新型低噪聲微表處抗車轍性能影響因素研究

陳萍

（上海市崇明區(qū)公路管理所，上海市 202150）

0 引 言

我國建成通車的公路和市政道路已大規(guī)模地進入了維修高峰期，各等級的公路和市政道路瀝青路面的養(yǎng)護工作得到了越來越廣泛的關(guān)注，其中微表處作為一種性價比高和實用性廣的養(yǎng)護形式得到了廣大工程人員的青睞[1]。長久以來，車輛行走在微表處路面上會帶來的高于一般道面的噪聲，這一點困擾著微表處的研究者和使用者。經(jīng)過了級配和組成重構(gòu)的低噪聲微表處的誕生給這一養(yǎng)護措施帶來了新的面貌，但由于級配的調(diào)整和結(jié)合料的更換，油石比的增加勢必會給微表處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來密實和間隙率降低的影響，對剪切應(yīng)力的抵抗力會帶來影響。其中對路用性能影響最關(guān)鍵的在于抗車轍性能，考慮到調(diào)整了級配中粗集料的用量會帶來混合料高溫性能的影響[2-3]，本文將針對全新的低噪聲微表處進行抗車轍性能的影響因素研究，以期為低噪聲微表處在施工中的配合比組成設(shè)計提供重要參考。

1 試驗材料與組成設(shè)計

1.1 材料

1.1.1 改性乳化瀝青

為使研究對象具有代表性，選用上海龍孚道路養(yǎng)護工程有限公司生產(chǎn)的成品改性乳化瀝青，采用最新研發(fā)的廣域型EM530慢裂快凝型乳化劑，它對集料類型和處理程度有較高的容忍度[4]。由EM530乳化的改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.1.2 集料和礦粉

試驗用粗集料來自江蘇產(chǎn)玄武巖，細集料為江蘇產(chǎn)石灰?guī)r。根據(jù)低噪聲級配設(shè)計，將其篩分成0～3 mm、3～5 mm和5～8 mm三級集料為進行目標(biāo)級配的合成，礦粉將不參與低噪聲微表處級配設(shè)計，而是作為外添加物使用。集料的篩分結(jié)果見表2。

表2 低噪聲微表處粗、細集料質(zhì)量要求

1.1.3 水泥

水泥作為填料添加進混合料中，應(yīng)干燥、疏松、無結(jié)團，并應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中的相關(guān)要求[5]。水泥的摻加量必須通過混合料設(shè)計試驗確定。

1.1.4 橡膠屑

本文研究用的微表處混合料低噪聲的效果主要來自兩方面：特殊的級配設(shè)計和橡膠屑。因此適當(dāng)?shù)丶尤胂鹉z是降低噪聲的關(guān)鍵要素之一[6]，橡膠屑應(yīng)為通過常溫磨碎或粒化方法制成的橡膠顆粒碎屑。研究所用橡膠屑技術(shù)指標(biāo)和實測值見表3。

表3 橡膠屑物理特性技術(shù)要求

1.2 dB60級配設(shè)計

集料級配對微表處路用性能有著重要的影響，也是影響行車噪聲的另一個關(guān)鍵。適當(dāng)降低粗集料的使用，加入洛杉磯磨耗值更高的中粒徑集料（3～5 mm），加強集料間嵌擠效應(yīng)，降低鋪設(shè)厚度與集料最大粒徑之差，采用間斷級配以增加粗集料的比例，是dB60級配的設(shè)計原則。但是從級配角度降低噪聲的處理對路用性能存在影響，油石比隨著粗集料的增加而減少，這將導(dǎo)致耐久性降低[7]。增加油石比有助于提高微表處的耐久度，但會造成對微表處表觀結(jié)構(gòu)泛油、粘輪等不利影響。表4為dB60專用低噪聲微表處級配。

表4 dB60低噪聲級配

1.3 主要試驗方法

根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范中對微表處性能指標(biāo)的要求，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）[8]中指定試驗T0756進行車轍變形試驗。

2 抗車轍性能

2.1 油石比

試驗選用9.5%～12.5%油石比的dB60級配的低噪聲微表處混合料，按試驗規(guī)范制作試件，用負荷輪試驗儀模擬車輪在成型后的微表處混合料上碾壓，通過規(guī)定作用次數(shù)后，測定試樣的車轍深度和寬度變形，以試樣單位厚度的車轍深度和單位寬度的橫向變形評價混合料的抗車轍能力。試驗結(jié)果見表5。

表5 不同油石比下的輪轍寬度變化率

對于提出新設(shè)計方法的低噪聲微表處混合料而言，與常規(guī)微表處不同的是，隨著油石比的增加，輪轍寬度變化率均呈先減小后增大的趨勢，這點體現(xiàn)在了圖1的試驗結(jié)果中。存在一個最佳油石比使得低噪聲微表處混合料抗車轍能力最優(yōu)?；谠囼灲Y(jié)果，此次研究推薦采用11.0%作為最佳油石比。

