贝雷法中粗集料含量对薄层沥青混凝土抗滑性能的影响

陈淑华

（河北省高速公路石安管理处，河北 石家庄 054001）

0 引言

我国的高速公路发展迅速，已经逐步建立了较为快捷的公路网，通车里程居世界前列。沥青路面因其优良的性能，在高等级公路中应用较广泛。但是，已建成使用的沥青公路将会面临多种因素的影响，公路养护越来越受到人们的重视。现今，我国的交通量增长较快，轴载亦有增大趋势，在高温情况下沥青路面容易形成车辙。在路面车辙（1.5~2.5cm）不易使用单层微表处的情况下，可采用小粒径薄层罩面修复。随之而来的问题是小粒径面层的抗滑性是否满足安全性的要求，这得到了人们的普遍关注。在评价抗滑性时，采用构造深度和摩擦系数。本文通过研究不同CA比对沥青混合料抗滑性的影响，以期找到合适的CA比获得较好的抗滑安全性。

1 原材料试验

1.1 沥青

在试验过程中，本文采用广东茂名产的SBS改性沥青（Ⅰ—D）。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）对选用的沥青主要技术指标进行测定，试验结果见表1。

表1 SBS改性沥青（Ⅰ—D）基本指标

表1 （续）

1.2 集料

由于罩面层的特殊性，对石料要求较高，试验采用玄武岩。粗集料和细集料的主要性能指标见表2和表3。

表2 粗集料基本指标

表3 细集料基本指标

本文采用的矿粉为石灰岩，其基本性能见表4。

表4 矿粉的基本指标

2 研究方案

2.1 CA比介绍

贝雷法主要通过控制关键筛孔的通过率，使矿质混合料获得优良的骨架结构。贝雷根据二维数学模型，认为细一级粒料的粒径与形成骨架的大粒径的比值大致为0.15~0.29（取中值为0.22）。因此，控制筛孔可通过以下公式确定：

PCS=0.22×NMPS

SCS=0.22×PCS

TCS=0.22×SCS

式中：PCS为第一控制筛孔尺寸（mm）；NMPS为公称最大粒径（mm）；SCS为第二控制筛孔尺寸（mm）；TCS为第三控制筛孔尺寸（mm）。

贝雷法有3个评价参数（CA比、FAc比、FAf比），其中，CA比用来评价粗集料含量和空隙特征。CA比计算公式为：

式中：PD/2为粒径为D/2（D为公称最大粒径）的通过率（%）；PPCS为第一控制筛孔的通过率（%）。

因此，对于AC—10型沥青混合料，主要控制筛孔见表5。

表5 AC—10型沥青混合料主要控制筛孔

2.2 研究方案设计

路面抗滑能力关系到汽车行驶的安全性，路面与轮胎之间摩擦力的大小与3个因素有关：（1）行驶车辆的速度、轮胎的花纹类型和破损程度、轮胎与路面的接触面积等；（2）路面构造及其潮湿程度；（3）外界气候条件。从路面自身角度出发，路面抗滑性主要与路面构造有关。路面构造可分为宏观构造和微观构造。宏观构造主要与粗集料的形状、尺寸和分布等有关；微观结构决定于集料的矿物组成、棱角性和表面特征等。

本文采用AC—10型沥青混合料，采用不同CA比的级配，按照确定的最佳油石比成型车辙板，并进行抗滑性指标测定。在试验过程中，设定5个CA比（0、0.1、0.2、0.3、0.4），具体级配见表6和图1。虽然本文采用不同的CA比，但是各级配2.36mm及以下筛孔通过率保持一致，而油石比与细料所占比例有紧密联系，考虑到试验的对比性，决定采用统一的油石比，并且最佳油石比是在CA比为0.4的级配基础上确定的，取为5.2%。

表6 不同级配筛孔通过率（%）

图1 不同级配筛孔通过率

3 路面构造深度试验

3.1 路面构造深度试验方法及结果

测定路面构造深度可以评定路面的宏观构造，在一定程度上反映了路面的抗滑性。沥青路面宏观构造反映了路面水平方向上的凹凸情况，与粗集料的形状、尺寸和分布等有关。宏观构造为车辆轮胎和路面接触界面的动力水排出提供了通道，因而可以提高路面抗滑性。

按照设定的5种级配和确定的最佳油石比（5.2%），成型车辙板。根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）中的构造深度试验方法（T 0961—1995）进行试验。路面表面构造深度计算公式为：

式中：TD为路面表面构造深度（mm）；V为砂的体积（cm3）；D为摊平砂的平均直径（mm）。

试验结果见表7和图2。

表7 不同CA比下测定的构造深度

图2 构造深度与CA比之间的关系

3.2 路面构造深度试验结果分析

分析表7和图2可知，当CA比在0~0.4时，构造深度随CA比的增大而减小，CA比取0.3时的构造深度为最大构造深度的69.1%。对于AC—10型沥青混合料，CA比反映了2.36~4.75mm的集料与大于2.36mm集料的比例关系，CA比越小，粗集料越多。当CA比在0~0.4逐渐增大时，混合料细料比例增大，填充紧密，密实度增大，空隙减小，因而造成构造深度减小。

4 路面摩擦系数试验

4.1 路面摩擦系数试验方法和结果

本试验通过摆式摩擦系数测定仪测定沥青路面（试件）的抗滑值，反映了潮湿状态下路面（试件）的抗滑能力。按照设定的5种级配和确定的最佳油石比（5.2%），成型车辙板。根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2008）中的路面摩擦系数试验方法（T 0964—2008）进行试验。试验结果见表8和图3。

表8 不同CA比下测定的摩擦系数

图3 摩擦系数与CA比之间的关系

4.2 路面摩擦系数试验结果分析

室内路面摩擦系数试验反映了在未开放交通的条件下路面的抗滑性，其主要与路面的微观结构有关。分析路面摩擦系数试验结果可知，路面摩擦系数随CA比增大有减小趋势，但减幅不大，CA比取0.3时的摩擦系数为最大摩擦系数的84.5%。路面摩擦系数与CA比的关系有待于进一步研究。

4.3 两个试验之间的关系

将路面构造深度试验结果和路面摩擦系数试验结果结合起来进行分析，找出其内在的规律（见图4）。

图4 路面摩擦系数和路面构造深度之间的关系

由图4可知，路面摩擦系数和路面构造深度之间线性相关性较好，R2为0.9567。

5 结论

采用不同的CA比，按照确定的最佳油石比成型车辙板，进行室内抗滑性试验，以路面摩擦系数和路面构造深度作为评价指标，研究抗滑性变化规律。通过试验得出以下结论。

（1）当CA比介于0～0.4时，路面摩擦系数和路面构造深度随CA比的增大而减小，路面构造深度减幅相对较大。这是因为路面构造深度反映了路面的宏观构造，受级配影响较大。而路面摩擦系数与路面微观构造有关，主要受集料矿物组成、棱角性和表面特征的影响，级配变化对其影响相对小些。

（2）通过对路面摩擦系数和路面构造深度试验结果进行线性回归发现，两种评价指标相关性较好。

（3）CA比的变化对路面抗滑性有较大影响，但CA比的取值并不能仅仅考虑抗滑性，因为往往空隙率与抗滑性相矛盾，在路面设计时，应综合考虑。

[1]JTG E20—2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[2]JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[3] 赵战力.基于分形方法的沥青路面抗滑技术研究[D].西安：长安大学，2005.

[4] 黄云涌，邵腊庚，刘朝晖.沥青路面抗滑试验研究[J].公路交通科技，2002，19（3）：5-8.