超薄磨耗层高粘沥青混合料路用性能研究

顾铭

摘要 采用高粘沥青拌和的超薄磨耗层能够大幅提高表面功能下降的沥青路面的抗滑性能。但由于超薄磨耗层受外界行车和气候环境的影响容易出现松散、剥落、掉粒现象。文章选定了超薄磨耗层级配类型，通过旋转压实法设计TPS高粘沥青、YS4303高粘沥青、D6302高粘沥青、KT1301高粘沥青和普通SBS改性沥青和Novachip B级配成型超薄磨耗层，成型了超薄磨耗层+AC-16混合料复合车辙板试件，研究了超薄磨耗层的抗滑性能和透水性能。

关键词 超薄磨耗层;高粘沥青混合料;路用性能

中图分类号 U418.6 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0044-03

0 引言

由于超薄磨耗层混合料孔隙率以及连通孔隙结构的特殊性，其在服役过程中受汽车荷载、雨水以及紫外线辐射等外部环境因素的作用下更加显著[1]。新筑的高粘沥青超薄磨耗层很容易出现被进一步压实导致的空隙率减小和连通孔隙封闭，以及由于集料颗粒之间的点接触状态导致的松散和掉粒现象，导致超薄磨耗层的使用性能和服役寿命大幅度降低[2]。不同于密实型的沥青混合料中不同级配集料与沥青之间的面接触形式，超薄磨耗层集料之间的粘结状态为通过高粘沥青粘结形成的点接触，超薄磨耗层路面的耐久性主要由其中的高粘沥青的性能决定，高粘沥青的高、低温蠕变特性，黏聚力以及内聚力等均是影响超薄磨耗层性能的主要因素。因此，该文围绕高性能、高粘度沥青开展研究，研究中TPS高粘沥青、YS高粘沥青、D以及KT高粘沥青分别成型超薄磨耗层混合料并其进行热氧老化，分析路用性能及排水性能，优选性能良好的高粘沥青混合料。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

该文选用TPS高粘沥青、YS4303高粘沥青、D6302以及KT1301高粘沥青制备超薄磨耗层沥青混合料进行试验。4种沥青基本技术指标如表1所示。

超薄磨耗层沥青混合料的强度来源于不同粒径的集料构成了的骨架，集料的粒径、棱角性、耐磨性乃至表面纹理构造都对超薄磨耗层沥青混合料的结构稳定性以及路用性能有显著的影响[3]。超薄磨耗层一般厚度为2 cm左右，集料最大公称粒径为9.5 mm。超薄磨耗层作为一种骨架空隙结构，需要大量性能优良的粗集料来形成稳定的骨架结构，因此，粒径大于4.75 mm的粗集料用量较多。为确保超薄磨耗层的路用性能（抗滑性能和降噪性能）和排水性能，超薄磨耗层混合料在设计中需要尽量减少2.36～4.75 mm粒径的颗粒集料的用量，且0.075～0.23 mm粒径细集料的用量也较普通的沥青混合料少。为了确保沥青对集料的裹覆和粘结性能，超薄磨耗层混合料的需要较多的石灰石矿粉。所用集料的各项性质符合规范规定，如表2所示;矿粉采用石灰岩磨细，其基本技术指标如表3所示。

目前常用于超薄磨耗层的混合料结构形式主要有SMA-10、AC-10、SAC-10、Novachip以及OGFC-10等，一般而言，AC-10高温稳定性好，但构造深度低，抗滑性能也较差;OGFC-10超薄磨耗层的渗水、抗滑性能最好，但是耐久性差，SMA-10超薄磨耗层抗滑性能较好，透水性能较差;SAC-10超薄磨耗层则存在抗滑性能好而施工和易性差等特点;Novachip则综合了OGFC和SMA的优点，具有抗滑性能好、层间剪切强度高且耐久性好等特点，因此该文采用Novachip-B级配，混合料级配曲线如图1。

1.2 超薄磨耗层沥青混合料配合比设计

超薄磨耗层混合料油石比依据相关规范进行确定，初定最佳油石比为5.2%，设计空隙率为10%，采用五个高粘沥青用量，分别为4.0%、4.5%、5.0%、5.5%和6.0%，试件的成型方式采用旋转压实。

鉴于高粘沥青粘度较一般的改性沥青更加高，该文采用的拌和温度为170 ℃，压实温度为165 ℃，压实次数为100次。成型的试件钻芯后对其体积指标进行测试，体积指标如表4所示。研究这几个指标随油石比的变化，确定最终的超薄磨耗层油石比。

由表4确定的超薄磨耗层沥青混合料的最佳油石比为5.3，此时混合料的空隙率为10%，满足目标孔隙率要求。

1.3 超薄磨耗层沥青混合料成型

超薄磨耗层的成型选用 5 cm 厚复合车辙板试件，其中车辙板分为上面层和下面层两个层面，下面层厚3 cm、上面层厚2 cm，成型AC-16+NovachipB复合结构车辙板试件。在上面层成型完成并冷却24 h后，需要涂刷粘层材料，粘层材料为高粘SBS改性乳化沥青，洒布量为0.7 L/m2。

2 超薄磨耗層性能评价

将超薄磨耗层视为功能层而非结构层，由于其主要作用是抗滑、降噪和排水，并不参与力学计算。因此，该文对TPS高粘沥青、YS4303高粘沥青、D6302高粘沥青以及KT1301高粘沥青超薄磨耗层混合料的评价主要是基于其抗滑和排水性能，并与普通的SBS改性沥青超薄磨耗层进行对比，从中选取一种最适用于超薄磨耗层的高粘沥青。

