開級配橡膠瀝青混合料的設計與應用

■李劍波 肖 雷

(1.蘇交科集團股份有限公司，南京 210022；2.南京航空航天大學土木工程系，南京 210016)

0 引言

排水降噪瀝青路面可以顯著提高路面服務水平，在歐美國家得到廣泛的應用，日本甚至要求高速公路路面無論新修或維修均采用開級配降噪排水路面[1]。當前，國內排水降噪瀝青路面通常采用高粘瀝青，但其昂貴的造價成為高粘瀝青排水降噪路面技術推廣應用的瓶頸。橡膠瀝青的60℃粘度可達20,000Pa·s，能滿足高粘瀝青的技術要求，而其價格與常用的SBS改性瀝青接近[2]。良好的性價比和特殊的環保意義使橡膠瀝青在排水路面中的應用日益得到重視，在美國已成為用于降噪排水路面的瀝青膠結料重要類型之一。因此，采用橡膠瀝青為膠結料，參考排水降噪瀝青混合料設計方法，開展開級配橡膠瀝青混合料的設計與性能評價工作意義重大。

1 工程概況

寧高高速公路是南京市區連接溧水、高淳兩區及蘇南、皖南地區的主要快速通道，是省干線公路網的組成部分，其中連接機場段有較長的線路穿越人口稠密地區。長期的高負荷運營，寧高高速公路的瀝青路面陸續出現許多病害問題。結合路面大中修工程，在寧高高速公路K30處采用開級配橡膠瀝青混合料罩面技術，通過大孔隙路面結構來降低路面噪聲對周邊居民的影響，路面結構采用預拌碎石 SAMI＋AR-OGFC13S(2.5cm)。

2 開級配橡膠瀝青混合料設計方法

在國內外開級配抗滑混合料設計方法調研的基礎上，結合OGFC的應用經驗和橡膠瀝青的性能特點，從級配范圍控制、空隙率控制、試件成型方法和瀝青用量確定等幾個方面進行開級配抗滑混合料的配合比設計[3]。本次工程所用集料為句容茅迪公司石料廠產玄武巖，橡膠瀝青由金邦公司加工生產，外摻劑采用P.O 32.5級水泥。

2.1 級配設計

級配設計是開級配瀝青混合料配合比設計的重要環節，其基本思路都是通過減少細料用量(小于2.36mm)獲取較大的空隙率。綜合開級配橡膠瀝青混合料應用較多的美國加州、德州、佛羅里達州和亞歷桑那州級配要求和我省開級配混合料應用經驗，初步提出橡膠瀝青開級配混合料級配范圍。根據級配范圍，初選粗、中、細三個級配，采用初試瀝青用量成型試件，根據目標空隙率確定設計級配，并最終確定本工程的合成級配見表1。

2.2 空隙率要求

開級配瀝青混合料的路用性能與其空隙率關系密切。相關研究表明，開級配瀝青混合料的排水性能隨空隙率增加而提高，而力學性能、水穩定性、疲勞性能等則隨空隙率增大而降低[4]。美國加州要求瀝青路面磨耗層OGFC的空隙率大于18%，而德州要求18%～22%，我國部頒規范要求為18%～25%。從滿足道路使用性能和防止路面堵塞角度出發，本工程的設計空隙率為22%。

2.3 成型方法

混合料試件采用何種成型方式和標準是配合比設計的基礎，美國亞利桑那州開級配橡膠瀝青混合料采用靜壓成型方法，而我國開級配瀝青混合料大都采用50次馬歇爾擊實成型的方法[5]。研究表明，75次成型試件得到的空隙率較50次馬歇爾擊實明顯偏小，與靜壓法得到的空隙率相差近1倍。以50次馬歇爾擊實成型試件與不采用橡膠瀝青的OGFC混合料空隙率相當，且比75次擊實更接近靜壓法得到的空隙率。而且較少的擊實次數，可以顯著減少開級配混合料粗集料被擊碎的現象，對原有級配的影響較小。

