OGFC-10玄武岩纤维高黏型薄层罩面性能研究

李文凯 张波 邵景干 陈红奎

摘 要：OGFC开级配沥青混合料因其良好的抗滑及排水性能而被广泛应用到高等级沥青路面养护工程当中。本研究将高粘沥青及玄武岩纤维应用到OGFC薄层罩面混合料当中来改善沥青路面的路用性能。通过对不同设计空隙率OGFC-10薄层罩面混合料相关路用性能研究得出：随着设计空隙率的减小，混合料高温抗车辙、抗水损害、低温抗开裂性能均逐渐增强，抗滑及排水性能均逐渐降低，综合考虑，设计空隙率为10%的OGFC-10薄层罩面混合料整体路用性能最优。

关键词：高黏沥青;矿料级配;超薄磨耗层;油石比;路用性能

中图分类号：U414     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）7-0091-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.021

Abstract： OGFC open graded asphalt mixture is widely used in high-grade asphalt pavement maintenance engineering because of its good skid resistance and drainage performance. In this study， high viscosity asphalt and basalt fiber are applied to OGFC thin-layer overlay mixture to improve the road performance of asphalt pavement. Through the research on the relevant road performance of OGFC-10 thin-layer overlay mixture with different design void ratio， it is concluded that with the decrease of design void ratio， the high-temperature rutting resistance， water damage resistance and low-temperature cracking resistance of the mixture are gradually enhanced， and the skid resistance and drainage performance are gradually reduced. Comprehensively considered， the overall road performance of OGFC-10 thin-layer overlay mixture with design void ratio of 10% is the best.

Keywords： high viscosity asphalt; aggregate gradation; ultra thin wearing course; oil stone ratio; road performance

0 引言

伴随着我国经济的快速增长，基础设施的不断完善，早期通车运营的道路在投入运营一定年限之后逐渐出现了坑槽、松散、裂缝、车辙及抗滑性能不足等路面病害，其中抗滑性能退化更为突出，严重影响行车安全，增加了交通事故发生的风险。修复路面病害、改善抗滑能力的方法有多种，主要包括铣刨重铺、微表处、薄层罩面等施工工艺。其中，铣刨重铺施工周期较长，铣刨重铺厚度在4 cm左右，会消耗大量的矿料及沥青，增加养护成本，给管养部门带来较大经济压力，同时高等级公路施工过程中，还需封闭交通、占用车道，严重影响行车安全;微表处施工工艺铺筑厚度在1 cm左右，胶结材料为改性乳化沥青，属于常温施工，沥青与矿料之间的黏结能力较差，短期内会改善路面病害，增强路表的抗滑能力，但其使用年限较短，尤其重轴载交通量大的路段，通车一段时候后极易出现松散，起皮、剥落的现象，不利于大面积推广;热拌沥青薄层罩面施工工艺铺筑厚度在2.5 cm左右，所需原材较少，高黏沥青混合料之间具有较强的黏结能力，不仅能够修复路表病害、改善抗滑能力，同时还具有较长的使用年限，经济效果较为显著。OGFC-10开级配薄层罩面能夠快速改善沥青路面的抗滑性能，减少路表积水，同时铺筑厚度较薄，多为2.0～2.5 cm，不仅能修复路面病害，还有效降低了养护成本，被广泛应用到高等级沥青路面养护工程当中。OGFC-10混合料设计空隙率一般为18%～25%，较大的孔隙能够有助于路面积水快速排出路表，同时也能够吸收轮胎与路面摩擦产生的噪声，但混合料内部易受到动水压力的侵蚀作用，影响沥青胶结料与矿料之间的黏结性能，沥青胶浆极易从骨料之间剥落。为改善OGFC-10薄层罩面混合料黏结能力差的缺点，选用高黏沥青及玄武岩纤维对混合料进行综合改性;同时选用10%、16%、22%三种不同的设计空隙率进行矿料级配设计及相关路用性能研究，为OGFC-10玄武岩纤维高黏型薄层罩面在道路工程中的应用提供技术支撑。

1 原材料性能及矿料级配设计

1.1 沥青

原材料性能对沥青路面的服务水平及使用年限有着重要的影响，其中沥青种类的选取尤为关键，OGFC属于开级配沥青混合料，设计空隙率一般为18%～25%，较大的内部孔隙易导致飞散损失，沥青胶浆易从骨料之间剥落，因此沥青须具备较强的黏结能力。本研究选用许昌金欧特沥青股份有限公司生产的高黏沥青进行试验，其主要性能参数检测结果见表1。

1.2 纤维

玄武岩纤维是一种矿物纤维，是由天然玄武岩通过高温熔融、高速拉丝、表面处理，并按规定长度剪切而成，其密度一般为2.6～2.8 g/cm3，与常规粗骨料的密度相当，掺入到OGFC-10混合料中能够均匀分散到矿料之间起到吸附、稳定沥青的效果，同时在矿料之间起到搭桥、加筋的作用，能够改善大孔隙沥青路面的路用性能及使用年限。试验选用的玄武岩纤维由郑州登电集团生产，规格型号为6～17 mm，其主要技术参数检测参数均能满足《公路工程玄武岩纤维及其制品第1部分：玄武岩短切纤维》（JT/T 776.1—2010）中的相关要求。

