不同级配及结合料对沥青超薄层工作性能的影响

孙旭阳

（保定交通建设监理咨询有限公司，河北保定 071000）

不同级配及结合料对沥青超薄层工作性能的影响

孙旭阳

（保定交通建设监理咨询有限公司，河北保定 071000）

通过浸水车辙试验及冻融劈裂试验，对不同级配、不同沥青胶结料组成的9种超薄层沥青混合料进行工作稳定性评价。结果表明，Type-B SBS改性沥青混合料、改良型SMA-10 SBS改性沥青混合料、Type-B高粘弹沥青混合料、改良型SMA-10高粘弹沥青混合料和OGFC-10高粘弹沥青混合料能满足《公路沥青路面施工技术规范》对沥青路面水稳定性的要求；改良型SMA-10级配高粘弹沥青混合料的工作性能最佳，其动稳定度分别是其他8种混合料的2～4.5和2～4.7倍。

公路；超薄层沥青面层；水稳定性；SMA-10改良型级配；高粘弹沥青混合料

超薄层沥青路面由于设计厚度多为1.5～2.5 cm，空隙率大，常在10%以上，部分骨料直接暴露于空气中，车辆荷载作用时，浸入沥青面层骨料间空隙的水会在车载作用下反复出现水压和泵吸作用，淘洗和剥离粘附在骨料表面的粘结材料，使沥青混合料骨料间散失沥青胶结料而出现松散、掉粒，最终形成坑槽、坑洞等病害，甚至出现大面积路面连续性破坏。因此，超薄层沥青路面的水稳定性问题已引起高度重视。

目前，国内外主要通过传统的非定量水煮法、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验及Lottman法对沥青混合料或超薄层沥青砼面层进行水稳定性评价，如P.J. Frazier、刘朝晖、薛国强、程永春通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对超薄层沥青混合料的水稳定性进行了研究；T.Aschenbrener和李进等使用Hamburg车辙仪探究了超薄层沥青混合料的永久变形，但未比较浸水和未浸水两种条件对混合料抗车辙能力的影响；F.J.Pretorius、H.Musty、T.M.Gilbert和I.I.AIQadi等根据工程应用实例评价了超薄层沥青路面的抗开裂、抗滑、抗疲劳及水损害等工程性能。而采用浸水车辙试验研究超薄层沥青混合料水稳定性的文献不多，如石蕾、杨毅等采用浸水车辙试验研究了不同结合料类型、不同荷载强度和不同空隙率对橡胶沥青混合料水稳定性的影响。该文结合近年旧路路面提质改造工程要求和特点，通过浸水车辙试验和冻融劈裂试验对不同骨料级配、不同沥青胶结料的超薄层沥青砼面层进行对比研究，为实际工程优选工序简易、性能优良、造价低廉的超薄层沥青混合料。

1 试验材料

1.1材料性能

试验中选取的SBS改性沥青、70#重复沥青+ 0.8%抗车辙剂和高粘弹沥青结合料的材料性能见表1。试验中选取的美国级配（Type-B型）、改良型SMA-10和OGFC-10混合料骨料采用的集料均为玄武岩，填料为石灰岩磨细矿粉，采用木质素纤维，其综合性能指标均满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

表1　试验选取的3种结合料的性能指标

续表1

1.2沥青混合料级配

表2为3种级配类型对应的粒径组成。试验中选用的3种级配形式对应的公称粒径比其他级配形式偏粗，旨在确保超薄层沥青混合料的空隙率超过10%，以利于里面排水、降低行车水雾、降噪和提高抗滑能力。同时根据多年的路面施工经验，集料粗集料集中，能铺筑出均匀美观的路面。

表2　试验选取的3种骨料的级配组成

1.3沥青胶结料级配及油石比

将上述3种级配类型和3种胶结料两两组合形成9种沥青混合料，其马歇尔试验结果及最佳油石比见表3。

2 试验结果与分析

9种沥青混合料的浸水车辙试验和常规车辙试验结果见表4，冻融劈裂试验结果见表5。

2.1油石比的影响

从表3所示混合料最佳油石比来看，美国级配（Type-B型）、改良型SMA-10和OGFC-10三者间的油石比差别较大，改良型SMA-10的最佳油石比最高，Type-B次之，OGFC-10最低。但沥青混合料选取的级配类型相同时，因不同结合料导致的最佳油石比差异不大。从表4所示动稳定度和表5所示冻融劈裂强度来看，改良型SMA-10高的油石比不但对高温稳定性没有影响，还显著提高了其抗水侵蚀能力。表明为了提高超薄层路面的耐久性，选择合适的级配对提高结合料的用量很有必要。

