抗滑表层沥青混合料组成分析及汉堡车辙试验评价

易先鸿，赵承伟，黄健洪

(1.广西壮族自治区交通运输综合行政执法局，广西 南宁 530001；2.广西交科工程咨询有限公司，广西 南宁 530011；3.桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004)

0 引言

广西气候湿热多雨，沥青路面表面层直接与交通荷载及自然环境接触，且承受的压应力、水平力及剪应力较高，这就要求沥青路面表面层既要有优良的高温稳定性和水稳定性，又要有良好的抗滑安全性能。工程实践表明，沥青路面若出现车辙现象，其抗滑性能会大幅度衰减，尤其是伴有泛油的车辙，因此预防抗滑表层沥青路面车辙病害是提高沥青路面抗滑性能的重要措施之一。吴传海[1]研究显示，造成表面层沥青路面产生车辙病害的主要原因是矿料级配设计不合理或控制不严，通过找出集料粒子干涉作用的分界点，设计出骨架密实的矿料级配，提高了沥青混合料高温稳定性，并从空隙率减小的角度提高了沥青混合料水稳定性。与此同时，陈凯[2]通过对比试验结果得出汉堡车辙试验比规范车辙试验更能区分和评判沥青混合料高温稳定性的优劣。黄晓明等[3]指出，沥青路面材料选择和级配组成设计是影响抗滑性能的主要因素，虽然沥青路面的抗滑特性主要由宏观构造与微观构造共同形成，但在有水工况下，路表宏观构造特征决定了沥青路面的抗滑性能的优劣。陆宇等[4]通过研究沥青混合料水稳定性与集料级配波动的相关性发现，4.75 mm、2.36 mm和0.075 mm筛孔通过率对沥青混合料水稳定性的影响显著。从前人研究成果来看，骨架密实型的矿料级配可有效提高沥青混合料高温稳定性、水稳定性以及抗滑性能。粗集料含量较多时，矿料级配相对越粗，可有效增强集料间骨架嵌挤的能力，沥青混合料抗车辙性能就越好，同时路表宏观构造也会越大，沥青路面抗滑能力越好。但粗集料含量较多的沥青混合料，需要细集料充分填充骨架空隙才能保证沥青路面具有水稳定性。目前针对灰色、白色石灰岩机制砂对沥青混合料AC-13C性能影响的研究相对较少，因此，本文结合广西某高速公路4个标段抗滑表层沥青路面试验段的SBS改性沥青混合料AC-13C的生产配合比、马歇尔体积指标和路用性能的检验结果，和施工过程中AC-13C的燃烧筛分结果以及沥青路面的压实度、渗水系数、构造深度检测结果，并通过直径为150 mm圆柱体路面芯样的汉堡车辙试验结果加以检验抗车辙能力，提出高温稳定性能、水稳定性及抗滑性能优良的AC-13C施工配合比，以提高抗滑表层沥青路面的使用寿命及行车安全性。

1 SBS改性沥青混合料AC-13C的级配设计及验证

沥青混合料的级配设计分为目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证及施工配合比设计三个阶段，而这三个阶段的沥青混合料关键筛孔通过率相对保持稳定。广西某高速公路4个标段抗滑表层SBS改性沥青混合料AC-13C的生产配合比设计如表1及图1所示。其中，粗集料采用辉绿岩碎石加工所得，6标、7标的细集料采用来宾合山沿线灰色石灰岩碎石加工的机制砂，9标、12标的细集料采用南宁上林洋渡白色石灰岩加工的机制砂[5]。

