明色铺装SMA混合料性能的试验研究

滕前良，陈 亮

(重庆市市政设计研究院，重庆400020)

0 引言

美国有一种沥青路面被命名为“glassphalt”［1］，它是在沥青混合料中掺入破碎后的废玻璃，然后铺筑在市政道路上。此路面的各项路用性能基本与普通沥青混凝土路面一致，并且在夜晚路灯及车灯的照射下还展现出漂亮的城市景观，是一种会闪闪发光(glittering)的路面［2］。近 40年来，日本、美国、前苏联、法国［3-6］等国家也对玻璃沥青混合料进行了相应的研究与实践，推动了玻璃沥青混合料在道路建设中的应用。

近年来，我国的科研单位及高校也对玻璃沥青混合料进行了研究实践。台北市率先在市政道路的建设中采用了玻璃沥青路面，通过对铺装的试验路段检测证明其路用性能并不低于普通沥青路面［5］。陈风晨，等［7］通过室内试验发现沥青与废玻璃的黏附性较低，但是可以使用高黏度的改性沥青来改善，或者在混合料中掺入水泥作为抗剥落剂。掺入废玻璃后，对沥青混合料的油石比基本没有影响，其密度有一定下降，并且马歇尔稳定度、动稳定度和摆值略有下降。另外，废玻璃的掺入量与沥青混合料试件的反光量成正比。史小丽，等［2］利用玻璃珠具有的回归反光特性，在OGFC混合料中掺入玻璃珠，提高了沥青混凝土路面的亮度，并总结了掺入不同比例、粒径的玻璃珠对其路用性能的影响，得出了OGFC-13中掺入玻璃珠的最佳粒径及比例。试验结果表明，玻璃珠对沥青混合料的马歇尔稳定度、动稳定度、摆值、降噪及反光特性的影响与其在混合料中的掺入量有关。

目前，我国的废玻璃沥青混合料研究仍然不够全面，还有许多技术问题没有得以解决。SMA路面成功并且有效的运用于多国路面面层［8］，目前还未有针对明色铺装SMA混合料的相关研究。笔者结合SMA路面的结构特点和明色材料应用的可行性，选择废钢化玻璃、白色方坚石为研究对象，研究掺入不同比例、粒径的明色材料的路用性能，已达到在不降低路用性能的基础上改善公路隧道内部亮度的目的。笔者对明色铺装SMA混合料的高温稳定性、水稳定性、抗滑性能、抗渗性能、黏结性能及明色性能进行了室内试验研究。

首先，在我国的路面病害调查中，有的路段仅仅使用了1～2a就出现了车辙问题，且车辙问题十分突出。在日本的高速公路路面病害调查中显示车辙占80%以上［9］。所以，高温稳定性应作为一个重要的研究目标。另外，明色材料并没有利用沥青进行预裹覆处理，以便最大程度提高路面的明色性能，但是其代价是明色材料有很大部分暴露在外，容易剥落，其水稳定性的检测显得尤为重要。

其次，沥青混合料的渗水是导致沥青路面早期损坏的主要原因，路面渗水会使基层受到侵泡而破坏，导致基层承载力下降而发生路面结构的破坏。所以，预防水破坏对于路面结构来说十分必要。

第三，笔者选择的明色材料为有棱有角、棱角分明的废钢化玻璃和白色方坚石，材料特点是破碎面少且平滑，所以对混合料抗滑性能的检验显得十分重要。

最后，在汽车荷载的作用下路面结构表层的集料容易剥落，其中的明色材料并没有利用沥青进行预裹覆处理且都是粒径4.75 mm以上的粗集料，如果黏结性能不能满足要求，在长时间的汽车荷载作用下，明色材料便会剥落，不但不能提升路面的明色性能，反而会对行驶的车辆造成安全隐患，诱发交通事故。其结构的黏结性能是否能满足要求是一个不能忽视的问题。

1 明色铺装SMA混合料的试验方法

1.1 试件成型

1.1.1 试验材料

由于SMA路面“三多一少”的结构特点，笔者重点研究掺入9.5 ～13.2 mm 和 4.75 ～9.5 mm 粒径的明色材料。采用沥青玛蹄脂碎石SMA-13作为母体沥青混合料，在其表面添加明色材料。试验采用花岗岩集料、SBS改性沥青、石灰岩矿粉、木质素纤维，成型温度180℃，SMA-13型沥青混合料进行配合比设计，级配曲线如图1。

