摘 要：
文中选取抗车辙剂改性基质沥青、橡胶复合改性沥青和 SBS 改性沥青作为沥青胶结料,并选择 NovaChip、SMA 和 OGFC 三种级配类型分别作为半开级配、间断级配和开级配,设计马歇尔标准试验并分别测试各组沥青混合料的路用性能差异。 结果显示,No-vaChip 和 OGFC 改性沥青混合料的低温稳定性均随着改性沥青黏度的提升而逐渐提升;在水稳定性方面,三种级配类型的改性沥青混合料均与改性沥青黏度呈正相关;在抗滑性方面,随着改性沥青黏度的增大,三种级配类型的改性沥青混合料抗滑性均表现为先增大后减小的规律,且 SBS 改性沥青混合料具有最优抗滑性能。
关键词：改性沥青;超薄磨耗层;道路养护
0 引言
沥青路面造价低廉、性能优异,应用广泛,但处于交通通行量较大且存在重载超载车辆通行时,其容易出现路面早期病害问题[1-2]。 一旦沥青路面病害发生,则需及时采取措施开展养护工作,避免病害对道路性能产生进一步不良影响[3]。 道路沥青路面养护中的常规养护方式主要为铣刨重铺技术,但该技术应用时存在一定不足,如施工工序复杂、工期较长且造价较高等,同时也不利于资源再生利用和可持续发展理念;近年来提出的微表处、超薄磨耗层等技术则具有鲜明的优势,其中,超薄磨耗层技术具有良好的排水性能、抗滑特性,且高低温条件下依旧保持良好性能,同时造价也较低,具有较高的推广应用价值[4-5]。
当前,学界针对沥青路面超薄磨耗层养护工艺已开展一系列研究,且大多关注其路用性能的具体表现,而针对养护效果与沥青混合料级配、所用改性沥青种类之间关联性的研究较少[6-7]。 本文分别选取抗车辙剂改性基质沥青、橡胶复合改性沥青和 SBS 改性沥青作为不同类型的沥青胶结料,同时选择 NovaChip、SMA 和 OGFC 三种级配类型分别作为半开级配、间断级配和开级配,依据不同级配分别确定沥青混合料最佳油石比并制作马歇尔标准试件,测试不同组沥青混合料的路用性能差异,从而为改性沥青超薄磨耗层在道路养护施工中的制备方案选择提供有价值的参考。
1 试验材料及配合比设计
1. 1 试验材料
超薄磨耗层养护技术施工完成后,作为公路路面覆盖层,超薄磨耗层结构的抗滑、耐磨性能直接决定路面性能,因而应尽量选择耐磨性能良好且较坚固的集料。 具体要求为:粗骨料质地坚硬、形状规则性较差且具有明显棱角,确保骨料嵌挤作用得到充分发挥,骨架结构形成良好;细集料风化程度低,并进行清洗和干燥处理。 本次试验所用粗集料为采购自当地采石场的玄武岩碎石,所用矿粉为石灰岩矿粉,0. 075 mm 筛孔通过率高于90% 。
公路养护工程所用超薄磨耗层厚度较小,为确保养护结构层的良好性能,超薄磨耗层和原有路面之间应具有良好黏附性。选用抗车辙剂改性基质沥青、橡胶复合改性沥青和 SBS 改性沥青分别作为沥青胶结料, 其中 SBS 改性沥青中 SBS 含量为5. 2% ;橡胶复合改性沥青在 SBS 改性沥青的基础上加入 20% 废旧橡胶粉制备得到,其中橡胶粉粒径为 0. 425 mm;抗车辙改性基质沥青所用基质沥青为道路工程 70#石油沥青,抗车辙剂用量为基质沥青质量占比的 0. 8% 。
本文根据 JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定,对各种改性沥青进行性能检测,结果如表 1 所示。
由表 1 可知,抗车辙剂改性基质沥青针入度值为三组最高,SBS 改性沥青次之,橡胶复合改性沥青最差,而黏度性能的排序刚好相反。
1. 2 配合比设计
公路工程采用超薄磨耗层施工时设置结构层厚度通常在20 mm 左右,通常采用 NovaChip、SMA、OGFC 或 AC 等级配作为混合料级配。 试验中选择 NovaChip-10、SMA-10、OGFC-10 三种级配类型并分别设置 20 mm 厚度的超薄磨耗层,三种级配分别对应半开级配、间断级配和开级配,各级配设计时均在符合规划要求的基础上尽量取偏下限水平,三种级配筛分情况如表 2至表 4 所示。
