,結(jié)果如圖6所示。

圖6 密實度對高溫性能影響Fig.6 Influence of compactness on high temperature performance

由圖6可知,隨著輪碾次數(shù)增加,試件空隙率降低,動穩(wěn)定度增加。當輪碾次數(shù)從4次上升到8次時,空隙率下降最明顯,從8次提升到12次時,動穩(wěn)定度增加最明顯,此后增加輪碾次數(shù)對動穩(wěn)定度提升較小,此時空隙率在3%～4%,高黏高彈瀝青混合料綜合高溫性能最優(yōu)。高黏高彈瀝青混合料經(jīng)初步壓實便具有良好的高溫穩(wěn)定性,當輪碾4次時,試件動穩(wěn)定度便達到7 800 次/min。這首先是因為高黏高彈瀝青混合料為骨架密實結(jié)構(gòu),粗集料占總集料的70%以上且粗集料粒徑相對均勻,有利于在初步壓實后便形成密實骨架;其次高黏高彈瀝青對集料骨架的約束作用更強,因此混合料在承受車輪荷載時抗變形能力更好。

2.1.5 粉膠比對高溫性能影響

車轍試件碾壓成型過程中碾壓次數(shù)為8次。通過調(diào)整0.075篩孔通過率來改變粉膠比,0.075 mm篩孔通過率為8%、6%、4%、2%時,粉膠比約為1.33、1.01、0.68、0.35。不同粉膠比高黏高彈瀝青混合料高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果如圖7所示。

圖7 粉膠比對高溫性能的影響Fig.7 Influence of filler-asphalt ratio powder to rubber ratio on high temperature performance

由圖7可知,高黏高彈超薄瀝青混合料動穩(wěn)定度隨粉膠比降低呈現(xiàn)出凸拋物線變化,但總體動穩(wěn)定性變化幅度較小,表明粉膠比變化對高黏高彈瀝青混合料高溫性能影響較小。粉膠比變化對動穩(wěn)定度的影響體現(xiàn)在膠漿中瀝青性質(zhì),在最佳粉膠比之前,增大粉膠比會促使礦料表面的自由瀝青轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)瀝青,結(jié)構(gòu)瀝青可以提供較強的黏結(jié)力和穩(wěn)定性,改善瀝青膠漿高溫穩(wěn)定性。但粉膠比過大,多余的礦粉反而起到阻隔作用,膠漿中瀝青相對含量變小,瀝青膠漿對集料骨架的約束作用減小導致混合料動穩(wěn)定度下降。試驗表明,當粉膠比為1.0時,高黏高彈瀝青混合料高溫性能最好。

2.2 低溫性能

2.2.1 級配對低溫性能影響

針對3種級配瀝青混合料在-10 ℃溫度下進行低溫彎曲試驗,結(jié)果如表7所示。

表7 3種級配瀝青混合料低溫彎曲試驗數(shù)據(jù)Table 7 Low temperature bending test data of three gradation asphalt mixtures

從表7可以看出,高黏高彈瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性,3種混合料彎拉應變均大于2 800 με,其中級配一混合料的彎拉應變最大,級配二表現(xiàn)最差。原因在于相同瀝青用量下,級配一～級配三瀝青混合料的瀝青膜厚度依次遞減,較厚的瀝青膜厚度有助于改善瀝青混合料柔韌性,提高低溫性能;級配一～級配三的骨架嵌擠程度依次減弱,在承受荷載破壞時,嵌擠骨架一定程度上有助于消耗荷載傳遞;級配一內(nèi)部微空隙發(fā)達,應力松弛能力更強,因此,級配一瀝青混合料低溫性能最好。

