新型超粘磨耗层路用性能试验研究

摘要：为了解决常规冷拌冷铺磨耗层技术缺陷，文章以特种改性乳化沥青和矿料为原料，研究确定了一种新型超粘磨耗层的矿料级配、最佳含水量、最佳油石比和最佳洒布量等技术参数，并通过铺筑试验路段验证了该超粘磨耗层的路用性能。研究结果表明，所开发的新型超粘磨耗层具有良好的路面养护效果。

关键词：特种改性乳化沥青;超粘磨耗层;路面养护

0 引言

随着高速公路运营时间的延长和交通量的增加，路面使用性能会不断降低。在路面整体性能良好，出现大量病害之前，采取主动的预防性防护措施能够以较低的费用保持或提高路面使用性能，防止路面性能过快衰变[1-2]。常用的预防性养护措施是对既有路面加铺一层磨耗层，填封路面微小裂缝、延缓路面老化速度、提高路面抗滑性能，从而达到提升路面性能、延长路面使用寿命、节约养护资金的目的。对于磨耗层的类型研究较多，曾梦澜等人[3]曾对密级配、半开级配和开级配三种热拌沥青混合料磨耗层的抗滑、渗水等路面性能进行了试验评价。磨耗层采用冷拌冷铺施工工艺，施工方便，对集料规格要求不严格，可以实现烟气零排放。然而，传统的冷拌冷铺磨耗层存在早期强度较低，水稳定性能较差，路面性能衰减快，容易失效等问题[4-5]，需要不断改进。黄文通等人[6]应用一种具有高软化点和良好弹性恢复能力的改性乳化沥青开发了一种含玻璃纤维的新型磨耗层，试验结果表明性能优良。李宁等人[7]采用高性能的乳化沥青增強混合料的粘结性能，改进了常规微表处的技术缺陷，实现了良好的路面养护效果。

本文以特种复合改性乳化沥青和常规矿料为原材料，依据稀浆材料的试验评价方法，通过一系列室内试验研究确定了一种超粘磨耗层混合料的配合比和洒布量等技术参数，并铺筑试验路段对其路用性能进行了跟踪评价。

1 试验原材料

1.1 乳化沥青

超粘磨耗层粘结料采用一种具有高黏性、高弹性、高延展性的特种改性乳化沥青慢裂快凝材料，检测结果如表1所示，其各项技术指标均符合《磨耗层和稀浆封层技术指南》（JTG/T F40-02-2005）及《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的技术要求。

1.2 矿料

对矿料依照相关试验规程进行检测，试验结果如表2所示，均满足相关规范的技术要求。

2 技术参数与性能

按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004），对超粘磨耗层混合料进行稠度试验来确定合适的用水量，利用湿轮磨耗试验和负荷车轮粘沙试验确定最佳油石比，利用摆式仪、手工铺砂法和路面渗水仪确定合适的洒布量。

2.1 矿料级配

根据相关规范和指南的要求，采用微表处MS-3型级配。矿料级配曲线如图1所示。

由图1可见，筛分结果在各档矿料中均符合相关技术规范要求，且接近于级配要求中各粒径范围的中值，试验所用矿料级配较理想。

2.2 最佳用水量

稠度试验的测试结果如图2所示。当用水量在4%～6%时，超粘磨耗层混合料的稠度为2～3 cm，具有适宜的和易性，符合沥青路面施工规范。因此，本研究取适宜用水量范围的中值5%为最佳用水量。

2.3 最佳油石比

2.3.1 湿轮磨耗试验

通过湿轮磨耗试验检验成型后材料的配伍性和抗水损害能力，确定超粘磨耗层混合料油石比的下限。试验结果如表3所示。

由表3可知，随着油石比的增加，磨耗值逐渐减小。按照相关技术规范的要求，1 h的湿轮磨耗值≤540 g/m2，因此磨耗层混合料的油石比应>6.0%。

2.3.2 负荷车轮粘砂试验

通过负荷车轮粘砂试验来确定超粘磨耗层混合料中沥青用量的上限。试验结果见表4。

由表4可以发现，随着油石比的增加，粘附砂量逐渐增大。按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的技术要求，粘附砂量应≤450 g/m2。因此，超粘磨耗层混合料的油石比应<7.0%。

