OGFC 混合料的再认识

2013-01-18陈士忠隋成文倪远宝

山西建筑 2013年28期

陈士忠隋成文倪远宝

(1.朝阳市公路管理处，辽宁朝阳 122000;2.中铁九局集团有限公司，辽宁沈阳 110000;3.大连理工大学，辽宁大连 116024)

1 OGFC概述

OGFC的全称为Open-Graded Friction Course，即开级配沥青磨耗层，指大空隙、能迅速排水，具有防滑、抗车辙的沥青路面结构层。最先是1950年在美国西部使用的混合料封层，后来发展成为大空隙的嵌挤型骨架空隙结构。一般铺设厚度约为1.5 cm～2.5 cm，作为功能层使用。欧洲从20世纪70年代开始研究在原有路面上使用能提高行车安全性及舒适性的开级配磨耗层。这种面层使用高百分比粗粒料，空隙率高达20%～25%，能使水迅速排出，故被称为排水性沥青路面(Drainage asphalt)或多孔隙沥青混合料(Porous Asphalt，简称PA)，日本从1980年前后组团赴德国考察后，积极进行排水性沥青混合料新技术的开发。日本则称之为排水性铺面，一般铺设厚度约为4 cm～5 cm，作为结构层使用。国内对OGFC沥青路面的研究起步较晚，在20世纪90年代初期开始进行了试验路铺筑。OGFC在我国首先是在城市道路上应用，20世纪90年代后期才研究在公路行业的使用，先后铺筑了试验路，主要有渝邻高速公路，陕西咸阳机场高速公路以及后来江苏省常澄高速公路。OGFC的技术要求和混合料配合比的设计方法在2004年加入了我国发布的沥青路面施工技术规范中。如今OGFC在日本使用最普遍，为了减少噪声，日本政府鼓励所有的高速公路表面层都加一层OGFC。由于我国高速公路现状如重载、超载严重，OGFC的推广使用一直较慢，仅在部分地区使用率较高［2］。

2 OGFC混合料特点

与AK和SMA相比，OGFC矿料级配由粗集料嵌集组成开级配，细集料和填料较少，矿料相互拔开，压实后空隙率大于15%，是骨架空隙结构，主要通过粗集料之间的接触来传递应力。由于是开空隙结构，混合料中主要由粗集料组成，细集料和填料较少，OGFC沥青路面老化得更快，另外OGFC长时间使用后也有一定的松散的风险，因此应使用改性沥青。国际工程实践总结表明:为了避免OGFC的松散，必须具有较高的粘度、软化点和较好的粘稠性。OGFC混合料沥青用量不能太多，集料颗粒表面沥青膜较薄，如沥青质量不佳容易引起混合料在使用过程中发生飞散，国内外的应用经验表明，橡胶沥青、SBS改性沥青、高粘沥青等的使用都可以显著的提高OGFC沥青混合料的使用性能，延长其使用寿命。

由于OGFC混合料中主要由粗集料组成，细集料和填料较少，导致OGFC沥青混合料的表面积比普通密级配混合料表面积小大概1倍左右，沥青混合料中的接触主要是粗集料与粗集料之间，集料的接触面积小，接触点的应力更高，对集料的要求更高，必须使用安全的、坚硬的破碎集料。在岩种选择上，应考虑选择玄武岩、安山岩、花岗岩等岩质坚硬的石料。OGFC在使用过程中受水的影响而产生剥落、掉粒，所以水稳定性至关重要。为了提高沥青与集料的粘附性，增强浸水后的抗剥离能力，应对矿粉做严格要求。

OGFC的沥青用量较高，为了防止施工时混合料中沥青析漏，需要在混合料中加入稳定剂。纤维的种类很多，如木质素纤维、矿物纤维、玻璃纤维、有机纤维等。研究表明，木质素纤维吸油量最大、防析漏效果最好。木质素纤维中又以松散的絮状纤维分散性、稳定性最佳。

3 OGFC路面主要性能

OGFC混合料中主要由粗集料组成，细集料和填料较少，与普通沥青路面结构相比空隙率较大。OGFC空隙率在15%～18%左右，具有良好的透水性能，其下必须设置下封层，以避免对其以下结构层和路基产生不利的影响。由于OGFC不同于普通路面面层，其具有其他路面不具有的优点。

1)抗滑性能。OGFC空隙率大，主要由粗集料嵌集而成，所具有的宏观构造与微观构造对路面抗滑性能大有好处。在干燥路面或雨天路面条件下，都能显著提高高速行驶下的抗滑阻力。