1.1.2 马歇尔试件

根据JTG E 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0702―2011沥青混合料试件制作方法(击实法)成型标准马歇尔试件。在标准击实仪试模内加入拌合好的沥青混合料，再在试模内沥青混合料顶层表面均匀掺入不同比例和粒径的明色材料，击实次数采用50次，沥青混合料拌和温度170℃，压实温度160℃。成型后马歇尔试件如图2。

图1 矿料级配曲线Fig.1 Grading curve of aggregate materials

图2 马歇尔试件Fig.2 Marshall specimen

1.1.3 车辙板试件

根据JTG E 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0703―2011沥青混合料试件制作方法(轮碾法)成型车辙板试件。在标准试模内加入拌合好的沥青混合料，再在标准试模内沥青混合料表面均匀掺入不同比例和粒径的明色材料，将试模先在一个方向碾压2个往返，然后卸载、抬起碾压轮，再将试件调转方向，加相同荷载再次碾压12个往返成型，沥青混合料拌合温度170℃，压实温度160℃。成型后车辙板试件如图3。

图3 车辙板试件Fig.3 Plate specimen

1.2 路用性能试验

根据JTG E 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T 0706—2000、T 0719—1993、T 0729—2000、T 0730—2000、T 0964—2008 、T 0733—2000进行压实度试验、车辙试验、冻融劈裂试验、渗水试验、摆式仪测定路面摩擦系数试验及肯塔堡飞散试验，以研究明色铺装材料高温性能、水稳定性能、抗渗性能、抗滑性能及黏结性能。

1.3 明色性能试验内容

采用苏州精博仪器有限公司生产的TES-1300 A型数字式照度计，分别对母体沥青混合料SMA-13、明色铺装的沥青混合料和水泥混凝土进行照度值试验。

如图4，将车辙板试件放置在水平位置，试件正上方放置照明灯具，灯具距离试件高度3 m，功率60 W，照度计距离车辙试件中心垂直高度为15 cm，距离试件中心水平长度为15 cm，照度计感光元件的表面与拟定反射光线成90°直角，分别从A，B，C，D 4个方向对照度值进行测量，测量结果取平均值。

图4 照度值试验示意Fig.4 Intensity of illumination test method

1.4 试验结果(表1)

表1 试验结果Table1 Test results

2 试验结果分析

2.1 高温性能试验结果分析

根据车辙试验的数据发现随着明色材料的掺入，动稳定度也会随之降低，掺入废钢化玻璃混合料的动稳定度降低较小，甚至还有所增长;掺入白色方坚石的混合料动稳定度降低幅度大于掺入废钢化玻璃的混合料，但仍能满足规范要求。

2.2 水稳定性试验结果分析

从冻融劈裂试验数据来看，掺入明色材料的混合料的劈裂强度比总体趋势在下降，但也有个别明色铺装材料试验数据较高，所有数据均能满足规范要求，明色铺装材料的水稳定性是有保证的。

2.3 抗渗性能试验结果分析

首先，通过压实度的试验数据可以看出，掺入明色材料的试件与SMA-13母体试件相比压实度减小，空隙率增大。空隙率增大便会导致渗水系数增大，但是渗水系数增大量很小，且能很好的满足规范的要求。

2.4 抗滑性能试验结果分析

通过抗滑试验的数据可以看出，随着明色材料的掺入，摆值也随之下降，抗滑性能下降，其中掺入废钢化玻璃的混合料的下降幅度大于掺入白色大理石的混合料的下降幅度。

废钢化玻璃在碾压的过程中，由于材料的特性，几乎所有废钢化玻璃光滑的破碎面都排列于试件表面，而随着掺入量的增大，废钢化玻璃几乎布满整个车辙板试件表面，导致光滑的破碎面也在路面表面占了很大的比例，所以会造成抗滑性能下降幅度较大。所以国外也有研究称废玻璃用于沥青混凝土的最大粒径为4.75 mm［10］。但是考虑到所用玻璃材质、路面结构和掺入方法的不同，笔者仍然选择了粒径4.75 mm以上的废钢化玻璃作为试验对象。

