不同空隙率的OGFC-13混合料路用性能的研究

余芳 韋明

(廣西交通職業技術學院，廣西南寧 530023)

1 概述

高速公路的雨天行車安全問題得到廣泛的關注，如路面積水產生水漂造成抗滑性能不足，行車產生濺水和車尾處產生的噴霧造成后面車輛視線受阻(能見度降低)，雨天路面反光等因素，往往會導致高速行車的交通事故。如何解決路面的排水性能，是道路工作者需要研究的問題。

為此，許多國家進行了開級配抗滑磨耗層的應用研究。開級配磨耗層(Open Graded Friction Course，簡稱OGFC)，即在瀝青路面面層鋪筑薄層的大空隙、開級配的瀝青混合料，解決雨天行車安全問題，并起到降噪效果，在歐洲又將其稱為排水層(Drainage Course)。OGFC粗集料用量大，路面設計空隙率一般控制在18%～25%。大的空隙率提供了排水通道，使雨水能迅速下滲向路邊緣排走;另外，其具有較高的宏觀紋理，能夠儲存一部分來不及排走的雨水，因此減少水膜產生對行車帶來的危害。本次研究就針對經過短期老化的OGFC混合料的路用性能進行研究，以確定混合料合理的空隙率。

2 原材料性質

2.1 瀝青

OGFC路面由于是開級配結構，空隙率較大，老化得較快，因此應選用高粘改性瀝青。本次試驗中，基質瀝青選用韓國SK重交通瀝青AH-70，加入TPS進行改性，改性前后瀝青技術指標如表1所示。

表1 瀝青技術指標

由表1可看出，摻入TPS后瀝青軟化點得到明顯提高，說明改性后瀝青的高溫性能更好，針入度和延度略有降低，但都符合要求。

2.2 集料

集料均采用與瀝青具有良好粘附性能的堿性集料。其中粗集料采用破碎的輝綠巖，分為10 mm～15 mm及5 mm～10 mm兩檔。細集料采用石灰石石屑，礦粉為磨細的石灰石。其物理技術性能如表2所示。

表2 集料物理技術性能

2.3 纖維

為了防止施工時OGFC混合料中瀝青析漏，需要在混合料中加入纖維穩定劑。本次試驗摻入的纖維是吸油量較大的絮狀木質素纖維，摻量為0.2%。

3 礦料級配及油石比

3.1 礦料的級配

OGFC的空隙率決定其排水等各方面性能，是一個關鍵體積參數。本試驗分別根據不同的目標空隙率來進行礦料級配設計，具體如表3中1號～4號級配所示。

表3 OGFC-13混合料集料級配

3.2 油石比的確定

按照上述1～4的集料級配組成，以初試油石比4.5%為基礎，0.5%為間隔(即油石比分別為3.5%，4.0%，4.5%，5.0%，5.5%)成型馬歇爾試件，進行析漏試驗、肯塔堡飛散損失試驗和空隙率測定，根據試驗結果綜合確定最佳油石比。在最佳油石比條件下進行配合比驗證，其試驗結果如表4所示。

表4 OGFC-13混合料配合比檢驗結果

由表4可看出，OGFC混合料的空隙率與4.75 mm及2.36 mm篩孔的通過率有較好的相關性，具體如圖1，圖2所示。混合料的穩定度隨著空隙率的增大而減少，但均滿足大于3.5 kN的要求。因混合料中加入了0.2%的木質素纖維，所以瀝青析漏損失均符合要求且差別不大。

圖1 4.75mm通過率與空隙率的關系

圖2 2.36mm通過率與空隙率的關系

4 短期老化后OGFC混合料路用性能的分析

為了更貼近實際情況，模擬OGFC路面建設期瀝青混合料因受熱引起的老化(即開始于拌和廠，終止于瀝青路面壓實后溫度降至自然溫度的短期老化)，本次研究將拌和好的松散瀝青混合料在135℃的烘箱內加熱4 h后，制備成試件進行各項路用性能試驗。

