开级配抗滑磨耗层沥青路面试验研究

周传明，郑炳锋，李志涛

（1. 江苏省高速公路经营管理中心，江苏 南京 210009；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）



开级配抗滑磨耗层沥青路面试验研究

周传明1，郑炳锋2，李志涛2

（1. 江苏省高速公路经营管理中心，江苏 南京 210009；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

摘要：结合工程实践对OGFC13和OGFC9.5两种级配类型的混合料进行了配合比设计，并通过室内试验对两种级配类型混合料的性能进行分析，结果表明，高黏沥青OGFC13混合料各项性能良好，且OGFC13的原材料选择较为便捷，适合工程的应用与推广。

关键词：开级配抗滑磨耗层；配合比设计；高黏沥青；性能试验

1　概述

目前常见的沥青面层为传统的密级配沥青混凝土，其致密的结构具有不渗水、耐久性好的特点，但表面构造深度较小，抗滑性能差。开级配抗滑表层（OGFC）具有较高的骨架嵌挤状态，结构稳定性好，较粗的表面纹理提供了良好的抗滑性能，特别是它的高空隙率能将降雨期间的表面水迅速通过内部连通孔隙排至路缘，从而降低了水溅、水漂和水雾现象，保证了行车安全［1-5］。但由于大空隙特征使得该种路面更容易发生网裂、坑洞、唧浆、辙槽等路面损坏［6-10］。为了提高OGFC混合料的耐久性和路用性能，本文对开级配抗滑磨耗层沥青路面配合比设计方法进行分析，并对不同沥青混合料性能进行试验研究，在此研究基础上提出适合江苏的设计指标和性能验证指标，以及最佳沥青混合料类型。

2　原材料选择

2.1集料

开级配抗滑磨耗层OGFC混合料粗集料可达80%，由粗集料形成骨架空隙结构，因此粗骨料的性能好坏是关系到混合料性能好坏的关键，其性质、形状及级配对开级配抗滑磨耗层OGFC混合料的性能有着重要的影响。细集料在开级配抗滑磨耗层OGFC排水沥青混合料中只占很小的比例，但细集料对混合料的性能影响较大。细集料应干净、坚硬、干燥、无风化，有适当的级配，并与改性沥青有良好的黏附性［8］。本研究配合比设计时选用玄武岩，主要试验结果见表1、表2。

2.2填料

本次试验矿粉选用石灰岩矿粉，试验结果见表3。

表1　玄武岩粗集料的试验指标与技术要求

表2　玄武岩细集料的试验指标与技术要求

表3　矿粉的试验指标与技术要求

2.3沥青

本研究采用了常用的SBS改性沥青和国内外较为成熟的3种高黏沥青产品：SK高黏沥青、日本TPS高黏沥青以及抚顺石油化工研究院研制的高黏沥青。沥青胶结料的性能试验结果见表4、表5。

表4　试验所用高黏沥青的测试指标

表5　SBS改性沥青试验指标

2.4聚丙烯腈纤维

本研究采用国产聚丙烯腈纤维，用量为混合料总重的0.3%，其物化性能参数见表6。

3　开级配沥青磨耗层OGFC混合料配合比设计

3.1混合料级配的选择

由于OGFC13是目前主流的混合料类型［9-10］，试验中共采用了4种沥青胶结料，对OGFC13进行了配合比设计。借鉴已有的工程实践经验，对本次试验所用矿料反复进行级配调整，确定表7所示的级配方案为OGFC13室内研究试验用级配方案。

表6　聚丙烯腈纤维物化性能参数

在OGFC9.5（SK高黏沥青+聚丙烯晴纤维）的配合比设计中，采用了FHWA T5040.31建议的级配范围确定OGFC的3种级配A、B、C，其中2.36 mm筛孔通过率分别为13%、10%和7%，见表8；初试级配体积分析结果见表9。

