采用輝綠巖骨料的高黏結瀝青抗滑磨耗層性能研究

歐陽男

（1.貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550014；2.同濟大學道路與鐵道工程教育部重點實驗室，上海市 201804）

0 引言

開級配抗滑磨耗層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。同時能有效減少水霧和眩光、降低噪音、防水漂、改善路面標志的可見度、提高潮濕路面的抗滑性[1]。

根據貴州地區料礦分布以及本地區集料的工程應用經驗，設計時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尚無先例，因此需要對輝綠巖與OGFC-10的適用性進行分析考察。

本文重點分析羅甸輝綠巖料場集料。通過原材料物理力學分析、混合料配合比設計與性能評價等方面對輝綠巖用于OGFC-10的適用性進行綜合評價，在OGFC的規范要求級配范圍內，提出對大空隙排水高粘瀝青抗滑混合料的級配優選建議，為貴州抗滑磨耗層OGFC-10中應用輝綠巖骨料提供參考。

1 原材料試驗

（1）瀝青

瀝青采用濕法制備的高粘度改性橡膠瀝青。一方面，橡膠粉通過在高溫下脫硫、降解然后部分橡膠進入基質瀝青中使基質瀝青發生改性；另一方面，橡膠粉在高溫作用下溶脹體積變大，結構發生變化，在基質瀝青中形成網狀三維結構。以上的物質交換反應使橡膠瀝青呈現出高粘度、高彈性的性能[3]。

瀝青性能指標見表1。

表1 高粘改性瀝青性能測試結果

（2）集料與礦粉

集料為貴州地區的輝綠巖5～10 mm、3～5 mm和0～3 mm三檔集料，填料采用石灰巖磨細礦粉，篩分和密度試驗結果見表2和表3。

（3）集料物理力學特性分析

表4、表5為輝綠巖粗、細集料試驗測試結果。同時為了評價集料質量的穩定性，將其他采用同種輝綠巖集料作為粗集料的歷史測試值進行對比。分析表明，采用輝綠巖集料質量穩定。同時為了評價其高溫條件下的物理力學性能，測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后采用常規壓碎值試驗相同的方法試驗。表4數據表明，輝綠巖粗集料具有良好的高溫穩定性能。

表2 集料篩分結果

表3 集料密度試驗結果

表4 輝綠巖粗集料測試結果

表5 輝綠巖細集料測試結果

2 輝綠巖OGFC-10混合料設計

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

（1）OGFC-10級配的設計

本試驗采用馬歇爾設計法對OGFC-10瀝青混合料進行設計，并對瀝青混合料性能進行檢驗。根據規范規定的OGFC-10礦料級配范圍，結合公路等級、工程特性和氣候條件等確定了OGFC-10的工程設計級配范圍。

根據設計級配范圍，通過圖解法和調試，設計了2組初選配合比，分別是2.36 mm篩孔通過率靠中值和偏下限。根據試配混合料中各檔集料的組成、各檔集料的密度測試結果，計算試配混合料的合成表觀相對密度、合成毛體積相對密度，再根據集料的吸水率，計算試配混合料的有效密度，結果見表6，2個試配混合料級配組成見表7和圖1。

表6 兩組礦質混合料的配合比

表7 合成級配通過率

圖1 初試配合比下礦質混合料級配組成曲線

（2）級配一最佳油石比確定

此次試驗的最佳油石比綜合考慮目標空隙及析漏、飛散試驗結果確定。根據設計級配一，分別采用4.4%，4.7%、5.0%的油石比，參照規范制備馬歇爾試件，擊實次數為雙面各50次，并計算最大理論相對密度，確定不同油石比下壓實混合料的空隙率（VV）、析漏損失、飛散損失，試驗結果見表8。

表8 級配一馬歇爾試驗結果匯總

根據馬歇爾試驗結果繪制關系曲線見圖2～圖4，根據目標空隙的要求及謝倫堡析漏、肯塔堡飛散試驗的曲線拐點，確定級配一的最佳油石比為4.7%。

圖2 級配一油石比與空隙率關系圖

（3）級配二最佳油石比確定

根據設計級配二，分別采用4.4%，4.7%、5.0%的油石比，參照規范制備馬歇爾試件，擊實次數為雙面各50次，并計算最大理論相對密度，確定不同油石比下壓實混合料的空隙率（VV）、析漏損失、飛散損失，試驗結果見表9。

