公路养护中超薄磨耗层配比设计及路用性能分析_尉北兰.pdf

2023 年第 1 期(总第 347 期)黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo1，2023(Sum No347)公路养护中超薄磨耗层配比设计及路用性能分析尉北兰(内蒙古乌海市公路养护中心，内蒙古 乌海016000)摘要:随着公路通车运行时间增加，沥青路面会产生裂缝、车辙、坑槽等常见病害，为防止病害的进一步发生，延长道路使用寿命，需采取有效的路面养护措施。研究对沥青公路养护中超薄磨耗层原材料、配比设计以及路用性能进行试验分析，试验结果表明:在原材料和配合比合适的情况下，超薄磨耗层具有优异的路用性能，可有效延长沥青路面的使用寿命。关键词:沥青路面;养护;超薄磨耗层;路用性能;渗水性能;抗滑性能中图分类号:U416 1文献标识码:A文章编号:1008 3383(2023)01 0024 03收稿日期:2022 03 10作者简介:尉北兰(1967)，女，内蒙古乌海人，本科，高级工程师，研究方向:公路工程及养护管理1原材料选择沥青质量的好坏直接影响沥青路面的通行能力及耐久性。超薄磨耗层作为路面最上层的结构，长期受到车辆、行人及自然环境的影响，其沥青材料需 要 具 有 较 好 的 包 裹 性、附 着 性 及 抗 剥 落性1 4。因此，试验选择软化点及 60 粘度指标较高的改性沥青作为超薄磨耗层的沥青材料，技术指标如表 1 所示。表 1超薄磨耗层沥青技术指标指标技术要求试验方法试验结果针入度(25，100 g，5 s)50T0604557针入度指数 PI0T060408延度 5，5 cm/min25T060549软化点 TB70T060689运动粘度，135 3T0625260 动力粘度/(Pas)25 000T062528 00048 h 离析/25T066108弹性恢复(25)/%70T066287 63TFOT 试验后残留物质量改变/%10T061003延度(5，5 cm/min)/cm15T060523针入度比(25)/%60T0604862选取的粗集料表面应当光洁，具有一定的粗糙度、强度及耐磨性能，因此尽量采用玄武岩、辉绿岩等磨光值高的石料作为超薄磨耗层的粗集料。粗集料的性能参数如表 2 所示。表 2粗集料的性能参数项目技术要求检测方法试验结果视密度/(gcm3)26T03042847磨耗损失/%28T0317114吸水率/%2T03041 22磨光值/BPN42T032148对沥青粘附性(级)5T06166矿粉的使用除了可以让沥青在其表面形成具有较强附着力的薄膜之外，还能增加沥青集料与集料间的附着作用，同时起到填充多余孔隙的效果。因此，作为路面超薄磨耗层的矿粉可经石灰岩或岩浆中等憎水性石料获取。经试验，选取石灰岩研磨后得到的表面清洁的矿粉。依据公路沥青路面施工技术规范(JTGF40 2018)中对矿粉的各项要求，兼顾沥青路面的特点，确定出沥青路面超薄磨耗层对矿粉的参数要求，具体各项指标和检测结果如表 3 所示。表 3矿粉技术指标项目单位技术标准试验结果表观密度t/m3262 8606 mm%100100粒度范围015 mm%90 1009720075 mm%75 100814表面情况无团粒结块无团粒结块2级配与配合比设计沥青路面超薄混凝土厚度偏低，集料以小粒径为主5。若以连续型密级配的细粒式沥青混凝土作为主要材料，则其抗滑性能、构造深度等难以满足路用性能的需要。为此，试验选用粗集料断级配密实型的沥青混凝土作为主要材料，在分析了沥青路面超薄混凝土的基础上，通过马歇尔试验，得出最优的级配曲线，矿料级配区间如表 4 所示。试验结果表明，集料设计均满足相关技术指标的要求。试验中集料的级配组成为:型(0 4 75 mm)，型(4 75 9 5 mm)，型(9 5 13 2 mm)加上矿粉的组合，矿料级配组成如表 5所示。42DOI:10.16402/ki.issn1008-3383.2023.01.004第 1 期尉北兰:公路养护中超薄磨耗层配比设计及路用性能分析总第 347 期表 4矿料级配区间级配筛孔尺寸/mm161329 54 7523611806030150 075级配上限100100803530251813118级配中值1009775302511815876级配下限10087652521169653表 5矿料级配组成集料通过筛孔的质量百分率/%0 0750 150 30 61182364759513216掺入比例(0 475 mm)8 511 918733061287410010010010026%(475 95 mm)1 2121 11 110133294610010037%(95 132 mm)0010 20 407091095410010033%矿粉86 09309701001001001001001001004%级配上限89131522323480100100级配中值689 5111825317590100级配下限4 566 5813 524266585100合成级配6 2839 713521 02733165895100试验分为 3 5%、4 0%、4 5%、5 0%、5 5%等五组油石比类别，每组选取 5 个试件，击实 80 次成型后，通过马歇尔试验确定配合比方案。试验结果如表 6 所示。表 6沥青混凝土超薄层马歇尔试验结果油石比/%VV/%VMA/%VFA/%稳定度/kN流值/(01 mm)3 5%12851903817 131834 0%102619354698 062244 5%81418 65708822315 0%72219 46018752795 5%69419 6637834286由表 6 分析确定最佳油石比为 4 3%，并通过进一步试验得到对应油石比情况下沥青混合料的技术参数，如表 7 所示。