4.1 路面的透水性

OGFC路面的透水性能與路面的空隙率關系密切。通過滲水試驗可知(見表5)，混合料的透水性隨著空隙率的增大而增大。

表5 OGFC-13混合料的滲水試驗結果

4.2 路面的抗裂性

本次研究通過常溫下OGFC混合料的劈裂強度試驗來評價混合料的抗拉性能。劈裂強度測試結果如表6所示。

表6 OGFC-13混合料的常溫劈裂試驗結果

由表6可知，隨著空隙率的增大，混合料的劈裂強度有所下降，即抗裂性能有所降低。這是因為過多的空隙使得破壞時更容易形成連通的裂縫，加速試件破壞。因此在低溫地區使用OGFC路面，要選擇合適的空隙率，以免抗裂性能滿足不了要求。

4.3 路面的高溫穩定性

瀝青混合料的高溫穩定性是指夏季氣溫較高時，在交通荷載作用下瀝青路面抵抗車轍等變形的能力。本次研究采用車轍試驗來評價OGFC混合料在規定溫度條件下的塑性流動變形，測試結果如表7所示。

表7 OGFC-13混合料車轍試驗結果

在瀝青混合料中較多的粗顆粒能增加內摩阻力，形成骨架嵌擠結構，是路面具有較好的高溫穩定性的重要因素。上述1號～4號級配中，OGFC混合料中含有70%以上的粗顆粒，因此動穩定度均較高。隨著混合料空隙率的增加，動穩定度呈現下降趨勢，表明礦料中空隙對動穩定度有一定影響。空隙越大，荷載作用下粒料移動壓密越明顯，變形就越大。依據《公路瀝青路面施工技術規范》規定，對重交通路段OGFC混合料要求動穩定度大于3 000次/mm，因此建議將空隙率控制在18%～20%方能滿足要求。

4.4 路面的水穩定性

毋庸置疑，OGFC路面設計的初衷是為了保證其良好的排水性能，雨水從空隙中橫向排走的同時，要保證排水性瀝青混合料良好的整體性，在水的作用下不發生松散、剝落等病害。因此瀝青混合料的設計應特別重視水穩定性的檢驗。本次試驗采用凍融劈裂試驗測試了瀝青混合料的抗水損害能力，測試結果如表8所示。

表8 OGFC-13混合料水穩定性試驗結果

由表8可看出，隨著空隙率的增加，OGFC-13混合料的凍融劈裂試驗強度比呈現下降趨勢。由于空隙率大的混合料中，細集料含量少，水在空隙中自由流動，粒料得到充分的浸泡，使得瀝青與礦料的粘附力降低，導致損壞，最終表現為混合料的整體力學強度降低。依據《公路瀝青路面施工技術規范》規定，對改性瀝青混合料要求凍融劈裂試驗強度比大于80%，因此建議將空隙率控制在18%～22%方能滿足要求。

5 結語

1 )OGFC混合料應采用高粘改性瀝青和纖維。使用高粘改性瀝青可以使得混合料的高溫穩定性和水穩定性得到更好的發揮，使用纖維能防止混合料中瀝青的析漏。2)OGFC混合料的級配不同，空隙率則不同。研究發現空隙率與4.75 mm及2.36 mm粒徑的通過百分率有較好的相關性。3)經過短期老化的OGFC混合料的路用性能試驗中，透水性隨著空隙率的增大而增大，抗裂性、高溫穩定性、水穩定性均隨著空隙率的增大而減小，對于重交通OGFC-13路面將目標空隙率控制在18%～20%具有更好的路用性能。

［1］ 李紅平.不同改性瀝青排水路面(OGFC-13)路用性能的研究［J］.公路，2009(6)：151-154.

［2］ 楚曉輝.OGFC路面材料及施工技術應用研究［J］.公路交通科技(應用技術版)，2010(3)：103-105.

［3］ 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］ JTJE20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.