2.1 超薄磨耗层抗滑性能

2.1.1 摩擦系数

摩擦系数用来表征超薄磨耗层的抗滑性，采用的方法为：《公路路基路面现成测试规程》（JTG E60-2008）中摆式摩擦系数法。具体试验过程为：将摆式摩擦仪置于被测车辙板上，摆式仪上的摆锤向下放置，使摆锤上的橡皮擦在超薄磨耗层表面擦过12.6 cm。记录试验温度，并依据规范修正值将当时温度测试所得摩擦系数值换算为20 ℃摩擦系数值（表5）。

从表5可以看出，尽管采用相同的混合料级配，由于沥青性能导致的超薄磨耗层摩擦系数检测结果存在显著的差异。YS4303高粘沥青超薄磨耗层摩擦系数较小，而D6302、KT1301以及TPS高粘沥青超薄磨耗层的摩擦系数均较大，尤其是其中的TPS高粘沥青超薄磨耗层和KT1301超薄磨耗层。级配相同而胶结料不同的超薄磨耗层沥青混合料呈现出不同的摩擦系数，其原因一方面在于不同的沥青结合料在高温条件下的粘度差异导致混合料的压实效果不同，当沥青结合料粘度较低时，高温下呈流淌状态，无法有效地裹覆集料颗粒;而过高的沥青结合料粘度则会导致压实困难。该文选用五种沥青结合料，普通SBS改性沥青超薄磨耗层摩擦系数远小于其余四种高粘沥青超薄磨耗层，其原因在于普通SBS改性沥青的粘度远小于高粘沥青，施工温度较高的情况下，很容易出现流淌现象，表现为压实沥青混合料的空隙率较低且表面纹理性差;而过高的沥青结合料粘度则会导致压实困难，表现为混合料的压实效果较差，无法达到目标空隙率。

2.1.2 构造深度

根据《公路路基路面现场测试规程》测定路面构造深度试验方法，采用摩擦系数分析超薄磨耗层抗滑性能的同时，采用手工铺沙法，将桶中细沙缓慢倒在超薄磨耗层混合料车辙板上，使用专用刮砂板将标准砂均匀的摊铺成圆形，测量圆形直径。并按照规范要求计算测试层构造深度，试验结果如表6所示。

从表6可以看出，四种高粘沥青中，TPS高粘沥青和KT1301高粘沥青超薄磨耗层的表面构造深度最大，而YS4303和D6302高粘沥青超薄磨耗层的构造深度略小于TPS高粘沥青和KT1301高粘沥青超薄磨耗。采用的构造深度和摩擦系数法表征不同沥青混合料的抗滑性能时，排序结果完全相同，两者具有很好的一致性。

2.2 超薄磨耗层排水性能

排水性能测试渗水系数，测试前先采用橡胶密封材料将超薄磨耗层车辙板与渗水仪之间的间隙密封，根据渗水量与渗水时间的关系，确定超薄磨耗层的渗水系数，得到五种沥青结合料超薄磨耗层的渗水系数，如表7所示。

分析表7可以看出，TPS、YS4303、D6302、KT1301幾种高粘沥青、普通SBS改性沥青超薄磨耗层的渗水系数均大于90 mL·min-1，其中TPS和KT1301渗水系数最大， SBS超薄磨耗层的渗水系数最小，可见采用高粘沥青成型的超薄磨耗层渗水性能优于普通SBS改性沥青超薄磨耗层。而TPS、YS4303、D6302、KT1301高粘沥青超薄磨耗层的渗水系数均在94.8～98.5 mL·min-1之间，其中最大值与最小值的差值不大于5%。该文参考Novachip级配成型的超薄磨耗层孔隙率约为10%，成型超薄磨耗层中连通孔隙较多，具有较好的透水性能。

3 结论

（1）对五种沥青结合料的超薄磨耗层而言，SBS改性沥青超薄磨耗层的摩擦系数最小，YS4303高粘沥青超薄磨耗层摩擦系数也较小，而D6302、KT1301以及TPS高粘沥青超薄磨耗层的摩擦系数均较大，尤其是其中的TPS高粘沥青超薄磨耗层和KT1301超薄磨耗层。

（2）TPS、YS4303、D6302、KT1301高粘沥青以及普通SBS改性沥青超薄磨耗层的构造深度均超过了0.90 mm，其抗滑性能良好，所有沥青结合的抗滑性能评价所采用的构造深度和摩擦系数的排序结果完全相同，两者具有很好的一致性。

（3）高粘沥青成型的超薄磨耗层渗水性能优于普通SBS改性沥青超薄磨耗层，且TPS、YS4303、D6302、KT1301高粘沥青超薄磨耗层的渗水系数均在94.8～

98.5 mL·min-1之间，其中最大值与最小值的差值不大于5%。

参考文献

[1]任兴荣. 超薄磨耗层技术在公路养护中的应用[J]. 中国公路， 2022（2）： 99-100.

[2]常逢奇. 超薄磨耗层用高粘沥青性能研究[D]. 西安：长安大学， 2020.

[3]吴建强. 超薄磨耗层在高速公路养护中的应用[J]. 交通世界， 2022（Z1）： 179-180.