2.4 瀝青用量確定

對于如何確定AR-OGFC瀝青用量，美國亞歷桑那州提供的經驗公式具有一定參考價值。但各國 (地區)的OGFC設計方法中，大都以預估瀝青用量為基準，通過析漏試驗和飛散試驗對瀝青用量進行驗證。首先，按±0.5%、±1%變化瀝青用量，分別進行析漏試驗、飛散試驗；然后，根據析漏試驗和飛散試驗的結果，以瀝青析漏試驗的反彎點作為最大瀝青用量，以試件飛散試驗的反彎點作為最少瀝青用量，由此得到瀝青用量的范圍；最后，在此范圍內再參照馬歇爾試驗的結果,選擇合適的瀝青用量作為最佳瀝青用量。按此思路確定的AR-OGFC13S瀝青混合料的最佳油石比為8.9%，馬歇爾試驗測試結果見表2，析漏試驗和飛散試驗測測試結果見表3。

表2 AR-OGFC13S馬歇爾試驗結果

表3 AR-OGFC13S析漏試驗和飛散試驗測試結果

3 開級配橡膠瀝青路面的應用及效果評定

開級配橡膠瀝青路面采用橡膠瀝青由70號道路石油瀝青與橡膠粉高速攪拌制備，70號道路石油瀝青必須滿足規范的要求，橡膠粉應無鐵絲或其它雜質，纖維比例應不超過0.5%。在成功進行拌和樓試拌的基礎上，先進行試驗段的施工組織和混合料性能驗證，并完善施工工藝和調整開級配瀝青混合料的級配。開級配橡膠瀝青路面的施工與普通熱瀝青混合料基本一致，但在拌和、運輸、攤鋪、碾壓等過程中嚴格遵守開級配橡膠瀝青混合料的施工技術指南[6]。在開級配橡膠瀝青混合料拌合時，嚴格控制集料和橡膠瀝青的溫度，防止橡膠瀝青的過度老化，混合料出廠溫度170℃左右。開級配瀝青混合料由于具有較大的空隙率，其溫度下降較快，應保證運到施工現場的混合料溫度達到165℃左右，混合料溫度過低會導致壓實困難，空隙率偏大，而溫度過高，會導致空隙率偏小，降低路面的排水降噪性能。開級配橡膠瀝青混合料的初壓采用HD130壓路機前靜后振壓實2遍，復壓采用DD110壓路機靜壓2遍。

開級配橡膠瀝青路面施工完成后，第二天即可對路面的壓實度、降噪性能、抗滑性能和滲水性能進行測試。根據路面施工技術指南的要求，每車道200m鉆取一個芯樣，本路段AR-OGFC13S壓實度的檢測結果見表4。

表4 AR-OGFC13S路面壓實度檢測結果

由表4的測試結果可知，芯樣的壓實度平均101%左右，現場空隙率平均21%，與室內設計空隙率比較接近，說明配合比設計時選用的馬歇爾擊實次數和標準是合適的。

開級配瀝青路面的重要特點是排水降噪性能優越，采用路面滲水儀對開級配橡膠瀝青路面的滲水系數進行測試，所有測點的路面滲水系數在1000ml/min以上，具有良好的排水性能。為衡量開級配橡膠瀝青路面的降噪性能，對橡膠瀝青開級配罩面和未設罩面的舊路進行了噪音測試。為減少交通狀況波動對測試結果的影響，每點測3次，每次3min。AC16舊路的噪音為83.4分貝，而AR-OGFC13S的噪音為81.2分貝，橡膠瀝青開級配罩面比AC16舊路噪音平均低2.2分貝，雖然噪音絕對值降低不多，但現場測試時感受二者差異相當顯著。

摩擦系數是衡量瀝青路面抗滑性能的重要指標，通常采用擺式摩擦系數測定儀進行測試。在本路段每200m確定測點進行測試，擺式摩擦系數測定儀的擺值平均在90以上，遠超過原AC16瀝青路面的測試結果，表明開級配混合料路面具有更好的抗滑性能。

4 結束語

通過大量的室內和工程試驗測試，采用雙面擊實50次的方法進行配合比設計，能夠滿足開級配橡膠瀝青混合料的工程應用需求，而且采用析漏試驗、飛散試驗和馬歇爾穩定度試驗確定的混合料最佳瀝青用量也較為合理，按此方法設計和施工的寧高高速公路AR-OGFC13S路面具有良好的降噪、排水、抗滑性能，達到工程預期目標。