2.2.2 瀝青用量對低溫性能影響

以級配三為對象,對不同瀝青用量下的高黏高彈瀝青混合料進行低溫性能試驗,結(jié)果如圖8所示。

圖8 瀝青用量對低溫性能影響Fig.8 Impact of asphalt content on low temperature performance

由圖8可知,隨著油石比的增加,高黏高彈瀝青混合料的最大彎拉應變逐漸增加,彎曲勁度模量總體呈現(xiàn)減小趨勢。油石比從7.0%逐步增加到7.9%的過程中,最大彎拉應變分別增加了13.6%、29.9%和18.9%,彎曲勁度模量先增加了1.9%,隨后分別降低了29.1%和10.5%,說明增加瀝青用量可以提高混合料低溫性能,且當油石比從7.3%增加到7.6%時,低溫性能提升最明顯。原因是增加瀝青用量會提高裹覆于集料表面的瀝青膜厚度,使瀝青混合料具有更好的柔韌性和抗沖擊性,在承受荷載破壞時彎拉應變增大。綜合不同瀝青用量下的低溫彎曲試驗結(jié)果及考慮經(jīng)濟角度,建議高黏高彈超薄瀝青混合料最佳油石比為7.6%。

2.2.3 粉膠比對低溫性能影響

固定油石比為7.3%,不同粉膠比下級配三瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果如圖9所示。

圖9 粉膠比對低溫性能的影響Fig.9 Influence of filler-asphalt ratio on low temperature performance

由圖9可知,隨著粉膠比降低,高黏高彈瀝青混合料在承受低溫彎曲破壞時的最大彎拉應變提升,彎曲勁度模量下降,抗彎拉強度下降。原因在于粉膠比降低,瀝青膠漿中結(jié)構(gòu)瀝青減小,瀝青膠漿流動性和柔性提高,因此混合料在低溫時的柔韌性增大。通過對比不同粉膠比下高黏高彈瀝青混合料的低溫性能試驗,發(fā)現(xiàn)混合料在具有高強度時,材料自身抗變形能力減小。當粉膠比在1.0時,高黏高彈瀝青混合料兼具高強度與大變形能力,綜合低溫性能表現(xiàn)最佳。

2.3 水穩(wěn)定性

2.3.1 級配及油石比對殘留穩(wěn)定度影響

對不同瀝青用量下的3種級配瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗,結(jié)果如圖10所示。

圖10 瀝青用量及級配變化對殘留穩(wěn)定度的影響Fig.10 Effects of asphalt content and gradation changes on residual Stability

由圖10可以看出,高黏高彈瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性,3種級配殘留穩(wěn)定度均大于85%,原因在于高黏高彈瀝青混合料整體密實度較大,且具有較厚的瀝青膜裹覆于集料骨架,其集料表面瀝青膜厚度約為10 μm,均展現(xiàn)出良好的抗水損害能力。

3種高黏高彈瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨著油石比的增加而提高。相同瀝青用量下,級配三混合料的殘留穩(wěn)定度最大,級配一稍差,級配二最小。因為增加瀝青用量,混合料內(nèi)部空隙被瀝青膠漿進一步填充,裹覆于集料表面瀝青膜厚度增加,在浸水環(huán)境下瀝青-集料界面的抗水損害能力加強。其中級配三混合料空隙率最小,水分對集料表面瀝青膜的侵蝕作用效果最小,因此抗水損害能力最好。

2.3.2 粉膠比對凍融劈裂強度影響

固定油石比為7.3%,對級配三瀝青混合料進行凍融劈裂試驗,結(jié)果如圖11所示。

RT1為瀝青混合料試件在常規(guī)條件下的劈裂強度,MPa;RT2為試件經(jīng)過凍融循環(huán)后在規(guī)定條件下的劈裂強度,MPa;TSR為瀝青混合料試件的凍融劈裂強度比,%圖11 粉膠比對凍融劈裂強度的影響Fig.11 Effect of filler-asphalt ratio on freeze-thaw splitting strength

從圖11可知,降低粉膠比,高黏高彈瀝青混合料凍融前劈裂強度下降,而凍融后劈裂強度與凍融劈裂強度比均隨礦粉用量減少呈凸拋物線變化,在0.075 mm篩孔通過率為6%,即粉膠比約為1.0時出現(xiàn)峰值。從凍融劈裂試驗可知,高黏高彈瀝青混合料抗凍融循環(huán)能力在粉膠比為1.0時最好,結(jié)合浸水馬歇爾試驗,建議高黏高彈瀝青混合料粉膠比范圍控制在0.8～1.2,此時混合料的水穩(wěn)定性能最好。