确定各组沥青混合料级配后,分别采用前述三种改性沥青并分别制备马歇尔标准试件,开展试验测试各组试件体积参数并获取最佳油石比,所得结果如表 5 所示。
2 试验结果及分析
2. 1 高温稳定性
本文对各组超薄沥青磨耗层沥青混合料高温稳定性进行了分析,并取动稳定度为评价指标,所得结果如图 1 所示。由图 1 可知,SMA 沥青混合料采用间断级配条件下高温稳定性随改性沥青黏度提升而逐渐提升;采用半开级配的 NC 组沥青混合料试件动稳定度随改性沥青黏度提升而逐渐降低;采用开级配的 OGFC 沥青混合料试件动稳定度随改性沥青黏度提升而出现一定变化,但幅度极小[8-9]。
2. 2 低温稳定性
本文对各组超薄沥青磨耗层沥青混合料低温稳定性进行分析,并取抗弯拉强度和精度模量共同作为评价指标,所得结果如表 6 所示。
由图 2 可知,无论从劲度模量还是抗弯拉强度角度分析,NC和 OGFC 组沥青混合料低温稳定性随改性沥青黏度提升而表现出近似线性提升的发展趋势,而 SMA 组沥青混合料低温稳定性前期有所下降,但后期快速回升。 不同级配条件下制备的沥青混合料低温稳定性差异明显,其中 SMA 级配下沥青混合料精度模量平均值为 2 162 MPa,NC 沥青混合料精度模量平均值为 1 752 MPa,OGFC 组精度模量平均值仅有 852 MPa。
2. 3 水稳定性
本文对各组超薄沥青磨耗层沥青混合料水稳定性进行分析,并取残留稳定度为评价指标,所得结果如图 2 所示。
由图 2 可知,三种沥青混合料残留稳定度均随改性沥青黏度提升而逐渐提升,这一关系近似正相关。 其中橡胶复合改性沥青组具有相对较高的残留稳定度,制备所得改性沥青超薄磨耗层具有相对更强的水稳定性。 不同级配下制备所得沥青混合料水稳定性也存在明显差异,其中 SMA 组残留稳定度平均值约为 92% ,NC 组残留稳定度平均约 91. 3% ,OGFC 组平均残留稳定度最低,仅有 88. 5% 。
2. 4 抗滑性能
对各组超薄沥青磨耗层沥青混合料高抗滑性能进行分析,并取构造深度为评价指标,所得结果如图 3 所示。
由图 3 可知,三种沥青混合料均随改性沥青黏度提升而表现出抗滑性能前期增加后期降低的发展趋势,其中 SBS 改性沥青制备所得改性沥青超薄磨耗层构造深度最大值相对更高,抗滑性能更好,OGFC 其次,构造深度最大值约为 2. 28 mm,NC 最次,构造深度最大值仅有 1. 61 mm。 不同级配下制备所得沥青混合料构造深度也存在明显差异,其中,OFGC 组试件平均构造深度2. 12 mm,抗滑性能最佳,NC 组试件平均构造深度 1. 48 mm,SMA组试件抗滑性能最差,构造深度平均值仅有 1. 29 mm。
3 结论
(1)改性沥青黏度、SMA 改性沥青混合料高温稳定性随改性沥青黏度提升而逐渐提升,同时,NovaChip 改性沥青混合料的高温稳定性水平逐渐下降。
(2)NovaChip 和 OGFC 两种改性沥青混合料低温稳定性均随改性沥青黏度提升而逐渐提升,其中,SMA 改性沥青低温稳定性最佳,NovaChip 相对较差,OGFC 最差。
(3)改性沥青黏度提升过程中,所用三种改性沥青混合料均表现出稳定性提升的发展态势,其中 SMA 性沥青低温稳定性最佳,NovaChip 相对较差,OGFC 最差。
(4)随改性沥青黏度提升,试验中所用三种改性沥青混合料均表现出前期增加后期降低的发展趋势,其中 SBS 沥青制得改性沥青混合料具有最优越的抗滑性能,OFGC 改性沥青混合料性能最佳,NovaChip 相对较差,SMA 改性沥青混合料抗滑性能最差。
参考文献:
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原创作者：田海东，沿河土家族自治县交通运输局, 贵州 铜仁 565300。