圖3 級配一油石比與析漏損失關系圖

圖4 級配一油石比與飛散損失關系圖

表9 級配二馬歇爾試驗結果匯總

根據馬歇爾試驗結果繪制關系曲線見圖5～圖7，謝倫堡析漏、肯塔堡飛散試驗曲線圖并無明顯拐點且都滿足規范要求，因此選擇較大的空隙為目標空隙，確定級配二的最佳油石比為4.4%。

圖5 級配二油石比與空隙率關系圖

3 OGFC-10混合料性能檢驗

根據級配一、級配二的試驗結果，級配一的空隙率小于級配二，空隙難以達到20%，因此選定級配二為最佳級配，以4.4%的油石比進行混合料路用性能的檢驗。

（1）水穩定性檢驗

圖6 級配二油石比與析漏損失關系圖

圖7 級配二油石比與飛散損失關系圖

按最佳油石比4.4%制備馬歇爾試件，按照規程進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗[6]，試驗結果分別見表10、表11。殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比分別符合不小于85%和不小于80%的規范要求。

表10 浸水馬歇爾試驗結果

表11 凍融劈裂試驗結果

（2）高溫穩定性檢驗

采用最佳油石比4.4%制備三個車轍試件，按照規程進行車轍試驗，試驗結果見表12。其動穩定度平均值DS=4737次/mm，滿足OGFC混合料（重交通量路段）動穩定度不小于3000次/mm的要求。

表12 車轍試驗結果

（3）抗滑性能檢驗

采用最佳油石比4.4%制備三個車轍試件，按照規程使用手工鋪砂法和擺式儀法對混合料進行抗滑性能檢測，結果見表13。

表13 抗滑性能檢測結果

（4）滲水性能檢驗

采用最佳油石比4.4%制備三個車轍試件，按照規程使用滲水儀對混合料進行滲水性能檢測，結果見表14。其滲水系數平均值Cw=5 077 mL/min，《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40-2004）未對OGFC混合料的滲水系數作出明確的要求，參照上海市工程建設規范《道路排水性瀝青路面技術規范》（DG/TJ08-2074-2010）的要求 Cw≥900 mL/15s，滿足OGFC混合料滲水系數不小于3 600 mL/min的要求。

表14 滲水性能檢測結果

OGFC-10瀝青混合料馬歇爾技術指標、高溫穩定性試驗、水穩性試驗和抗滑性能試驗、滲水性能試驗結果見表15，測試結果均能滿足相關規范要求。

4 結論

為驗證輝綠巖骨料在OGFC-10抗滑磨耗層中的應用，本文采用高黏橡膠瀝青，選用貴州黔西南地區輝綠巖骨料，在OGFC的規范要求級配范圍內，采用馬歇爾設計法，首先對原材料的性能進行測試，在滿足要求的條件下進行了級配設計（見表15）。然后根據所選級配，分別初定了2組油石比，然后根據試件的馬歇爾體積指標、謝倫堡瀝青析漏試驗、肯塔堡飛散試驗等參數確定最佳油石比。最后根據所確定的最佳級配及對應的最佳油石比制作相關試件，檢驗其高溫穩定性能、水穩定性、抗滑性能、滲水性能等指標。試驗結果表明，所設計的瀝青混合料均能滿足規范要求。

最后提出對抗滑磨耗層OGFC-10的級配優選建議，為貴州抗滑磨耗層OGFC-10中應用輝綠巖骨料提供參考。

表15 OGFC-10目標配合比設計結果匯總

[1]劉好.超薄磨耗層瀝青混合料性能對比研究[D].陜西西安：長安大學,2011.

[2]吳敏,叢林.輝綠巖瀝青混合料在貴州惠羅高速公路的應用研究[J].交通科技,2016(2)：176-179.

[3]周禮.高粘結超薄磨耗層罩面技術研究[D].重慶：重慶交通大學,2013.

[4]秦宇.輝綠巖替代玄武巖拌制活性橡膠瀝青混合料技術在杭瑞高速運用研究[J].黑龍江交通科技,2017(3).

[5]JTG E20—2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[6]王廣偉,楊國寶.超薄磨耗層瀝青混合料的應用研究[J].城市道橋與防洪,2011(8)：327-330.