采用輝綠巖骨料的高黏結(jié)瀝青抗滑磨耗層性能研究

歐陽(yáng)男

（1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550014；2.同濟(jì)大學(xué)道路與鐵道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 201804）

0 引言

開(kāi)級(jí)配抗滑磨耗層OGFC具有良好的表面性能，可以保證路面良好的使用性能和行車安全。同時(shí)能有效減少水霧和眩光、降低噪音、防水漂、改善路面標(biāo)志的可見(jiàn)度、提高潮濕路面的抗滑性[1]。

根據(jù)貴州地區(qū)料礦分布以及本地區(qū)集料的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)將輝綠巖作為瀝青混合料的備選集料之一[2]。由于輝綠巖作為集料用于高粘瀝青抗滑混合料在本地區(qū)尚無(wú)先例，因此需要對(duì)輝綠巖與OGFC-10的適用性進(jìn)行分析考察。

本文重點(diǎn)分析羅甸輝綠巖料場(chǎng)集料。通過(guò)原材料物理力學(xué)分析、混合料配合比設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)等方面對(duì)輝綠巖用于OGFC-10的適用性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在OGFC的規(guī)范要求級(jí)配范圍內(nèi)，提出對(duì)大空隙排水高粘瀝青抗滑混合料的級(jí)配優(yōu)選建議，為貴州抗滑磨耗層OGFC-10中應(yīng)用輝綠巖骨料提供參考。

1 原材料試驗(yàn)

（1）瀝青

瀝青采用濕法制備的高粘度改性橡膠瀝青。一方面，橡膠粉通過(guò)在高溫下脫硫、降解然后部分橡膠進(jìn)入基質(zhì)瀝青中使基質(zhì)瀝青發(fā)生改性；另一方面，橡膠粉在高溫作用下溶脹體積變大，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在基質(zhì)瀝青中形成網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)。以上的物質(zhì)交換反應(yīng)使橡膠瀝青呈現(xiàn)出高粘度、高彈性的性能[3]。

瀝青性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 高粘改性瀝青性能測(cè)試結(jié)果

（2）集料與礦粉

集料為貴州地區(qū)的輝綠巖5～10 mm、3～5 mm和0～3 mm三檔集料，填料采用石灰?guī)r磨細(xì)礦粉，篩分和密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

（3）集料物理力學(xué)特性分析

表4、表5為輝綠巖粗、細(xì)集料試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。同時(shí)為了評(píng)價(jià)集料質(zhì)量的穩(wěn)定性，將其他采用同種輝綠巖集料作為粗集料的歷史測(cè)試值進(jìn)行對(duì)比。分析表明，采用輝綠巖集料質(zhì)量穩(wěn)定。同時(shí)為了評(píng)價(jià)其高溫條件下的物理力學(xué)性能，測(cè)試了石料高溫壓碎值[4]。高溫壓碎值是在200℃溫度下，保溫4 h后采用常規(guī)壓碎值試驗(yàn)相同的方法試驗(yàn)。表4數(shù)據(jù)表明，輝綠巖粗集料具有良好的高溫穩(wěn)定性能。

表2 集料篩分結(jié)果

表3 集料密度試驗(yàn)結(jié)果

表4 輝綠巖粗集料測(cè)試結(jié)果

表5 輝綠巖細(xì)集料測(cè)試結(jié)果

2 輝綠巖OGFC-10混合料設(shè)計(jì)

OGFC-10配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾法，通過(guò)瀝青混合料密度、空隙率、穩(wěn)定度、流值以及瀝青飽和度隨瀝青用量的變化關(guān)系來(lái)確定瀝青混合料的最佳瀝青用量，以高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性為主，并能兼顧其它性能[5]。

（1）OGFC-10級(jí)配的設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用馬歇爾設(shè)計(jì)法對(duì)OGFC-10瀝青混合料進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)瀝青混合料性能進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定的OGFC-10礦料級(jí)配范圍，結(jié)合公路等級(jí)、工程特性和氣候條件等確定了OGFC-10的工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍。

根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配范圍，通過(guò)圖解法和調(diào)試，設(shè)計(jì)了2組初選配合比，分別是2.36 mm篩孔通過(guò)率靠中值和偏下限。根據(jù)試配混合料中各檔集料的組成、各檔集料的密度測(cè)試結(jié)果，計(jì)算試配混合料的合成表觀相對(duì)密度、合成毛體積相對(duì)密度，再根據(jù)集料的吸水率，計(jì)算試配混合料的有效密度，結(jié)果見(jiàn)表6，2個(gè)試配混合料級(jí)配組成見(jiàn)表7和圖1。

表6 兩組礦質(zhì)混合料的配合比

表7 合成級(jí)配通過(guò)率

圖1 初試配合比下礦質(zhì)混合料級(jí)配組成曲線

（2）級(jí)配一最佳油石比確定

此次試驗(yàn)的最佳油石比綜合考慮目標(biāo)空隙及析漏、飛散試驗(yàn)結(jié)果確定。根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配一，分別采用4.4%，4.7%、5.0%的油石比，參照規(guī)范制備馬歇爾試件，擊實(shí)次數(shù)為雙面各50次，并計(jì)算最大理論相對(duì)密度，確定不同油石比下壓實(shí)混合料的空隙率（VV）、析漏損失、飛散損失，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 級(jí)配一馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果匯總

