关键词：道路工程 | 小粒径沥青混合料 | 高黏沥青 | 路用性能
随着交通量日益增长，道路面临着严峻挑战。沥青路面在运营初期就产生松散、裂缝、抗滑性能迅速衰减等表面层功能性损坏，这不仅影响路面的使用性能和寿命，还影响着行车舒适性和安全性能。在预防性养护技术中，应用较为广泛、技术体系比较成熟的为超薄磨耗层[1-3]。超薄磨耗层等薄层铺装的公称zui大粒径一般为13.2mm或9.5mm，其铺装厚度约为2.0~75px[4]。而对于一些特殊路段，如对路面标高要求严格路段、隧道，以及桥梁自重有限制的路段，加铺2.0~75px的超薄磨耗层技术不满足高度的要求。针对这些特殊路段，有必要采用一种基于公称zui大粒径为6.3mm或4.75mm、铺装厚度约为1.0~37.5px的小粒径极薄罩面沥青混合料。
本研究旨在开发一种基于公称zui大粒径为6.3mm或4.75mm的小粒径沥青混合料，要求具有排水功能、高抗飞散损失能力、高空隙率、较大构造深度。通过测试小粒径沥青混合料高温稳定性能、水稳定性能、抗飞散性能、抗滑性能、透水性能等，quan面了解这一沥青混合料路用性能，为小粒径沥青混合料这一新材料、新技术在道路工程、尤其是养护工程推广应用提供理论支撑。
试验材料与试验设计
试验原材料
采用3种特制高黏沥青，编号为1号，2号和3号，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)[5]规定的方法，分别测试3种高黏沥青常规性能和流变性能，其性能测试结果见表1。
混合料由两档集料配制，分别为0~3mm和3~6mm的玄武岩，矿粉为石灰岩。各档集料及矿粉的筛分试验结果见表2，各档集料及矿粉的密度和集料的堆积密度试验结果见表3。
试验混合料级配设计
采用CAVF法进行级配设计[6]。CAVF法通过预设空隙率、矿粉用量、沥青用量，假定粗集料一档(3~6mm)形成骨架。利用式(1)和式(2)联立方程组进行计算。
按照矿质混合料设计配合比，分别采用6.3％、6.5％、6.8％和7.0％等4种油石比配制沥青混合料，并成型马歇尔试件。测试马歇尔试件的空隙率、连通空隙率、马歇尔稳定度和流值、标准飞散损失和析漏损失，结果见表5。
分析表5可知，不同油石比下，混合料马歇尔稳定度均大于5kN。根据表5数据，将空隙率和连通空隙率与油石比关系绘制成图1。由图1可知：随着油石比增加，空隙率呈减小趋势，当油石比增加1％，空隙率降低1.1％；连通空隙率基本不受油石比影响，基本稳定在12.4％左右。
在小粒径开级配沥青混合料设计过程中，主要通过析漏损失和飞散损失来控制沥青用量，沥青用量过大，则沥青混合料析漏现象严重，沥青用量过小，则沥青混合料飞散损失严重，一般认为两者都符合设计要求的沥青用量范围合理。综合标准飞散损失和析漏损失试验结果，考虑到沥青膜厚度为14μｍ时，混合料油石比为6.5％，油石比取6.5％。
试验方案
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定，采用车辙试验和冻融劈裂试验测试小粒径沥青混合料高温稳定性能和水稳定性能；成型车辙板，按《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)[7]相关试验方法测试小粒径沥青混合料的摩擦系数、构造深度、渗水系数等抗滑性能和透水性能。
试验结果与分析
高温稳定性能
小粒径沥青混合料动稳定度和车辙深度结果见图2，其中图2(b)为车辙试验60min时的车辙深度。由图2可见，具有较高动稳定度的沥青混合料具有较低车辙深度。采用1号和3号高黏沥青制备的小粒径沥青混合料动稳定度均在3000次/mm以上，采用2号高黏沥青制备的沥青混合料动稳定度仅1789次/mm，分析原因是2号高黏沥青高温性能较差，如软化点仅75.4℃，PG高温分级温度为76℃，而1号和3号沥青软化点均大于84.5℃，PG高温分级温度大于88℃。
水稳定性能
将3种小粒径沥青混合料冻融劈裂强度和冻融劈裂强度比结果绘制成图3。分析图3可见，3种小粒径沥青混合料冻融劈裂强度均不大于0.5MPa，相较于普通改性沥青混合料，冻融劈裂强度较低，分析原因是小粒径沥青混合料具有较高空隙率：空隙率约为20％，连通空隙率约为12％。3种小粒径沥青混合料的冻融劈裂强度比TSR相差较大，其中采用1号高黏沥青制备的沥青混合料，TSR仅为76.2％，小于《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)[8]规定的改性沥青混合料要求值80％；采用2号高黏沥青制备的沥青混合料，TSR为82.0％，也不满足《道路排水性沥青路面技术规程》DG/TJ08-2074-2016)[9]规定的要求值85％。
抗滑性能
3种小粒径沥青混合料摩擦系数和构造深度测试结果见表6。由表6可知，3种小粒径沥青混合料摩擦系数均大于55，尤其是采用3号沥青制备的沥青混合料，摩擦系数大于60，构造深度为0.95mm，表明小粒径沥青混合料具有良好的抗滑性能。
透水性能
3种小粒径沥青混合料渗水试验测试结果见表7。由表7可知，3种小粒径沥青混合料渗水系数均大于2000mL/min，表明小粒径沥青混合料具有良好的透水性能；3种沥青混合料的渗水系数相差不大，表明混合料透水性能与沥青性能关联性较差。
结语
(1)小粒径沥青混合料具有较好的高温稳定性能，为保证沥青混合料动稳定度大于3000次/mm，建议采用PG高温分级温度大于82℃和软化点大于85℃高黏沥青。
(2)由于设计小粒径沥青混合料具有较高空隙率，混合料冻融劈裂强度较低，采用不同高黏沥青制备的沥青混合料冻融劈裂强度比TSR相差较大，在实际工程应用中应先进行室内性能测试，满足设计要求后才可以实体铺筑。
(3)本研究设计的小粒径沥青混合料具有良好抗滑性能和透水性能，抗滑性能和透水性能与采用的沥青性能关联性较差。
全文完 发布于《公路》2021年11月
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