沥青混合料的密实性取决于细集料的材质、规格及其用量[6]。从表1及图1可以看出，4个标段AC-13C的0.075 mm筛孔通过率均在4.5%～6.5%，6标、7标灰色石灰岩机制砂沥青混合料AC-13C的2.36 mm筛孔通过率约为24%，比9标白色石灰岩机制砂沥青混合料AC-13C的2.36 mm筛孔通过率27.3%低，而12标白色石灰岩机制砂沥青混合料AC-13C的2.36 mm筛孔通过率为31.5%，相对偏高。灰色石灰岩机制砂用量减少，辉绿岩粗集料的用量就会相应增加，6标、7标AC-13C中4.75 mm筛孔的通过率约为34%，比9标、12标白色石灰岩机制砂沥青混合料AC-13C中4.75 mm筛孔通过率低。

表1 SBS改性沥青混合料AC-13C的生产配合比一览表

图1 SBS改性沥青混合料AC-13C的生产配合比 设计曲线图

沥青混合料的配合比设计也是一种工艺设计，其品质与原材料、各档热料的掺配比例、沥青混合料拌和过程相关，而施工过程中沥青混合料的燃烧筛分结果可表征沥青混合料的设计级配。在4个标段试验段沥青拌和站开盘连续生产≥200 t的沥青混合料后取AC-13C的黑料进行燃烧筛分试验，并与相应生产配合比进行对比，试验结果如表2所示。其中，4个标段AC-13C的油石比均为4.8%，由此对6标、7标的AC-13C在其生产级配上进行了微调设计。

从表2可以看出，6标级配一混合料中13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm和0.6 mm筛孔的通过率与生产设计级配偏差较大，这是由于11～16 mm这档热料筛除超粒径的部分有关，导致黑料的燃烧筛分结果中13.2 mm筛孔通过率高于生产级配；6标级配二混合料中9.5 mm、4.75 mm筛孔的通过率与生产设计级配偏差较大，其余筛孔通过率与设计级配较为接近，这是由于试验段铺筑过程中，调整了各档热料的掺配比例；7标级配一混合料的燃烧筛分结果与生产级配相比基本一致；7标级配二混合料4.75 mm筛孔通过率偏差大，这可能是由于取料不均匀或拌和站称量系统误差大而造成的，其余筛孔通过率与生产级配基本一致；9标、12标混合料的燃烧筛分结果与生产级配相比基本一致。

与生产级配相比，AC-13C的关键筛孔4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm存在波动，其中，0.075 mm筛孔通过率为正偏差，偏差的幅度为0～2%。由于矿粉的比表面积大，0.075 mm筛孔通过率的改变会影响沥青混合料的胶浆特性，因此，在沥青混合料施工配合比设计中应考虑拌和过程中0.075 mm筛孔通过率呈现正偏差的特性。

取AC-13C的黑料成型马歇尔试件、车辙试件，AC-13C的各项性能指标如下页表3、表4所示。

表2 SBS改性沥青混合料AC-13C的燃烧筛分结果表

表3 AC-13C的马歇尔试验结果表

表4 AC-13C的性能检验结果表

从表3、表4可知，除7标级配一的饱和度稍微偏大外，AC-13C的马歇尔试验结果、浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度均满足设计技术要求。

与白色石灰岩机制砂相比，结合6标、7标灰色石灰岩机制砂沥青混合料AC-13C的燃烧筛分结果和马歇尔试件的体积指标，表明随着2.36 mm、0.075 mm筛孔通过率的增加，AC-13C的马歇尔试件空隙率降低，AC-13C的2.36 mm筛孔通过率在20.2%、偏离级配下限24%，室内马歇尔试件的空隙率也≤5.5%，故灰色石灰岩机制砂相对更容易使AC-13C密实。

沥青混合料的摊铺碾压过程也是路面结构的形成过程。抗滑表层沥青路面试验段芯样压实度及空隙率如表5所示。

表5 试验段抗滑表层沥青路面的压实度及空隙率检测结果表

从表5可以看出，6标级配一有两个芯样空隙率>6%，级配二有一个芯样空隙率>6%，从现场取芯情况来看，级配二的压实效果要优于级配一；7标级配一、级配二的芯样空隙率均偏小，7标灰色石灰岩机制砂沥青混合料AC-13C的生产配比较接近6标级配二；9标路面空隙率除距中央分隔带1m位置芯样空隙率偏大外，其余芯样空隙率均符合设计技术要求；12标路面空隙率均符合设计技术要求。但路面空隙率结果不一定为真实空隙率，且试验段开始摊铺处路面存在局部泛油的情况，这表明AC-13C的细集料用量相对过多。施工现场随后改以钢轮碾压为主，仅在双钢轮压路机碾压过后20 min才采用一台轮胎压路机复压1～2遍。