考虑到施工可操作性，空隙率控制在20%左右，因此选择级配A作为设计级配。

表7　OGFC13混合料性能试验级配方案

表8　3种级配的设计组成结果及VCADRC测试结果

表9　初试级配的体积分析

3.2最佳沥青量的确定

根据沥青膜厚度和集料表面积初定沥青用量范围，对于OGFC13沥青用量在4.0%~6.0%；再按±0.5%，±1%变化沥青用量，分别进行析漏试验、飞散试验。根据析漏试验和飞散试验的结果，以沥青析漏试验的反弯点作为最大沥青用量，以试件飞散试验的反弯点作为最少沥青用量，由此得到沥青用量的范围。在此范围内选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量（必要时还可以参照马歇尔稳定度试验结果），最后进行混合料性能试验验证。

以SK高黏沥青OGFC13为例说明沥青用量的确定过程，图1和图2分别为析漏试验和飞散试验结果。由图1可以看出沥青析漏量随油石比的增加而变大，沥青用量与析漏损失关系曲线的反弯点在油石比为5.0%处。因此，由该试验确定油石比不得超过5.0%。由图2可以看出混合料飞散后的损失随油石比的增加而变小，沥青用量与飞散损失关系曲线的反弯点在油石比为4.3%处。因此，由该试验确定油石比不得小于4.3%。

图1　析漏损失变化曲线

图2　飞散损失变化曲线

为了保证沥青不发生流淌，析漏试验的质量损失可控制在0.8%范围里；为保证混合料不发生松散，飞散试验的质量损失不能大于20%。综合考虑以上要求，并根据试验结果确定的油石比范围为4.3%~5.0%，本文混合料最佳油石比取4.8%。

按以上的步骤得到的5种OGFC混合料的沥青用量见表10。

表10　配合比设计结果

4　配合比验证与方案比选

4.1配合比验证

对以上5种OGFC混合料进行混合料体积指标与性能试验验证。

（1）空隙率的测定

空隙率是OGFC配合比设计的关键控制指标，经检测5种不同的沥青混合料都能达到目标空隙率要求，表明所采用的级配是合理的。

（2）析漏与飞散试验

析漏与飞散试验反映混合料在施工中的均匀性及混合料在荷载作用下的抗磨耗性。试验结果表明5组OGFC混合料的析漏损失、飞散损失均满足技术要求，说明其施工中均匀性及荷载作用下的抗磨耗性满足要求。

（3）马歇尔稳定度试验

马歇尔稳定度试验结果见表11，从马歇尔稳定度值来看，5种方案的沥青混合料均能达到3.5kN的技术要求。

（4） 车辙试验

车辙试验能较真实地反映沥青混合料高温性能，其结果与实际路面的永久变形有良好的相关性。由表11试验结果可以看出，对于同种沥青胶结料，OGFC13混合料的抗车辙能力要优于OGFC9.5混合料。

表11 混合料性能试验结果

（5） 渗水性能试验

OGFC 最重要的特性是透水性。采用常规渗透仪与自行研发的适用于大孔隙沥青混合料的渗水仪测试渗透系数，评价渗水性能。试验结果见表11，结果表明5组OGFC混合料的透水性能均较为优异。

（6） 抗滑试验

开级配抗滑表层沥青混合料应具有良好的抗滑性能，采用摆式仪测摩擦系数及人工砂铺法测构造深度以评价抗滑性能。5组OGFC沥青混合料的摩擦系数均在65以上，构造深度均大于1.3，说明OGFC沥青混合料与密级配沥青混合料相比，具有更好的表面抗滑性能。

（7）水稳定性试验

与密级配沥青混合料相比，OGFC混合料更易受到水损害，因此抗水损坏能力尤为重要。本研究采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价其水稳定性，结果见表11。

浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验的结果显示，采用SK高黏沥青、抚顺高黏沥青的OGFC13混合料和OGFC9.5混合料的水稳定性能均能满足技术要求，其余2种不满足要求。虽然OGFC132和OGFC133的劈裂强度值较高，但水稳定性评价考虑的是冻融前后的衰减幅度。

（8）低温性能试验

采用低温（-10℃）小梁弯曲试验来评价OGFC混合料的低温性能，结果见表11。

4.2方案比选

从本次试验结果来看，各种沥青混合料都能达到目标空隙率的要求，表明确定的级配是合理的。采用SK高黏沥青、抚顺高黏沥青OGFC13与SK高黏沥青+聚丙烯腈纤维OGFC9.5混合料的所有性能验证试验指标均满足技术要求。2种OGFC13沥青混合料的动稳定度值均在6 000次/mm以上，明显好于OGFC9.5。江苏省夏季气候炎热，沥青路面的车辙问题一直是困扰道路工程人员的难题。与OGFC9.5相比，OGFC13具有更好的抗高温变性能力，2种级配类型的浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验结果相当。考虑到OGFC下卧层多采用AC13、SMA13等类型，采用OGFC13的材料准备和配送也较为方便。

