开级配超薄磨耗层在南友高速公路中的应用

刘 奕唐忠国周兴业谢国瑞

1.广西交通投资集团崇左高速公路运营有限公司；2.交通运输部公路科学研究院

开级配超薄磨耗层在南友高速公路中的应用

刘 奕1唐忠国1周兴业2谢国瑞2

1.广西交通投资集团崇左高速公路运营有限公司；2.交通运输部公路科学研究院

概述

南友高速公路是广西区内第一条采用沥青混凝土路面结构的高速公路，通车至今道路整体使用状况较好，仅有部分路段的沥青面层出现轻微病害、老化和抗滑性能衰减等问题。为恢复这些路段的表面功能、延长使用寿命，需要对其进行预防性养护维修，而铺筑超薄磨耗层是目前较为成熟的技术之一。

开级配超薄磨耗层（OGFC）是一种代表性的超薄铺装材料，其厚度薄、粒径小、抗滑性能优异，能够有效缓解裂缝等病害的进一步发展，改善路面的抗滑性能、恢复道路的表面功能，是一种用于高等级公路表面层的优质沥青混凝土。研究开级配超薄磨耗层在南友高速公路中的应用具有十分重要的意义，不仅能够推迟道路大修周期、延长道路使用寿命，而且能够为广西区内同类工程提供有益的借鉴和指导。

开级配超薄磨耗层设计思想

开级配超薄磨耗层粗集料含量多、约占整个混合料的75%～80%，沥青混合料空隙率较大、通常为20%～25%，依靠足够的宏观构造深度来提供优异的抗滑性能。根据这些特点，开级配超薄磨耗层配合比设计主要考虑的设计指标为析漏率、空隙率、飞散磨耗率及浸水条件下的飞散磨耗率等，其主要设计思想如下。

（1）析漏率是施工和易性指标，混合料中过大的油石比将导致沥青在拌和、运输中流淌，严重情况下将会影响到混合料的碾压成型。因此，将该指标确定为开级配超薄磨耗层混合料油石比的控制上限值ωmax1。

（2）空隙率影响到混合料的各种路用性能。当级配确定后，油石比过大将会降低混合料的空隙率，使其丧失或降低一些主要的路用性能。因此，根据设计空隙率的要求确定混合料油石比，是配合比设计中的第二个控制上限ωmax2。

取这两个控制上限的最小值，即min｛ωmax1，ωmax2｝，作为开级配超薄磨耗层混合料设计油石比的上限。

（3）为了保证这种混合料具有一定的强度、稳定性，采用飞散试验进行验证，一种是在干燥、常温环境下进行试验，另一种是在高温饱水之后进行试验。两种条件各自有不同的磨耗率标准，分别得到两个满足磨耗率标准的混合料最小油石比下限值，即ωmin1，ωmin2。当低于此油石比时，混合料的磨耗率不能满足要求。

取这两个控制下限的最大值，即max｛ωmin1，ωmin2｝，作为这种混合料设计油石比的下限。

（4）最后，取（min｛ωmax1，ωmax2｝+ max｛ωmin1，ωmin2｝）/2作为开级配超薄磨耗层材料的最佳油石比初始值，并根据实际情况进行适当调整后确定最佳油石比最终取值。

南友高速公路开级配超薄磨耗层配合比设计

原材料

南友高速公路超薄磨耗层用沥青为SBS改性沥青，产地为广东茂名，所检三大指标符合规范要求，检测结果如表1所示。

OGFC-8沥青混合料目标配合比设计所用集料产地、规格、材质分别为：崇左料场0mm～5mm石灰岩机制砂、江州镇渠座村料场5mm～10mm英安岩碎石，检测结果如表2所示。

表1　SBS改性沥青检测结果

表2　沥青混合料用粗集料（英安岩）的技术指标检测结果

表3　超薄磨耗层OGFC-8沥青混合料用矿料级配曲线

表4　OGFC-8超薄磨耗层沥青混凝土层目标配合比马歇尔击实试验结果

表5　OGFC-8超薄磨耗层沥青混合料析漏试验结果

表6　OGFC-8超薄磨耗层沥青混合料飞散试验结果

级配设计

南友高速公路超薄铺装层厚度设计为2cm，因此开级配超薄磨耗层采用OGFC-8级配，最大公称粒径为7.2mm，4.75mm通过率为23%，设计空隙率取为20%～25%。

（1）矿料级配组成

本工程OGFC-8沥青混合料矿料级配曲线如表3所示。

（2）矿料级配合成计算

在拌和场冷料堆取料进行筛分，并按上表矿料级配要求进行目标配比级配合成计算。采用水洗法对各种矿料进行水洗筛分，筛分结果及级配合成计算结果如表3所示。

油石比确定

（1）马歇尔击实试验

由表4可知，开级配超薄磨耗层OGFC-8在最佳空隙率下的油石比为5.0%。

（2）析漏试验

为了确定OGFC-8沥青混合料的最佳油石比，开展了8个油石比的析漏试验。

由表5可知，开级配超薄磨耗层OGFC-8析漏损失率最大允许值对应的油石比为4.37%，因此对于本工程而言，最佳油石比应不大于4.37%。

（3）飞散试验

为了验证OGFC-8沥青混合料的飞散损失情况，开展了5个油石比的肯塔堡飞散试验。

从表6中数据可知，本工程OGFC-8沥青混合料飞散损失率为20%时对应的油石比为4.2%，因此对于本试验路而言，最佳油石比应不小于4.2%。

最佳油石比

综合上述马歇尔击实试验、析漏试验和飞散试验结果，最终确定本试验路OGFC-8开级配超薄磨耗层的最佳油石比为4.37%。

路用性能验证

在上述确定的最佳油石比基础上成型试件，开展路用性能验证。60℃高温车辙试验的动稳定度为3802次/ mm，冻融劈裂强度比TSR为89.7%，可见在最佳油石比下开级配沥青混合料具有优良的高温稳定性和水稳定性，可用于南友高速公路养护维修工程当中。

结语

利用开级配超薄磨耗层设计思想，结合南友高速公路的具体情况，设计了适用于南友高速公路养护维修工程使用的开级配超薄磨耗层混合料OGFC-8，混合料最大公称粒径为7.2mm；通过混合料空隙率、析漏试验和飞散试验综合确定了开级配超薄磨耗层的最佳油石比，通过路用性能验证发现，其具有较好的高温性能和水稳定性，可应用于南友高速公路的薄层罩面工程中。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.037