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果繪制關(guān)系曲線見(jiàn)圖2～圖4，根據(jù)目標(biāo)空隙的要求及謝倫堡析漏、肯塔堡飛散試驗(yàn)的曲線拐點(diǎn)，確定級(jí)配一的最佳油石比為4.7%。

圖2 級(jí)配一油石比與空隙率關(guān)系圖

（3）級(jí)配二最佳油石比確定

根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配二，分別采用4.4%，4.7%、5.0%的油石比，參照規(guī)范制備馬歇爾試件，擊實(shí)次數(shù)為雙面各50次，并計(jì)算最大理論相對(duì)密度，確定不同油石比下壓實(shí)混合料的空隙率（VV）、析漏損失、飛散損失，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

圖3 級(jí)配一油石比與析漏損失關(guān)系圖

圖4 級(jí)配一油石比與飛散損失關(guān)系圖

表9 級(jí)配二馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果匯總

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果繪制關(guān)系曲線見(jiàn)圖5～圖7，謝倫堡析漏、肯塔堡飛散試驗(yàn)曲線圖并無(wú)明顯拐點(diǎn)且都滿足規(guī)范要求，因此選擇較大的空隙為目標(biāo)空隙，確定級(jí)配二的最佳油石比為4.4%。

圖5 級(jí)配二油石比與空隙率關(guān)系圖

3 OGFC-10混合料性能檢驗(yàn)

根據(jù)級(jí)配一、級(jí)配二的試驗(yàn)結(jié)果，級(jí)配一的空隙率小于級(jí)配二，空隙難以達(dá)到20%，因此選定級(jí)配二為最佳級(jí)配，以4.4%的油石比進(jìn)行混合料路用性能的檢驗(yàn)。

（1）水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

圖6 級(jí)配二油石比與析漏損失關(guān)系圖

圖7 級(jí)配二油石比與飛散損失關(guān)系圖

按最佳油石比4.4%制備馬歇爾試件，按照規(guī)程進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)[6]，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表10、表11。殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比分別符合不小于85%和不小于80%的規(guī)范要求。

表10 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表11 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

（2）高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)

采用最佳油石比4.4%制備三個(gè)車轍試件，按照規(guī)程進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。其動(dòng)穩(wěn)定度平均值DS=4737次/mm，滿足OGFC混合料（重交通量路段）動(dòng)穩(wěn)定度不小于3000次/mm的要求。

表12 車轍試驗(yàn)結(jié)果

（3）抗滑性能檢驗(yàn)

采用最佳油石比4.4%制備三個(gè)車轍試件，按照規(guī)程使用手工鋪砂法和擺式儀法對(duì)混合料進(jìn)行抗滑性能檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 抗滑性能檢測(cè)結(jié)果

（4）滲水性能檢驗(yàn)

采用最佳油石比4.4%制備三個(gè)車轍試件，按照規(guī)程使用滲水儀對(duì)混合料進(jìn)行滲水性能檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表14。其滲水系數(shù)平均值Cw=5 077 mL/min，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）未對(duì)OGFC混合料的滲水系數(shù)作出明確的要求，參照上海市工程建設(shè)規(guī)范《道路排水性瀝青路面技術(shù)規(guī)范》（DG/TJ08-2074-2010）的要求 Cw≥900 mL/15s，滿足OGFC混合料滲水系數(shù)不小于3 600 mL/min的要求。

表14 滲水性能檢測(cè)結(jié)果

OGFC-10瀝青混合料馬歇爾技術(shù)指標(biāo)、高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)、水穩(wěn)性試驗(yàn)和抗滑性能試驗(yàn)、滲水性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表15，測(cè)試結(jié)果均能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)論

為驗(yàn)證輝綠巖骨料在OGFC-10抗滑磨耗層中的應(yīng)用，本文采用高黏橡膠瀝青，選用貴州黔西南地區(qū)輝綠巖骨料，在OGFC的規(guī)范要求級(jí)配范圍內(nèi)，采用馬歇爾設(shè)計(jì)法，首先對(duì)原材料的性能進(jìn)行測(cè)試，在滿足要求的條件下進(jìn)行了級(jí)配設(shè)計(jì)（見(jiàn)表15）。然后根據(jù)所選級(jí)配，分別初定了2組油石比，然后根據(jù)試件的馬歇爾體積指標(biāo)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)等參數(shù)確定最佳油石比。最后根據(jù)所確定的最佳級(jí)配及對(duì)應(yīng)的最佳油石比制作相關(guān)試件，檢驗(yàn)其高溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性、抗滑性能、滲水性能等指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的瀝青混合料均能滿足規(guī)范要求。

最后提出對(duì)抗滑磨耗層OGFC-10的級(jí)配優(yōu)選建議，為貴州抗滑磨耗層OGFC-10中應(yīng)用輝綠巖骨料提供參考。

表15 OGFC-10目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果匯總

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