OGFC混合料水穩定性改善措施研究

■牛智華 ■中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065

引言

OGFC(Open-graded Friction Courses)是開級配抗滑磨耗層，1940年英國為快速排出跑道上的雨水第一次采用了這種路面，到80年代末，這種路面技術逐漸成熟并在歐洲、北美、日本等國家得到廣泛利用，由于其有良好的抗滑、透水和降噪等方面的優點近年來在公路上應用越來越廣泛。但是，由于OGFC是一種開級配，骨架空隙結構的混合料，在道路建成初期降水能夠順暢的利用大空隙排出路面，隨著道路使用時間的延長，OGFC路面中的孔隙就會被外部環境中的細小顆粒所堵塞，導致水不能快速的排出路面，在行車動態荷載的作用下，進入到路面內部的水不斷的產生動水壓力，使集料開始與瀝青的粘附性開始降低，最終失去粘結能力，導致混合料出現掉粒、松散等水損害現象。相對于車轍或者裂縫等損害，水損害是OGFC路面最嚴重的損害方式。

1 試驗方案

本研究主要是采用4種方式來改善OGFC混合料的水穩定性，首先是通過采用水泥和消石灰替代混合料中的礦粉，替代的比例分別為集料總質量高的1%和2%;然后是通過向瀝青中添加瀝青質量的0.3%的抗剝落劑，最后是通過改變2.36mm篩孔的通過率來研究級配對水穩定性的影響。利用規范中對瀝青混合料水穩定性的評價方法，采用殘留穩定度和凍融劈裂強度比這兩個指標來評價不同方法對水穩定性的改善效果。同時，為了使試驗效果更明顯，本研究不采用改性瀝青，而是采用70#基質瀝青，混合料類型采用OGFC-13。

2 試驗材料及混合料級配的設計

2．1 試驗材料

本研究中，集料粗、細集料采用的是輝綠巖;礦粉采用的是石灰巖磨細的石粉;瀝青采用70#基質瀝青;水泥為P.S32.5普通硅酸鹽水泥;抗剝落劑采用PA-1型抗剝落劑，消石灰過0.075mm篩。

2．2 混合料級配的設計

通過改變2.36mm的通過率改變混合料的級配，最后確定5種混合料的級配。

3 試驗方法

對于輝綠巖粗、細集料以及礦粉的技術指標按照《公路工程試驗規程》(JTG E42-2005)中規定的方法測定。

按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中的方法成型馬歇爾試件，測定穩定度、流值和毛體積相對密度，并計算礦料間隙率、空隙率和瀝青飽和度，最后確定最佳油石比。

按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中的方法測定混合料的殘留穩定度、凍融劈裂額強度比。

4 試驗結果及討論

4．1 消石灰、水泥、抗剝落劑對水穩定性的影響

分別用消石灰和水泥替代集料總質量的1%和2%的礦粉，并向瀝青中添加瀝青質量的0.3%的PA-1型抗剝落劑，通過馬歇爾試驗，確定最佳油石比，并測定馬歇爾穩定度、殘留穩定度和凍融劈裂強度比以及動穩定度。

由實驗可知:

(1)加入抗剝落劑不會改變混合料的油石比，但是加入消石灰和水泥后會增大油石比，加入量越大，油石比就會越大。

(2)加入消石灰、水泥和抗剝落劑都可以有效的改善混合料的水穩定性，消石灰和水泥的改善效果要由于抗剝落劑;同時，在凍融劈裂強度比上水泥的改善效果由于消石灰，但在殘留穩定度的改善效果上，消石灰要優于水泥。

(3)3種物質在改善OGFC混合料水穩定性的同時，還能有效的提高混合料的動穩定度和穩定度，改善高溫性能。

出現以上現象主要是因為:水泥和消石灰的粒度比礦粉更小，比表面積更大，在相同的條件下，油石比更大，由于比表面積大，膠漿的稠度隨之增大，因此能有效的改善高溫性能;消石灰和水泥中物質的PH值相對于礦粉更大，消石灰中Ca(OH)2的含量在90%以上，溶液的PH值可達到12，當與瀝青中的羥酸等物質發生反應能夠生成吸附性更強的鹽類，同時可以消耗瀝青內部的極性成分，增強膠漿的吸附能力，替代的比例越大對水穩定性的改善效果越好，但會增大油石比。

4．2 2．36mm通過率對水穩定性的影響

OGFC是一種開級配混合料，2.36mm的通過率對會對混合料的空隙率有很大影響，空隙率越大，水穩定性就越差。利用殘留穩定度比來評價不同級配混合料的水穩定性，為了使驗證改善效果可延長在水浴箱中的時間至72h和96h。

隨著水浴時間的延長，水開始侵入集料與瀝青之間，粘附性越來越低，水穩定性也越來越差;OGFC主要是粗集料之間的嵌擠來形成骨架，隨著2.36mm通過率的增大，混合料的空隙率開始降低，水穩定性增強，當通過率繼續增大，細集料使骨架被撐開，破壞混合料的整體力學性能，因此穩定度開始降低。

5 結論

(1)加入抗剝落劑不會改變混合料的油石比，但是加入消石灰和水泥后會增大油石比，加入量越大，油石比就會越大。

(2)加入消石灰、水泥和抗剝落劑都可以有效的改善混合料的水穩定性，消石灰和水泥的改善效果要由于抗剝落劑;同時，在凍融劈裂強度比上水泥的改善效果由于消石灰，但在殘留穩定度的改善效果上，消石灰要優于水泥。

(3)隨著2.36mm通過率的增大，混合料的殘留穩定度表現為先增大后降低。

［1］鄭艙充，呂仟民.應用消石灰提高瀝青路面的水穩性［J］.石油瀝青，2003，17(1)7-9.

［2］張嘎吱，王永強.摻干水泥的瀝青混合料水穩性研究［J］.公路，2004，6∶131-133.

［3］牛智華，陳博.瀝青用量與級配對OGFC混合料的高溫及水穩定性能影響［J］.中國建筑科技，2014，4∶224-227.