综合分析湿轮磨耗试验和负荷车轮粘砂试验的结果可知，超粘磨耗层混合料油石比的合适范围为6.0%～7.0%。本研究所选的五个油石比仅6.5%满足要求，因此选6.5%为混合料设计的最佳油石比。

2.4 最佳洒布量

2.4.1 抗滑性能

由图3（a）可知，随着洒布量的增加，超粘磨耗层的构造深度逐渐减小。当洒布量>0.7 kg/m2时，超粘磨耗层撒布前后车辙板的构造深度变化幅度趋于稳定。由图3（b）可以看出，洒布后的抗滑摆值均得到了不同程度的提高，随着洒布量的增加，超粘磨耗层的抗滑摆值先增加后趋于稳定，并在>0.7 kg/m2后基本保持不变。

2.4.2 渗水性能

从图4可以看出，洒布超粘磨耗层后，车辙试件的防渗性能得到显著提升。随着洒布量的增加，超粘磨耗层渗水系数逐渐减小。洒布量为0.7 kg/m2时，渗水系数为零，满足封水的效果。

综上分析，超粘磨耗层混合料的洒布量选定为0.7 kg/m2，此时超粘磨耗层对抗滑性能显著下降的原路面的抗滑性能、封水防渗性能均有较大的改善，同时材料使用较为经济。

3 试验路性能评价

2018年，依托广西钦崇高速公路铺筑了2 km的超粘磨耗层试验路并进行了连续的跟踪测试，其路用性能指标如图5所示。

由图5可以看到，在实施了超粘磨耗层后，试验路段的抗滑性能较处治前（2017年）得到了大幅提升，同时修复了路面车辙病害，改善了路面平整度。在试验路段实施一年后（2019年），路面的抗滑性能仍然非常优良，路面车辙和平整度也仍然处于优良状态。

4 结语

（1）由稠度试验可知，超粘磨耗层混合料在用水量为4%～6%时，具有较好的施工和易性。

（2）由湿轮磨耗试验和负荷车轮粘砂试验可知，超粘磨耗层混合料在油石比为6.5%时，具有较好的配伍性、粘附性、抗水损害性能。

（3）综合考虑到沥青面层的抗滑性能、防渗性能和材料的经济性，超粘磨耗层混合料洒布量确定为0.7 kg/m2较为适宜。

（4）对试验路进行试验的结果表明，超粘磨耗层能够极大地提高路面抗滑性能，同时可以改善路面车辙病害。

参考文献：

[1]苏卫国， 张肖宁，王端宜.道路预防性养护的概念、应用及发展[J].广东公路交通，2005（S1）：1-9.

[2]于庆革，田新宇，舒 跃.浅谈超薄磨耗层沥青混凝土在公路养护中的应用[J].公路，2010（10）：233-237.

[3]曾梦澜，彭良清，吴超凡，等.超薄磨耗层沥青混合料使用性能试验研究[J].武汉理工大学学报，2012（4）：27-31.

[4]郝金海，卢先荣，陈 宇，等.浙江省典型养护措施路面性能长期衰变研究[J].公路工程，2019（1）：76-80.

[5]李丽慧，樊 凯.冷拌冷铺沥青混合料超薄磨耗层配合比设计[J].兰州理工大学学报，2016（42）：139-142.

[6]黄文通，许良楷， 元泽宏， 等.冷拌冷铺超粘磨耗层混合料路用性能研究[J]. 青海交通科技，2019（4）：88-91，97.

[7]李 宁，牛晓伟，朱富万.超粘磨耗层技术在高速公路养护中的应用研究[J].公路，2018，63（4）：243-247.

作者简介：周志刚（1964—），高级工程师，研究方向：高速公路建设及养护管理。

基金项目：广西科技计划重点研发项目（桂科AB17292061）