明色鋪裝SMA混合料性能的試驗研究

滕前良，陳 亮

(重慶市市政設計研究院，重慶400020)

0 引言

美國有一種瀝青路面被命名為“glassphalt”［1］，它是在瀝青混合料中摻入破碎后的廢玻璃，然后鋪筑在市政道路上。此路面的各項路用性能基本與普通瀝青混凝土路面一致，并且在夜晚路燈及車燈的照射下還展現出漂亮的城市景觀，是一種會閃閃發光(glittering)的路面［2］。近 40年來，日本、美國、前蘇聯、法國［3-6］等國家也對玻璃瀝青混合料進行了相應的研究與實踐，推動了玻璃瀝青混合料在道路建設中的應用。

近年來，我國的科研單位及高校也對玻璃瀝青混合料進行了研究實踐。臺北市率先在市政道路的建設中采用了玻璃瀝青路面，通過對鋪裝的試驗路段檢測證明其路用性能并不低于普通瀝青路面［5］。陳風晨，等［7］通過室內試驗發現瀝青與廢玻璃的黏附性較低，但是可以使用高黏度的改性瀝青來改善，或者在混合料中摻入水泥作為抗剝落劑。摻入廢玻璃后，對瀝青混合料的油石比基本沒有影響，其密度有一定下降，并且馬歇爾穩定度、動穩定度和擺值略有下降。另外，廢玻璃的摻入量與瀝青混合料試件的反光量成正比。史小麗，等［2］利用玻璃珠具有的回歸反光特性，在OGFC混合料中摻入玻璃珠，提高了瀝青混凝土路面的亮度，并總結了摻入不同比例、粒徑的玻璃珠對其路用性能的影響，得出了OGFC-13中摻入玻璃珠的最佳粒徑及比例。試驗結果表明，玻璃珠對瀝青混合料的馬歇爾穩定度、動穩定度、擺值、降噪及反光特性的影響與其在混合料中的摻入量有關。

目前，我國的廢玻璃瀝青混合料研究仍然不夠全面，還有許多技術問題沒有得以解決。SMA路面成功并且有效的運用于多國路面面層［8］，目前還未有針對明色鋪裝SMA混合料的相關研究。筆者結合SMA路面的結構特點和明色材料應用的可行性，選擇廢鋼化玻璃、白色方堅石為研究對象，研究摻入不同比例、粒徑的明色材料的路用性能，已達到在不降低路用性能的基礎上改善公路隧道內部亮度的目的。筆者對明色鋪裝SMA混合料的高溫穩定性、水穩定性、抗滑性能、抗滲性能、黏結性能及明色性能進行了室內試驗研究。

首先，在我國的路面病害調查中，有的路段僅僅使用了1～2a就出現了車轍問題，且車轍問題十分突出。在日本的高速公路路面病害調查中顯示車轍占80%以上［9］。所以，高溫穩定性應作為一個重要的研究目標。另外，明色材料并沒有利用瀝青進行預裹覆處理，以便最大程度提高路面的明色性能，但是其代價是明色材料有很大部分暴露在外，容易剝落，其水穩定性的檢測顯得尤為重要。

其次，瀝青混合料的滲水是導致瀝青路面早期損壞的主要原因，路面滲水會使基層受到侵泡而破壞，導致基層承載力下降而發生路面結構的破壞。所以，預防水破壞對于路面結構來說十分必要。

第三，筆者選擇的明色材料為有棱有角、棱角分明的廢鋼化玻璃和白色方堅石，材料特點是破碎面少且平滑，所以對混合料抗滑性能的檢驗顯得十分重要。

最后，在汽車荷載的作用下路面結構表層的集料容易剝落，其中的明色材料并沒有利用瀝青進行預裹覆處理且都是粒徑4.75 mm以上的粗集料，如果黏結性能不能滿足要求，在長時間的汽車荷載作用下，明色材料便會剝落，不但不能提升路面的明色性能，反而會對行駛的車輛造成安全隱患，誘發交通事故。其結構的黏結性能是否能滿足要求是一個不能忽視的問題。

1 明色鋪裝SMA混合料的試驗方法

1.1 試件成型

1.1.1 試驗材料

由于SMA路面“三多一少”的結構特點，筆者重點研究摻入9.5 ～13.2 mm 和 4.75 ～9.5 mm 粒徑的明色材料。采用瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13作為母體瀝青混合料，在其表面添加明色材料。試驗采用花崗巖集料、SBS改性瀝青、石灰巖礦粉、木質素纖維，成型溫度180℃，SMA-13型瀝青混合料進行配合比設計，級配曲線如圖1。

1.1.2 馬歇爾試件

根據JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中T 0702―2011瀝青混合料試件制作方法(擊實法)成型標準馬歇爾試件。在標準擊實儀試模內加入拌合好的瀝青混合料，再在試模內瀝青混合料頂層表面均勻摻入不同比例和粒徑的明色材料，擊實次數采用50次，瀝青混合料拌和溫度170℃，壓實溫度160℃。成型后馬歇爾試件如圖2。

圖1 礦料級配曲線Fig.1 Grading curve of aggregate materials

圖2 馬歇爾試件Fig.2 Marshall specimen

1.1.3 車轍板試件

根據JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中T 0703―2011瀝青混合料試件制作方法(輪碾法)成型車轍板試件。在標準試模內加入拌合好的瀝青混合料，再在標準試模內瀝青混合料表面均勻摻入不同比例和粒徑的明色材料，將試模先在一個方向碾壓2個往返，然后卸載、抬起碾壓輪，再將試件調轉方向，加相同荷載再次碾壓12個往返成型，瀝青混合料拌合溫度170℃，壓實溫度160℃。成型后車轍板試件如圖3。