1.3 配合比设计

本研究选用OGFC开级配展开研究，石灰岩碎石粗骨料粒径分别为3～5 mm、5～10 mm，机制砂细骨料粒径为0～3 mm，填料为石灰岩磨细的矿粉。为降低OGFC矿料级配的空隙率以保证薄层罩面具有良好的抗飞散能力，试验选用10%、16%、22%三种设计空隙率对OGFC-10混合料进行矿料级配设计，设计结果见表2。玄武岩纤维的掺量为0.4%（占混合料质量），不同设计空隙率下OGFC-10混合料马歇尔及析漏、飞散试验结果见表3。

2 路用性能

2.1 高温稳定性

沥青路面是路表结构层，混合料性能与温度关系密切，夏季高温天气混合料塑性变大、韧性变小，在车辆重轴载碾压作用下易发生塑性变形，泛油、车辙、拥包等路面病害的出现是高温稳定性差的主要表现形式[1-2]。本研究在试验温度为60 ℃环境下，选用室内车辙试验对不同空隙率的OGFC-10混合料开展高温性能检测、研究，动稳定度检测结果见图1。

分析图1可知：随着设计空隙率的不断变小，OGFC-10混合料高温动稳定度检测结果逐渐变大，当设计空隙率为22%时，试验结果最小，但仍能达到4 846次/mm，远大于重交通量路段不低于3 000次/mm的技术要求，这主要因为0.4%掺量的玄武岩纤维的掺入能够在混合料内部起到吸附、稳定沥青的作用，使得混合料整体稳定性能更好，具有更强的高温抗塑性变形能力，同时合理降低OGFC-10混合料的空隙率，也能够改善沥青路面的高温抗车辙能力。

2.2 水稳定性

沥青路面作为路表结构层，长期受到光照、雨水侵蚀、冻融循环及车辆轴载等外界因素的长期综合作用，沥青逐渐老化，骨料与沥青之间的黏附能力逐渐降低，沥青胶浆极易从骨料之间剥落，松散、坑槽等路面病害的出现是沥青路面水稳定性差的主要表现形式[3]。试验选用浸水马歇尔及冻融劈裂试验对不同空隙率OGFC-10薄层罩面混合料进行抗水损害能力研究，检测结果分别见图2、图3。

分析图2、图3可知：随着设计空隙率的不断变小，OGFC-10混合料抗水损害能力逐渐变大，当设计空隙率为22%时，试验结果最小，但仍能满足改性沥青混合料残留稳定度及残留强度比分别不小于85%、80%的要求，这主要是因为随着空隙率的降低，高黏沥青的用量逐渐增加，同时玄武岩纤维吸附、稳定沥青的作用使得沥青胶浆在混合料内部更加稳定，抗水损害剥落能力增强。

2.3 低温抗裂性

低温环境下，沥青塑性降低、脆性增强，在车辆轴载作用下，当沥青路面内部混合料之间的容许拉应力低于温缩应力时，混合料就会发生细微开裂，这些细微开裂若不加以处治就会逐渐恶化成块状裂缝甚至龟裂等严重病害[4]。在试验温度为-10 ℃的环境下，选用试验室低温弯曲试验对不同空隙率OGFC-10混合料开展低温性能检测，检测结果见图4。

由图4可以得出：随着设计空隙率的不断变小，OGFC-10薄层罩面混合料低温抗开裂能力逐渐增大，当设计空隙率为22%时，试验结果最小，但仍能符合改性混合料弯曲破坏应变检测结果不小于2 500 µε的要求，这主要是因为随着空隙率的降低，高黏沥青的用量逐渐增加，矿料之间的黏结能力增强，同时玄武岩纤维在骨料之间起到搭桥、加筋的作用，使得OGFC-10混合料低温抗开裂能力增强。

2.4 渗水及抗滑性能

较大的构造深度能够保证沥青路面的抗滑能力，缩短车辆刹车时的制动距离，减少交通事故发生的概率;良好的排水能力，能够使路表积水及时排除，减少雨水对沥青路面的侵蚀。OGFC-10薄层罩面混合料作为一种路表功能层，需具有良好的抗滑及排水性能[5]。試验选用构造深度、渗水试验对不同空隙率的OGFC-10混合料开展抗滑及排水性能检测，检测结果分别见图5、图6。

由图5、图6可以得出：随着设计空隙率的不断变小，OGFC-10混合料抗滑及排水能力不断下降，当设计空隙率为10%时，试验结果最小，但此时OGFC-10薄层罩面混合料仍具有良好的抗滑及排水能力。

3 结语

随着设计空隙率的减小，OGFC-10薄层罩面混合料高温抗车辙、抗水损害、低温抗开裂性能均逐渐增强，抗滑及排水性能均逐渐降低，但OGFC-10-10%薄层罩面混合料仍具有良好的抗滑及排水能力。综合考虑，设计空隙率为10%的OGFC-10薄层罩面混合料整体路用性能最优。

参考文献：

[1]高明星，方淑艳，朱守林，等.密实型废旧橡胶颗粒沥青混合料的降噪特性研究[J].中外公路，2010，3（30）：255-258.

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[3]聂小沅，李雨舟，聂晓清.超薄磨耗层发展现状及其在城市道路工程中应用可行性研究[J].城市道桥与防洪，2015（10）：186-188.

[4]周礼.高黏结超薄磨耗层罩面技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2013.

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