2.4 抗疲勞性能

采用應變控制的四點彎曲疲勞試驗,對3種級配高黏高彈瀝青混合料耐疲勞性進行評價,結(jié)果如圖12所示。

圖12 不同級配疲勞壽命Fig.12 Fatigue life of different gradation levels

從圖12可知:相同試驗條件下,不同級配類型混合料的疲勞壽命差異較大。級配一～級配三疲勞壽命依次增加,級配三混合料的疲勞壽命超過2×105,是級配一疲勞壽命的3.3倍,是級配二疲勞壽命的2.1倍,級配三混合料的抗疲勞性能最好。一般而言,瀝青混合料的疲勞壽命隨混合料空隙率的降低而顯著增長[16]?？障堵试酱?混合料內(nèi)部的空隙和微裂縫就越多,在荷載反復作用下微裂縫越能快速擴展破壞,使其疲勞性能降低。3種混合料的初始勁度模量從級配一到級配三依次增大,級配二與級配三混合料的初始勁度模量相較于級配一分別增加了10.6%和19.2%。這是因為從級配一到級配三,瀝青混合料的密實度依次加大,抵抗荷載的能力也依次加強,因此初始勁度模量依次增加。

2.5 抗滑、抗?jié)B性能

分別采用手工鋪砂法和滲水試驗測定超薄磨耗層的構(gòu)造深度和滲水系數(shù),結(jié)果如表8所示。

表8 構(gòu)造深度和滲水系數(shù)Table 8 Structural depth and seepage coefficient

由表8可知,得益于骨架密實結(jié)構(gòu),3種級配設計的超薄磨耗層具有良好的抗滑性能,均滿足構(gòu)造深度不小于0.55 mm的規(guī)范要求,級配一粗集料含量最多,抗滑性能最好。3種混合料抗?jié)B性能差別巨大,級配一滲水系數(shù)最大,級配二滲水很小,級配三幾乎不滲水。由于級配一空隙率最大且內(nèi)部空隙相互連通,表現(xiàn)出良好的排水性能,其滲水系數(shù)大于《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50—2017)要求的80 mL/min[17],不滿足高等級路面建造要求,可用于公園路面或城市排水路面等其他以迅速排水為目的的路面;級配二與級配三空隙率較小,其中級配三基本上不滲水,表現(xiàn)出優(yōu)良的抗?jié)B性能,滿足高等級路面抗?jié)B要求。

3 結(jié)論

借鑒SAC級配,采用高黏高彈改性瀝青為膠結(jié)料研制骨架密實型高黏高彈瀝青混合料,致力于減少超薄磨耗層早期病害,提高其使用壽命。得出如下主要結(jié)論。

(1)骨架密實型高黏高彈瀝青混合料表現(xiàn)出良好的路用性能,其中高溫性能優(yōu)勢明顯,在水穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗滑性方面表現(xiàn)良好,可用于高等級路面預防性養(yǎng)護工程。

(2)在4.75～9.5 mm篩孔增設7、8 mm篩孔,不僅可以降低超薄磨耗層攤鋪厚度,同時確保粗集料更加均勻,有利于骨架結(jié)構(gòu)的形成與抗車轍能力的提升。

(3)當SSC>90%時,骨架嵌擠程度不再是決定骨架密實型高黏高彈瀝青混合料高溫性能的最關鍵因素,而是受瀝青性能與空隙率等因素綜合作用的影響。

(4)建議用于超薄磨耗層的骨架密實型高黏高彈瀝青混合料油石比為7.3%～7.9%,最佳粉膠比在0.8～1.2,此時混合料綜合性能最優(yōu)。

(5)應變水平1 000 με的條件下,骨架密實型高黏高彈瀝青混合料疲勞壽命可達2×105次以上,具有良好的抗疲勞性能,有助于延長超薄磨耗層使用壽命。