圖1 不同油石比的輪轍寬度變化率隨油石比變化曲線

通常對于熱拌瀝青而言，抗車轍能力和礦料間隙率、油石比、混合料空隙率等因素均有很大關(guān)系。車轍深度會隨混合料空隙率的增大而逐漸減小，且空隙率是影響抗車轍能力的主要因素。但是微表處由于攤鋪厚度較薄，抵抗的多為中輕度車轍病害，單純調(diào)整級配來提升抗車轍性能是不夠的，應(yīng)該通過調(diào)整油石比、改變添加物種類等手段，結(jié)合實際工程經(jīng)驗和施工環(huán)境等條件綜合確定合適的材料組成，以提升微表處混合料抗車轍性能。這里的最佳油石比推薦值11.0%可作為低噪聲微表處的設(shè)計施工配合比初始值。

2.2 水泥和礦粉

選取dB60級配的微表處，以確定的最佳油石比（11.5%）、摻水量（2.0%）分別加入不同比例的水泥和礦粉，進行輪轍變形試驗，研究添加劑種類和摻量對抗車轍性能的影響，試驗結(jié)果見表6。

表6 不同水泥和礦粉摻量下輪轍試驗結(jié)果

圖2的曲線顯示，少量水泥的加入可有效提升微表處的抗車轍性能。當(dāng)添加量在0.5%和1.0%時，微表處混合料輪轍寬度變化率比不添加水泥分別提升了17.0%和33.0%；但當(dāng)水泥摻量大于1.0%后，輪轍寬度變化率趨于穩(wěn)定，不再隨水泥摻量的增加而改變。可以認為對于dB60級配低噪聲微表處抗車轍性能而言，1.0%的水泥摻量是最佳值。過多的水泥無法進一步提升微表處混合料抵抗車轍變形的能力。

由圖3可以看到，礦粉的加入對微表處抗車轍能力的提升并不明顯。礦粉摻加量為1%和2%時，混合料輪轍寬度變形率相比未添加礦粉時僅分別提升了7.1%和13.4%，之后再繼續(xù)摻加礦粉對提升微表處抗車轍能力作用不顯著。原因在于由于礦粉的加入改變了混合料的級配，細集料增多，雖然降低混合料空隙率可以提升抗車轍性能，但是礦粉會吸附更多的改性乳化瀝青。倘若不增加油石比，微表處的拌和性會有一定程度的下降，集料無法被瀝青充分裹覆，破乳后混合料抵抗車轍的能力也因此會被削弱。綜合來看，單獨增加礦粉摻量對提升微表處抗車轍性能意義不明顯。

圖2 水泥對微表處抗車轍性能的影響

圖3 礦粉對微表處抗車轍性能的影響

2.3 橡膠屑

橡膠屑具有吸收和弱化噪聲的作用，它的加入可使得微表處混合料在攤鋪完成后進一步降低噪聲，并且適當(dāng)可增加微表處的彈性模量。依舊選用dB60微表處級配，采用上一節(jié)確定的最佳油石比（11.5%）、摻水量（2.0%）以0.5%和1.0%質(zhì)量比的間隔分別摻入橡膠屑，進行輪轍變形試驗，研究不同摻量的橡膠屑對微表處抗車轍性能的影響，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 濕輪磨耗值隨橡膠屑摻量的變化曲線

從圖4可知，添加橡膠屑也可以提升微表處的抗車轍性能，2.5%的橡膠屑是一個臨界值，在0～2.5%時抗車轍性能增加明顯，過了2.5%的臨界范圍之后抗車轍性能均趨于平穩(wěn)，更多的橡膠屑并不能帶來更優(yōu)的路用性能。因此從抗車轍角度而言，2.5%為橡膠屑的標(biāo)準(zhǔn)添加量。

3 結(jié)語

針對油石比、摻水量、水泥、礦粉和橡膠屑等因素，研究了它們對低噪聲微表處混合料的抗車轍性能的影響，主要結(jié)論如下：

（1）隨著油石比的增加，低噪聲微表處輪轍寬度變化率均呈先減小后增大的趨勢，存在一個最佳油石比使得微表處混合料抗車轍能力最優(yōu)。推薦低噪聲微表處采用11.0%作為最佳油石比，可作為實際施工中的油石比設(shè)計初始值。

（2）少量的水泥可以有效提升微表處的抗車轍性能，但當(dāng)水泥摻量超過1.0%后，提升效果趨于穩(wěn)定。單獨添加礦粉對微表處抗車轍性能的提升并不明顯，因為礦粉會吸附更多的改性乳化瀝青，不提高油石比會導(dǎo)致集料無法被瀝青充分裹覆，破乳后混合料抵抗車轍的能力也因此會被削弱。

（3）添加橡膠屑可以提升微表處的高溫穩(wěn)定性，根據(jù)摻量和高溫性能曲線確定，超過2.5%的橡膠屑含量后，性能趨于穩(wěn)定，基于低噪聲微表處，從抗車轍角度考慮，推薦2.5%為標(biāo)準(zhǔn)橡膠屑添加量。