表3　试验选取的9种沥青混合料的马歇尔试验结果及最佳油石比

表4　9种沥青混合料车辙试验和浸水车辙试验结果

表5　9种沥青混合料冻融劈裂试验结果

2.2级配类型的影响

表4、表5表明，无论是常规车辙还是浸水车辙的动稳定度和冻融劈裂强度，沥青混合料的高温稳定性和水稳定性都受级配类型的影响。当选用的沥青胶结料相同时，改良型SMA-10的动稳定度和冻融劈裂强度都最高；OGFC-10的劈裂强度最低，Type-B则位于两者之间；Type-B的动稳定度最低，OGFC-10介于两者之间。不同级配沥青胶结料浸水后的车辙试验结果表明，动稳定度和冻融劈裂强度降低幅度差异受胶结料级配影响较大，OGFC-10混合料的动稳定度和冻融劈裂强度降低最显著，其次是Type-B型混合料，改良型SMA-10混合料受胶结料级配影响最小。说明级配类型对沥青面层的水稳定性有着主要影响。

改良型SMA-10混合料由于级配组成最佳，加之存在纤维的增强增韧作用及足够的空隙来容纳较多的结合料用量，混合料结构组成处于合理状态，所以表现出优良的综合性能；而OGFC-10混合料恰恰相反，故其综合路用性能较差。

2.3胶结料的影响

试验结果表明，级配相同时，在最佳油石比下，高粘弹沥青结合料组成的沥青混合料的动稳定度最高，接近其他两种的5倍。选用SBS改性沥青的动稳定度优于选用7#重交沥青+0.8%抗车辙剂复合型胶结料。但由于二者粘度相差不多，动稳定度差异不大。

水稳定性方面，粘度越高的混合料，浸水前后的动稳定度绝对值越大，降低幅度也较小；劈裂强度的降低幅度也越小。试验结果充分反映了粘度高、弹性好的沥青胶结料和改良的SMA级配相组合可获得较高抗车辙能力和抗水损害性能的沥青混合料，其车辙动稳定度分别是其他8种混合料的2～4.5和2～4.7倍。根据表4、表5中的试验结果，有5种超薄层沥青混合料的水稳定性满足《公路沥青路面施工技术规范》对沥青路面水稳定性的要求，分别为Type-B SBS改性沥青混合料、改良型SMA-10 SBS改性沥青混合料、Type-B高粘弹沥青混合料、改良型SMA-10高粘弹沥青混合料和OGFC -10高粘弹沥青混合料，其中改良型SMA-10高粘弹沥青混合料的综合性能最佳。

对超薄层路面进行设计时，不但要选用适合的胶结料，还要重视级配类型的设计和选用，通过合理设计胶结料和级配类型来提高混合料的油石比，从而提高超薄层路面的耐久性。

3 结论

（1）级配类型和胶结料种类是影响超薄层沥青混合料水稳定性的主要因素。

（2）为提高超薄路面的耐久性，混合料设计中要重视对胶结料和骨料级配的合理设计和选用。

（3）可根据道路等级、交通量发展和荷载组成、工程所在地的气候条件和投资预算等合理设计超薄层沥青砼。城市主干道、高速公路或重交通道路的预防性养护或维修，建议选取综合性能优良的改良型SMA-10高粘弹沥青混合料。

［1］ Corley-Lay J B，Mastin J N.Ultrathin bonded wearing course as pavement preservation treatment for jointed concrete pavements［R］.The Transportation Research Board，2005.

［2］ Frazier P J，Gharaybeh F A.Evaluation of tests to accessstripping potential of asphalt concrete mixtures［R］.The Transportation Research Board，1987.

［3］ 刘朝晖，沙庆林.超薄层沥青混凝土SAC-10矿料级配比较试验研究［J］.中国公路学报，2005，18（1）.

［4］ 薛国强.超薄磨耗层SMA-5沥青混合料的设计及性能研究［J］.公路交通科技，2009，26（10）.

［5］ 程永春，付极，刘寒冰，等.超薄磨耗层沥青混合料路用性能试验研究［J］.公路，2008（3）.

［6］ Aschenbrener T.Evaluation of hamburg wheel-tracking device topredict moisture damage in hot-mix asphalt［R］.The Transportation Research Board，1995.

［7］ Musty H，Hossain M.Performance of ultra-thin bituminous overlays［A］.Performance of Ultra-thin Bituminous Overlays，T&DI Congress 2014［C］.2014.

［8］ Pretorius F J，Wise J C，Henderson M.Development of application differentiated ultra-thin asphalt friction courses for Southern African application［A］.Proceedings of the 8th Conference on Asphalt Pavements for Southern Africa［C］.2004.

［9］ 李进，韦金城.病害路段沥青混合料抗水损害试验研究［J］.石油沥青，2010，24（1）.

［10］ Gilbert T M，Olivier P A，GaléN E.Ultra-thin friction course five years on in South Africa［A］.Proceedings of the 8th Conference on Asphalt Pavements for Southern Africa［C］.2004.

［11］ AI-Qadi I I，Murrell S.Airfield and highway pavement 2013：sustainable and efficient pavements［A］.2013 Airfield&Highway Pavement Conference［C］.2013.

［12］ 石蕾.沥青混合料水损害性能浸水车辙试验方法研究及其水损害性能评估［D］.重庆：重庆交通大学，2015.

［13］ 杨毅.不同压强作用下橡胶沥青混合料的水损害性能研究［D］.重庆：重庆交通大学，2015.

［14］ JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.

U418.8

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1671-2668（2016）05-0133-04

2016-03-23