排水防滑面层结构性能试验研究

2014-03-20连艳霞

交通运输研究 2014年11期

连艳霞

（邢台路桥建设总公司，河北邢台 054001）

0 引言

沥青路面的破坏因素多种多样，有行车荷载因素，如超载、重复加载和水平荷载等；有环境因素，如温度变化、湿度变化和冰冻作用等。除此之外，水损坏也是重要的破坏因素之一。水损坏的破坏机理有三方面：一是基层的反射裂缝、路面开裂或空隙率较大，路表水进入基层，在车辆荷载的作用下，基层强度降低，甚至软化成泥浆；二是水进入沥青层结构内部，在车辆荷载的反复作用下，产生动水压力，这部分水逐渐侵入到沥青与集料的界面上，使沥青膜渐渐从集料表面脱离，最终导致沥青与集料之间的黏结力丧失；三是沥青路面设计不科学，厚度分工不明确，沥青高温性能不稳定，再加上渠化交通，易形成路面推移、车辙等破坏。为了消除水损坏，本文就一种新型排水防滑路面结构的路用性能进行了试验，并加以验证。

1 排水防滑面层设计

沥青排水面层的设计主要是沥青材料的配方和矿料的级配，沥青中添加改性剂，增强沥青和石料的黏结力，通过试配确定级配范围。

1.1 原材料要求

（1）碎石、机制砂、矿粉符合《公路工程沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求。

（2）沥青和排水防滑层的技术要求，分别见表1和表2。

表1 高分子复合橡胶改性沥青（FG—1型）技术要求

表2 排水防滑层技术要求

2 配合比设计

2.1 沥青的确定

通过上百次的试验，最终确定添加橡胶颗粒和改性剂的剂量，通过与SBS改性沥青的检测对比，最终选定编号为FG—1的沥青。FG—1与SBS改性沥青对比试验结果见表3。

表3 FG—1与SBS改性沥青对比

2.2 级配的确定

排水防滑面层属骨架嵌挤结构，设计厚度一般为4cm，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求，沥青面层集料的最大粒径与压实厚度相匹配，对嵌挤型混合料，压实厚度不宜小于最大粒径的2～2.5倍，因此，设计时选用碎石最大粒径15mm，通过试配最终确定的级配范围如表4所示。

表4 排水防滑面层的级配范围

将排水防滑面层与OGFC—16的级配曲线相比较（见图1），发现排水防滑面层的级配，4.75mm以上的材料通过量小，粗料用量大，2.36mm以下的细料通过量大，细料较细，从而在保证了足够的骨架和空隙率的同时又使得沥青胶浆具有足够的强度，保证了路面的稳定性。

图1 排水防滑面层与OGFC—16级配曲线比较图

3 试验对比

3.1 各项技术指标对比

采用相同的原材料，将OGFC—16和排水防滑两种级配进行对比，石料选用石灰岩，沥青选用编号为FG—1的高分子橡胶改性沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）进行试验并根据《公路工程沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）进行试验结果的整理，见表5。

表5 试验结果对比

从上述试验结果可以看出，排水防滑面层的各项技术指标优于OGFC面层。

3.2 压剪试验

排水防滑面层受到轮胎的压剪作用，为此设计了45°角压剪试验。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中T0702—2011击实法，制作沥青混合料试件的方法成型试件，采用对比的条件是：除沥青外其他所用材料相同，级配范围不同，一组采用OGFC—16级配，SBS改性沥青；另一组采用排水防滑面层级配，高分子橡胶改性沥青。试件成型时，按照双面击实各50次，室温下放置8h脱模，放置24h进行压剪试验，试验环境温度为17℃。

排水防滑面层剪压最大破坏荷载为67kN，而OGFC—16剪压最大破坏荷载为53kN。由此可见，排水防滑面层结构的抗剪能力大于OGFC—16，其高温稳定性较好，路面结构更加稳定。

3.3 70℃浸水车辙试验

按照排水防滑面层的级配范围，采用同碎石、不同沥青的动稳定度对比试验。一组采用高分子橡胶改性沥青，另一组采用SBS改性沥青。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中T0703—2011轮碾法成型试件，并在室温下放置48h。试验方法参照T0719—2011沥青混合料车辙试验方法，将试件放置在水箱中，通过调整车辙试验机的试验参数，将环境温度控制在70±1℃的范围内，其他操作与标准车辙试验相同。

采用高分子橡胶改性沥青的结果为1 850次/mm，采用SBS改性的沥青动稳定度为1 100次/mm。由试验结果可知，在既有水膜、温度为70℃的环境下，高分子橡胶沥青的排水防滑路面动稳定度大于SBS改性沥青，高温稳定性更佳，抗车辙能力更好。