表 7油石比 4 3%混合料技术参数技术指标试验参数最佳油石比43%毛体积密度2374 g/cm3稳定度883 kN流值 01 mm267VV9%VMA212%VFA579%试验采用贝雷法设计沥青混合料级配，通过捣实试验和孔隙率计算，合成符合要求的级配，再通过路用性能试验，确定最佳级配如表 8 所示。通过成型 SGC 试件测得不同级配在不同油石比下的空隙率，综合各试验结果，油石比为 4 3%时，级配1 的综合路用性能最佳。4 3%油石比下的级配 1与级配2 混合料汉堡车辙曲线如图1 所示。表 8合成级配级配类型通过下列筛孔的质量百分率/%31526519161329547523611806030 150 075AM 25 上限1009885635029181510764AM 25 下限100705032206632111级配 1(断 4 75)10094877860139833420 21531188256473 9级配 2(断 9 5)10092375952831930615 112394854463 2在进行沥青路面超薄层混合料设计时，为满足其路用性能的需求，在设计过程中，应采用粒径较小、具有一定粗糙度及长寿命、抗剥落能力强的原材料。并有针对性地进行级配及配合比优化，确定出最佳方案。3路用性能研究3 1高温稳定性温度是影响沥青混合料性能的关键因素，随着温度的升高，沥青混合料粘性逐渐增加，在外部条件作用下，受到剪力的影响，容易导致车辙的形成，极大地影响了行车的稳定性与舒适性。试验采用车辙试验对沥青路面超薄层的混合料进行高温稳定性分析，试验结果如表 9 所示。表 9车辙试验技术指标序号动稳定度/(次/mm)每组试件均值Cv/%试验温度/轮胎力/MPa13 64523 8213 68437600 8233 587规范要求动稳定度3 000 次/mm从表 9 中的分析结果可知，当试验温度为52总第 347 期黑龙江交通科技第 1 期图 14 3%油石比下的级配 1 与级配 2 混合料汉堡车辙曲线60，采用 5%6%油石比的情况下，沥青路面超薄层所用混合料的动稳定度均值为 3 684 次/mm，满足相关规范的技术要求。3 2抗冻性能试验 公路工程抗冻设计与施工技术指南 中对沥青表层混凝土抗冻性能作出如下规定，如表10 所示。表 10抗冻性能指标抗冻级别10 次冻融循环残留劈裂强度比/%中、重冻区的高速、一级公路50中、重冻区的二级公路，轻冻区二级及以上公路40试件分成常温组和真空组。常温组在室内环境下进行，另一组采用真空饱水，先在 16 中放置18 h，随后取出试件，放置于60 水中恒温24 h，最后在25 水中恒温放置2 h，加载速率为50 mm/min。经过测试和计算后，试验结果如表11 所示。表 11抗冻性试验结果循环次数T1/MPaT2/MPaTS/%60 7406173 6120 7604756 1试验结果表明，该超薄层沥青混合料的抗冻性参数满足相关规范对极端天气下的路用抗冻融性的要求，可在极端气候地区采用。3 3渗水性能依据 公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20 2011)，利用道路路面渗水仪对制备完毕的沥青路面超薄层混合料的渗水系数进行分析。试验时统计水面从 100 ml 下降至 500 ml 所需的时间，当所需时间过长，也可采取统计 3 min 之内通过的水量的计算方式。计算公式如公式(1)Cw=V2 V1t2 t160(1)式中:Cw为路面渗水系数，ml/min;V1为第一次读数时的水量刻度(通常为 100 ml，ml);V2为第二次读数时的水量刻度(通常为 500 ml，ml);t1为第一次读数时的时刻，s;t2为第二次读数时的时刻，s。沥青 超 薄 磨 耗 层 渗 水 性 能 试 验 结 果 为92 6 mlmin1，表明磨耗层沥青混合料试件渗水系数满足试验规程相关要求，具有较好的排水性能，可以满足路用需求。3 4抗滑性能影响道路抗滑性能的主要因素有两个。(1)集料本身的微观构造。(2)在宏观结构上体现为路表的构造深度。采用 公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20 2011)测试沥青路面超薄层试件表面的构造深度。测量数据按公式(2)进行计算TD=1 000VD2/4(2)式中:TD 为沥青混合料表面构造深度，mm;V 为砂的体积(25 cm3);D 为摊平砂的平均直径，mm。构造深度试验检测结果如表 12 所示。表 12构造深度试验检测结果项目试件 1试件 2试件 3直径/mm158162171构造深度/mm119611721 138平均值/mm1169表 12 试验结果表明:沥青路面超薄层试件平均构造深度为1 17 mm，大于1 00 mm，具有良好的抗滑性能，能够保障车辆的安全行驶。4结语通过超薄磨耗层在公路沥青路面养护中的应用进行研究，得出以下结论。(1)沥青路面超薄磨耗层可满足相关规范要求，延长道路使用年限，有效提升道路通行能力。(2)超薄磨耗层沥青混合料级配和油石比需通过路用性能试验确定，保证路用性能最优化。(3)温度是影响沥青混合料性能的关键因素，超薄层沥青混合料的抗冻性参数满足相关规范对极端天气下的路用抗冻融性的要求，可作为极端气候地区时采用。参考文献:1 赵显慧 SBS 改性沥青超薄磨耗层在侯禹高速养护中的应用 J 山东交通科技，2022(2):86 88 2 关博文，薛兴杰，孟建党，等 SMA 5 煅烧铝矾土超薄磨耗层路用性能与抗滑性能评价J 长安大学学报(自然科学版)，2022，42(4):10 19 3 石定开 超薄磨耗层高粘沥青混合料配合比设计及性能评价J 合成材料老化与应用，2022，51(3):116 119 4 褚晨枫，李雄，刘宏富 粗集料性质对超薄磨耗层摆式摩擦系数的影响研究J 湖南交通科技，2021，47(4):35 39 5 吴忠青 超薄磨耗层用开级配小粒径透水沥青混合料的研制 J 上海公路，2022(2):120 124+16962