圖3 車轍板試件Fig.3 Plate specimen

1.2 路用性能試驗

根據JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》T 0706—2000、T 0719—1993、T 0729—2000、T 0730—2000、T 0964—2008 、T 0733—2000進行壓實度試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗、滲水試驗、擺式儀測定路面摩擦系數試驗及肯塔堡飛散試驗，以研究明色鋪裝材料高溫性能、水穩定性能、抗滲性能、抗滑性能及黏結性能。

1.3 明色性能試驗內容

采用蘇州精博儀器有限公司生產的TES-1300 A型數字式照度計，分別對母體瀝青混合料SMA-13、明色鋪裝的瀝青混合料和水泥混凝土進行照度值試驗。

如圖4，將車轍板試件放置在水平位置，試件正上方放置照明燈具，燈具距離試件高度3 m，功率60 W，照度計距離車轍試件中心垂直高度為15 cm，距離試件中心水平長度為15 cm，照度計感光元件的表面與擬定反射光線成90°直角，分別從A，B，C，D 4個方向對照度值進行測量，測量結果取平均值。

圖4 照度值試驗示意Fig.4 Intensity of illumination test method

1.4 試驗結果(表1)

表1 試驗結果Table1 Test results

2 試驗結果分析

2.1 高溫性能試驗結果分析

根據車轍試驗的數據發現隨著明色材料的摻入，動穩定度也會隨之降低，摻入廢鋼化玻璃混合料的動穩定度降低較小，甚至還有所增長;摻入白色方堅石的混合料動穩定度降低幅度大于摻入廢鋼化玻璃的混合料，但仍能滿足規范要求。

2.2 水穩定性試驗結果分析

從凍融劈裂試驗數據來看，摻入明色材料的混合料的劈裂強度比總體趨勢在下降，但也有個別明色鋪裝材料試驗數據較高，所有數據均能滿足規范要求，明色鋪裝材料的水穩定性是有保證的。

2.3 抗滲性能試驗結果分析

首先，通過壓實度的試驗數據可以看出，摻入明色材料的試件與SMA-13母體試件相比壓實度減小，空隙率增大。空隙率增大便會導致滲水系數增大，但是滲水系數增大量很小，且能很好的滿足規范的要求。

2.4 抗滑性能試驗結果分析

通過抗滑試驗的數據可以看出，隨著明色材料的摻入，擺值也隨之下降，抗滑性能下降，其中摻入廢鋼化玻璃的混合料的下降幅度大于摻入白色大理石的混合料的下降幅度。

廢鋼化玻璃在碾壓的過程中，由于材料的特性，幾乎所有廢鋼化玻璃光滑的破碎面都排列于試件表面，而隨著摻入量的增大，廢鋼化玻璃幾乎布滿整個車轍板試件表面，導致光滑的破碎面也在路面表面占了很大的比例，所以會造成抗滑性能下降幅度較大。所以國外也有研究稱廢玻璃用于瀝青混凝土的最大粒徑為4.75 mm［10］。但是考慮到所用玻璃材質、路面結構和摻入方法的不同，筆者仍然選擇了粒徑4.75 mm以上的廢鋼化玻璃作為試驗對象。

2.5 黏結性能試驗結果分析

通過浸水飛散試驗的數據可以看出，是否摻入明色材料對飛散損失的影響很小。試驗后的明色鋪裝材料試件表面的明色材料基本完整保留，只有試件邊角處的很少量明色材料剝落，試驗證明明色材料與其他骨料之間已經形成了一定強度的結構，能夠滿足路面黏結性的要求。

2.6 明色性能試驗結果分析

根據試驗數據可以看出隨著明色材料的摻入，明色鋪裝材料的照度值(逆反射系數)也會隨之增加;但是如果與普通水泥混凝土路面的照度值來比較，大部分明色鋪裝材料都不及普通水泥混凝土路面，只有2組摻入比例高、粒徑大的明色鋪裝材料能超越普通水泥混凝土路面。

從總體效果來看，白色方堅石提升照度值的效果要好于廢鋼化玻璃。因為照度計接收到的光線主要是通過明色材料的鏡面反射和漫反射而來，廢鋼化玻璃主要是以鏡面反射為主，漫反射為輔;白色方堅石主要是以漫反射為主，鏡面反射為輔。筆者所進行的試驗，照度計只能接收到很小一個區域內明色材料反射的光線，由于反射角度的原因，漫反射光線被接收到的機率要遠大于鏡面反射，從而導致了白色方堅石提升照度值的效果要好于廢鋼化玻璃。

3 結論

1)明色鋪裝SMA混合料各項路用性能均能滿足現行規范的技術要求，路用性能良好。摻入廢鋼化玻璃的混合料的抗滲、抗滑和黏結性能有一定下降，建議對摻入的粒徑及摻入量嚴格控制。由于試驗材料條件的局限性，摻入白色方堅石的混合料的高溫穩定性下降明顯。

2)明色材料摻入量與照度值(逆反射系數)成正比，明色路面SMA混合料的照度值均高于普通瀝青混合料;但是仍與普通水泥混凝土路面的照度值有一定差距。

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