4个标段抗滑表层沥青路面渗水系数和构造深度检测结果如表6所示。

表6 试验段抗滑表层沥青路面渗水系数和构造深度检测结果表

从表6可以看出，6标级配二、7标、9标和12标路面渗水检测结果满足≤120 mL/min的设计技术要求。6标级配一渗水系数较大，这是因为：(1)由于该试验段横坡较大，现场检测过程中侧渗严重；(2)级配一整体空隙率偏大，导致级配一路面局部位置渗水系数不满足≤120 mL/min的设计技术要求。

6标级配一路表构造深度在0.8～0.98 mm，级配二路表构造深度在0.88～1.10 mm；7标级配一路表构造深度在0.8～0.85 mm，级配二路表构造深度在0.72～0.74 mm；9标路表构造深度在0.65～0.70 mm；12标路表构造深度在0.88～0.91 mm。

对比4个标段AC-13C的2.36 mm筛孔通过率，12标的最大，为30.5%，6标的最小，为20.2%。除12标受碾压工艺影响外，AC-13C的4.75 mm筛孔通过率相对越低，路表的构造深度越大，说明灰色石灰岩机制砂沥青混合料更有利于提高抗滑表层沥青路面的构造深度，更有利于沥青路面行车安全性。

2 抗滑表层沥青路面高温稳定性能的汉堡车辙评价

为进一步评价抗滑表层沥青路面的高温稳定性能，在试验段进行钻芯取样，芯样直径为150 mm，切割上面层62 mm进行汉堡车辙试验。汉堡车辙行走次数为20 000次，试验条件为空气温度60 ℃。除6标因仪器故障未进行试验外，试验段抗滑表层沥青路面芯样位置信息及汉堡车辙试验结果见表7。

表7 抗滑表层沥青路面芯样的汉堡车辙试验结果表

从表7可知，7标、9标沥青路面芯样的汉堡车辙试验结果均≤4.0 mm。根据广西交投科技有限公司研究成果[7]可知，当抗滑表层沥青路面在汉堡车辙深度<4.0 mm的情况下，以广西高速公路的交通量和气候特征，预计沥青路面通行11年后车辙深度将<15 mm。12标沥青路面芯样的汉堡车辙深度>4 mm，这也与12标的AC-13C中2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm筛孔的通过率偏高相关。

综上所述，结合试验路的实体工程摊铺碾压效果，最终6标选用级配二、7标参考6标的级配二、9标按设计级配，12标参考9标的级配进行表面层沥青路面施工，均取得了良好的工程效果。

3 结语

(1)拌和过程中AC-13C的关键筛孔4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm和0.075 mm存在波动，其中，0.075 mm筛孔通过率为正偏差。因此，在沥青混合料施工配合比设计中应考虑拌和过程中的0.075 mm筛孔通过率呈现正偏差的特性。

(2)不同于白色石灰机制砂，沥青混合料AC-13C的灰色石灰岩机制砂用量相对减少，其4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm筛孔的通过率分别为27%～42%、20%～27%、10.4%～13.5%、5%～7%。灰色石灰岩机制砂沥青路面的构造深度可控制在0.8～1.1 mm，其沥青路面相对具有更好的抗滑性能。

(3)汉堡车辙试验是室内车辙试验的有效补充，高速公路抗滑表层沥青路面施工过程中应采用汉堡车辙测试路面芯样的变形量。汉堡车辙深度宜≤4 mm。