2.5 黏结性能试验结果分析

通过浸水飞散试验的数据可以看出，是否掺入明色材料对飞散损失的影响很小。试验后的明色铺装材料试件表面的明色材料基本完整保留，只有试件边角处的很少量明色材料剥落，试验证明明色材料与其他骨料之间已经形成了一定强度的结构，能够满足路面黏结性的要求。

2.6 明色性能试验结果分析

根据试验数据可以看出随着明色材料的掺入，明色铺装材料的照度值(逆反射系数)也会随之增加;但是如果与普通水泥混凝土路面的照度值来比较，大部分明色铺装材料都不及普通水泥混凝土路面，只有2组掺入比例高、粒径大的明色铺装材料能超越普通水泥混凝土路面。

从总体效果来看，白色方坚石提升照度值的效果要好于废钢化玻璃。因为照度计接收到的光线主要是通过明色材料的镜面反射和漫反射而来，废钢化玻璃主要是以镜面反射为主，漫反射为辅;白色方坚石主要是以漫反射为主，镜面反射为辅。笔者所进行的试验，照度计只能接收到很小一个区域内明色材料反射的光线，由于反射角度的原因，漫反射光线被接收到的机率要远大于镜面反射，从而导致了白色方坚石提升照度值的效果要好于废钢化玻璃。

3 结论

1)明色铺装SMA混合料各项路用性能均能满足现行规范的技术要求，路用性能良好。掺入废钢化玻璃的混合料的抗渗、抗滑和黏结性能有一定下降，建议对掺入的粒径及掺入量严格控制。由于试验材料条件的局限性，掺入白色方坚石的混合料的高温稳定性下降明显。

2)明色材料掺入量与照度值(逆反射系数)成正比，明色路面SMA混合料的照度值均高于普通沥青混合料;但是仍与普通水泥混凝土路面的照度值有一定差距。

［1］ Day D E，Schaffer R.Glassphalt Paving Handbook［M］.Jefferson，USA:University of Missouri-Rolla，1989:172-178.

［2］史小丽，王选仓，刘昆.基于照明的隧道沥青混凝土路面结构［J］.公路，2009(2):77-81.Shi Xiaoli，Wang Xuanchang，Liu Kun.Based on the lighting of asphalt concrete pavement structure［J］.Highway，2009(2):77-81.

［3］ Samtur H R.Glass Recycling and Reuse［R］.United States:University of Wisconsin-Madison，1974:32-44.

［4］ Petrarcar C W.Report on Glass Aggregate Pavement for the Browning［R］.New York:Ferris Industries Merrick Transfer Station Located in Hempstead，1987:131-137.

［5］ Su Na，Chen J S.Engineering properties of asphalt concrete made with recycled glass ［J］.Resource，Conservation and Recycling，2002，35(4):259-274.

［6］周义.浇铸塑性混凝土彩色路面［J］.林业建设，1993(6):34-39.Zhou Yi.Casting color plastic concrete pavement［J］.Forestry Construction，1993(6):34-39.

［7］陈风晨，李立寒，杜鹃.废玻璃沥青混合料性能的试验研究［J］.建筑材料学报，2006，9(2):239-243.Chen Fengchen，Li Lihan，Du Juan.Study on properties of asphalt mixture with waste glass［J］.Journal of Building Materials，2006，9(2):239-243.

［8］邱延峻，艾长发.粗集料性能对骨架密实性沥青混合料的影响［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2012，31(6):719-723.Qiu Yanjun，Ai Changfa.Impact of coarse aggregate properties on performance of stone matrix asphalt［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2012，31(6):719-723.

［9］韩秀山.我国废旧橡胶利用的发展趋势［J］.四川化工与腐蚀控制，2001，4(2):57-59.Han Xiushan.The development trend of the scrap rubber use［J］.Sichuan Chemical and Corrosion Control，2001，4(2):57-59.

［10］ Huang Yue，Roger N B，Heidrich O.A review of the use of recycled solid waste materials in asphalt pavements［J］.Resource，Conservationand Recycling，2007，52(11):24-28.