2)安全性能。由于OGFC空隙率大，雨水通过空隙通道透过OGFC层，在路面表层不会产生积水，雨天不会产生行车水花、水雾和眩光，减少雨天行车反光量，这有利于改善能见度，减少驾驶疲劳［5］。

3)排水功能。普通沥青路面，空隙率较低，雨水主要通过路表面排向两侧，容易在路边低洼处积水，导致雨水来不及排出路面范围，同时残留的雨水会在路表面形成一定厚度的水膜，形成的水膜会降低路面摩擦系数，影响路面安全行车。大空隙OGFC路面可以较好的解决路面排水问题。OGFC空隙率大，雨水可以快速通过空隙下渗并向路边缘排出;另外，OGFC所具有较高空隙，可以用来储存一部分来不及排走的雨水，因此可以有效的减少路表积水及水膜的产生，大大的提高了行车安全性。

4)抗车辙性能。OGFC路面结构为大空隙的嵌挤型骨架结构，即骨架空隙结构。由表1可知，骨架空隙结构温度稳定性最高。OGFC路面压实后形成的空隙率一般大于15%，温度影响最小。所以OGFC具有一般沥青混合料不具有的抗车辙性能。

5)性能稳定。具有良好的结构基础，可以保持表面特性(大空隙结构在使用期内其摩阻性能可以基本保持不变)。传统的磨耗层表面摩擦性能等会随着交通荷载的作用次数逐步降低。

6)改善路面标志的可见度。普通路面在雨天会有水膜，影响路面标志的可见度，而OGFC表面层的标志线，可见度高［5］。

7)降噪性能。通过对路面噪声大小和路面摩擦性能关系的研究，对于沥青混合料路面面层，最高噪声是由纹理深度和制动力系数变化百分率对数的函数，一般的道路面层很难同时具有较高的抗滑性能和产生较低噪声。OGFC为骨架空隙结构，空隙率大并具有大量互相连通的空隙，轮胎与路面接触时产生的噪声通过表面花纹槽的空气传播，有一部分声能会转化为热能，减小了空气压缩爆破产生的噪声［1］。同时由于混合料空隙率较大，有足够的空间能吸收一部分的噪声。资料反映，OGFC路面比普通沥青路面可以减少噪声3 dB～8 dB，相当于降低20%车速或减少50%的交通量产生噪声效果，可以说是一种环保型的沥青路面。

表1 沥青混合料结构特点与温度之间的关系

4 OGFC存在的不足

OGFC与普通沥青路面相比具有很多优点，但在使用过程中也存在着一些不足。1)大空隙OGFC在快速排水的同时，水很可能进入下层结构，会给下层带来剥落的风险(大空隙面层结构使得水有可能侵入下层)。2)耐久性差。混合料结构为估计空隙结构，空隙率大，OGFC在快速排水的同时，会有一部分水留在内部，一旦发生冰冻，将影响其耐久性，因此OGFC混合料不适合寒区铺设［7］。与此同时大空隙更容易受到空气、阳光和水的侵蚀，加快沥青老化，加速路面损坏。同时，由于粗集料与粗集料直接接触，面积小，应力高，如沥青粘结力不足，容易造成脱层等破坏［6］。设计规定普通沥青道路设计使用年限为15年，开级配抗滑磨耗层(OGFC)的寿命一般为8年～12年。使用过程中受到车辆的载荷作用，空隙率不断下降;另外道路环境的砂土、灰尘也会堵塞孔隙，影响透水降噪功能，降低耐久性。3)OGFC的结构与AK或SMA都不同，需要专门的施工、修补和修复技术，混合料中的粗集料较多，沥青含量较少，因此拌制时间比普通沥青混合料要长，由于采用改性沥青，拌和温度比普通沥青混合料高，生产及维护成本高。4)在国内设计规范中OGFC只是作为功能层进行设计，没有结构上的作用。5)抗剪切能力差。主要通过粗集料直接的接触来传递应力，抗剪能力差，当用在不利的地理位置时容易产生松散、剥落、推移等破坏形式。6)OGFC施工难度较普通沥青路面结构大，摊铺和碾压时要注意碾压速度和碾压温度的控制。同时压路机的选择和碾压遍数也很重要，压路机如果过重，碾压遍数过多都会造成沥青面层空隙率下降，无法起到排水作用［4］。OGFC混合料温度过高易产生沥青析漏，而温度降低时又会给施工造成很大的困难。因此，混合料对温度控制要求高。7)OGFC在使用过程中，会由于车辆荷载及环境的作用引起集料的移动和破碎，导致空隙率下降，降低OGFC的使用寿命［4］。