对于沥青胶结料的选择，室内混合料试验结果表明只有2种高黏沥青满足技术要求。OGFC13混合料使用抚顺高黏沥青虽然试验效果不错，但没有实际工程运用经验；而SK高黏沥青在排水性沥青路面的使用较为成熟，国内在江苏、重庆等地已有应用，使用效果良好。

5　结论

（1）系统开展了OGFC13和OGFC9.5沥青混合料的配合比设计、性能验证研究，结果表明两者均能达到目标空隙率20%的要求，混合料的级配选择是合理的。

（2）OGFC13比OGFC9.5具有更好的抗高温变性能力，同时OGFC13的材料准备和配送较为方便。

（3）采用SK高黏沥青、抚顺高黏沥青OGFC13混合料的所有性能验证试验指标均满足技术要求。SK高黏沥青在排水性沥青路面的使用较为成熟，国内在江苏、重庆等地已有应用，使用效果良好。

参考文献

［1］Donald E. Watson，Refinement of New Generation Open-［1］GradedFriction Course Mix Design［C］∥Annual Meeting of ［1］theTransportation Research Board，2003.

［2］Kunnawee Kanitpong，Craig H. Benson and Hussain U. Bahia. ［1］Hydraulic Conductivity （Permeability) of Laboratory Compacted ［1］Asphalt Mixtures［C］∥Transportation Research Board 80th ［1］Annual Meeting，2001.

［3］ 胡曙光，黄绍龙，张厚记，等．开级配沥青磨耗层（OGFC）的［1］研究［J］．武汉理工大学学报，2004，26（8）：23-25.

［4］李晓娟，张宜洛，等．OGFC混合料设计参数影响因素研究［1］［J］．路基工程，2015（3）：107-110.

［5］费晓梅．OGFC大孔隙开级配抗滑沥青磨耗层配合比设计［1］与施工技术要点［J］．新疆交通科技，2015（3）：24-26.

［6］ 潘薇，王宏畅． OGFC沥青混合料水稳定性及高温稳定性［1］能试验研究［J］．公路，2013（8）：254-257.

［7］潘薇，王宏畅，茅建校，等． OGFC沥青混合料水稳定性能试［1］验研究［J］．公路工程，2013（3）：15-17.

［8］何向南，冯明林，王纯杰．开级配OGFC矿料组成设计研究［1］［J］．公路与汽运，2015（3）：96-98.

［9］刘少鹏，黄卫东，纪淑贞，唐乃膨．高掺量SBS改性沥青及［1］其在OGFC中的应用［J］．长沙理工大学学报（自然科学版），［1］2013，10（3）：20-25．

［10］黄慧光．空隙率对OGFC-13路用性能及排水功能的影响［10］分析［J］．中外公路，2014，34（3）：227-230.

Experimental Research on Asphalt Pavement with Open-graded Friction Course

Zhou Chuanming1， Zheng Bingfeng2， Li Zhitao2
（1. Jiangsu Expressway Management Center， Nanjing 210009， China； 2. JSTI Group， Nanjing 211112， China）

Abstract:Combining with engineering practice experience， the mixture ratio design of the two different types of OGFC9.5 and OGFC13 were designed. Further more， the performance difference of the two kinds of gradation types were evaluated and analyzed by laboratory tests. The results show that the OGFC13 mixture with high viscosity asphalt has good performance in all aspects， and the preparation and distribution of OGFC13 materials are more convenient， which is more suitable for engineering application.

Key words:open-graded friction course； mixture ratio design； high viscosity asphalt； performance test

中图分类号：U416.217

文献标识码：A

文章编号：1672–9889（2016）03–0005–04

收稿日期：（2015-03-24）

基金项目：江苏省自然科学基金（项目编号：BK20151069）

作者简介：周传明（1975-），男，江苏南京人，高级工程师，主要从事公路建设管理工作。