SMA-13沥青混合料合成级配9.5 mm筛孔通过率对其抗滑性能影响规律分析
2023-05-12朱勇强许新权饶志勇
朱勇强 刘 锋 许新权 饶志勇
(广东冠粤路桥有限公司1) 广州 510000) (广东华路交通科技有限公司2) 广州 510420) (公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心3) 广州 510420)
0 引 言
SMA是一种骨架嵌挤型沥青混合料,具有沥青多、石料多、矿粉多,细集料少的特点.由于其具有较厚的沥青油膜,致使其在通车初期表现出路面抗滑性能较差的特征[1-2].龙艳飞[3]认为集料的表面微观构造纹理是影响抗滑性能的重要因素.孙杨勇[4]通过加速加载设备研究沥青路面的抗滑性能,建立了沥青路面摩擦系数的衰减模型.德国采用通车前在SMA路面撒布1～3 mm细砂并进行碾压的施工工艺来提高初始抗滑能力.而对SMA级配对其抗滑性能的研究较少,因此,文中以广州新白云国际机场第二高速公路(简称“机二高”)为工程依托,研究SMA-13矿料合成级配中的9.5 mm筛孔通过率对其抗滑性能的影响.
1 试验方案
为明晰SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率与其抗滑性能间的关系,制定如下试验方案.
1) 根据SMA-13最佳油石比,以JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》[5]规定的SMA-13级配上、下限为参考点,以3%～4%间隔,控制其9.5 mm筛孔通过率从50%～75%,成型八个不同级配类型的试件.根据JTG E42—2005《公路工程集料试验规程》[6]和JTG E20—2011《公路沥青及沥青混合料试验规程》[7],获得八个试件的矿料级配组成、捣实状态下粗集料的骨架间隙率VCADRC等指标.并对成型的车辙板试件开展TD试验、BPN试验和渗水试验.
2) 选取室内试验所确定的三个级配铺筑试验段,见图1～2.以20 m的采样频率采集三个试验段路肩SFC数据,获取室内抽提筛分试验所需芯样点位.每一试验段以SFC的最大值、中位值和最小值中的至少两个钻芯取样,对取芯点进行TD试验、BPN试验和渗水试验.
图1 SMA-13抗滑表层试验段布置示意图
图2 桥面SMA试验段铺装结构形式
2 最佳沥青用量的确定
根据拌和楼实际筛网尺寸4#仓11～16 mm、3#仓6～11 mm、2#仓3～6 mm、1#仓0～3 mm,获得图3的热料仓矿料筛分结果.由此确定SMA-13生产配合比中各材料组成比例为:11～16 mm∶6～11 mm∶3～6 mm∶0～3 mm∶矿粉∶水泥=38∶34∶5∶13∶8∶2,纤维用量为0.35%.以5.7%的油石比成型SMA-13沥青混合料试件,依据文献[6-7]成型沥青混合料试件进行相关试验,试验结果见表1.
图3 SMA-13沥青混合料矿料级配曲线
表1 5.7%油石比的SMA-13沥青混合料性能试验结果
由表1可知:油石比为5.7%的SMA-13,各项技术指标均满足SMA-13马歇尔配合比设计要求(VCAmix
表2 油石比为5.7%的SMA-13沥青混合料性能试验结果
3 室内试验
采用SMA-13生产配合比的各档热料进行试验,通过调整4#仓11～16 mm和3#仓6～11 mm热料掺量,以3%～4%的间隔进行SMA-13室内试验级配设计,获得表3所示八组(G1～G8)级配.采用5.7%的油石比成型试件,获得表4试验结果.由表4可知:G1～G4和G8共五个试件的VCAmix
表3 矿料级配设计及试验结果
续表3
表4 试验结果
由图4可知:随着SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率的增大,其BPN增大,TD减小,Cw减小,飞散损失、析漏损失和浸水残留稳定度也减小.其中,BPN和TD分别满足式(1)和式(2),两者与SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率成线性相关,判定系数R2分别为0.930 4和0.989 2.由室内试验结果可知,当x>64.2%时,仅通过调整9.5 mm筛孔通过率,较难形成SMA-13骨架-密实结构,因此,取50%≤x<64.2%较为适宜.
图4 SMA-13沥青混合料路用性能室内试验结果
yBPN1=1.240 5x+5.036 7 (R2=0.989 2)
(1)
yTD1=-0.034 3x+3.403 7 (R2=0.992 4)
(2)
式中:x为9.5 mm筛孔通过率,%;yTD1为室内试验中,与SMA-13沥青混合料9.5 mm筛孔通过率对应的TD值;yBPN1为室内试验中,与SMA-13沥青混合料9.5 mm筛孔通过率对应的BPN值.
4 现场试验
选取SMA-13沥青混合料9.5 mm筛孔通过率分别为53.1%、57.2%和61.4%的三个级配G2～G4铺筑试验路.并于试验路铺筑完成后的第2天对三个试验段沿图1所示SFC检测线,获得图5的三个试验段SFC、BPN、TD和Cw的代表值.
图5 试验段SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率与其路用性能关系
由图5可知:随着SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率的增大,试验段的SFC和BPN的代表值也增大;但TD和Cw的代表值则减小.该结论与室内试验结果吻合.而由表5的预测结果可知,式(1)对于预测相同龄期的SMA-13沥青混合料抗滑性能指标BPN有效,实测值与预测值相对误差较小.
表5 试验段BPN实测和预测结果
为了获取三个试验段单个检测点SMA-13的9.5 mm筛孔通过率与其路用性能之间的关系,以试验段1为例,提取采集的29个SFC检测数据中的最大值、最小值或中值,确定图1中钻芯取样试验检测点1、检测点2或检测点3.
在获取三个试验段的芯样之前,根据文献[8]对各检测点进行TD试验、BPN试验和渗水试验等.现场试验完成后,对获取的芯样进行室内抽提筛分试验,以期获得各芯样的级配组成和油石比等试验数据,试验结果见表6和图6,式(1)的预测结果见表7.
表6 取芯试件室内抽提筛分结果(燃烧法)
图6 现场芯样9.5 mm筛孔通过率与BPN、SFC和TD之间关系
表7 室内和现场BPN预测值对比分析
由表6～7和图7可知:
1) SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率越大的路段,其SFC和BPN越大,TD和CW越小,其规律与室内试验结果一致.
2) 现场芯样9.5 mm筛孔通过率与BPN、SFC和TD之间存在较好的线性相关性,判定系数分别可达0.9635、0.9687和0.9335.
3) 运用室内试验结果建立的SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率与BPN间的回归式(1),可以预测现场芯样的BPN值,最大相对误差绝对值为8.9%.
5 结 束 语
通过对实际工程SMA-13合成级配9.5 mm筛孔通过率与其路用性能之间的研究可知,9.5 mm筛孔通过率越大的SMA-13路段,其SFC和BPN越大,但TD和Cw越小,室内外试验结果较为一致.9.5 mm筛孔通过率与BPN和TD之间满足线性相关性,通过室内试验建立的回归公式,可以较好的预测现场芯样的BPN值.在保持SMA13其它筛孔通过率相同的情况下,9.5 mm筛孔通过率需介于50%～64.2%,否则,较难形成SMA-13的骨架-密实结构.
