排水瀝青混合料與常規上面層瀝青混合料技術性對比分析

鄧娟華 陳寧

摘要：文章依托廣西南寧經欽州至防城港段改擴建高速公路PAC-13排水瀝青混合料鋪筑工程實例，從材料要求、設計合成級配、混合料體積指標、路用性能、施工工藝、單位面積造價等方面，對PAC-1 3排水瀝青混合料與常規上面層瀝青混合料SMA - 13、AC- 13C、AR- AC13的技術性進行對比分析，研究PAC-13排水瀝青混合料與常規上面層混合料的路用性能差異性，為廣西區內后續高速公路排水功能型路面推廣應用提供借鑒。

關鍵詞：排水瀝青混合料;上面層瀝青混合料;技術性;路用性能;對比分析

中圖分類號：U416. 217文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 004

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0011 - 05

0 引言

截至目前廣西已通車將近6 000 km的高速公路，其上面層路面結構大多都采用AC -13C、SMA-1 3瀝青混合料以及一部分的AR - AC13橡膠瀝青混合料，其中AC- 13C混合料大多用于新建高速公路，SMA-1 3大多用于“白改黑”高速公路和改擴建高速公路，AR- AC13在部分高速公路得到推廣應用（如2019年7月通車的陽鹿高速公路、2019年年底通車的崇水高速公路）。但隨著路面技術的飛速發展，人們對高速公路路面在原來追求密實平整的基礎上又提出了新的功能要求：盡量不積水、排水效果良好、抗滑安全性高、降噪且耐久。PAC- 13排水瀝青混合料具有設計空隙率大（23%左右）、排水效果好、構造深度大、抗滑性能好、降噪、耐久等優點，也契合排水功能型路面的發展要求。早期排水瀝青路面在江蘇、江西、湖南等省份均進行了推廣應用，也積累了相當豐富的實體應用和運營養護相關的經驗，而廣西在高速公路建設初期也嘗試過排水瀝青路面（ OGFC）的試驗路鋪筑，但并沒有進行大面積地推廣應用。

本文依托廣西南寧經欽州至防城港段改擴建高速公路，開展PAC-1 3排水瀝青混合料的鋪筑，并研究其與主流的上面層瀝青混合料SMA- 13、AC - 13C、AR - AC13的材料要求、設計合成級配、混合料體積指標、路用性能、施工工藝的技術差異性以及單位面積造價的合理性，為廣西區內后續高速公路排水功能型路面的推廣應用提供借鑒。

1 排水瀝青混合料與常規上面層瀝青混合料技術性對比

1.1原材料要求對比

1.1.1 集料指標要求對比

四種瀝青混合料PAC-1 3、SMA-1 3、AC- 13C、AR- AC13對于集料大部分指標要求基本一致，一般按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40）（以下簡稱“規范”）對于上面層粗、細集料的相關要求執行，但PAC-13排水瀝青混合料對粗、細集料部分指標要求有所提高，增加粗集料高溫壓碎值指標要求（≤23%），常溫壓碎值提高要求至≤18%（原規范要求≤25%或26%），磨耗值提高要求至≤20%（原規范要求≤28%），針片狀顆粒含量（混合料）提高要求至≤12%（一般規范要求≤15%），堅固性和軟石含量也分別提高要求至≤8%（原規范要求12%）和1%（原規范要求3%）;同時細集料一般要求采用石灰巖機制砂，砂當量≥65（原規范要求≥60），亞甲藍≤1.5 g/kg（原規范要求≤1.5 g/kg）。由此可見，相比SMA-1 3、AC - 13C、AR - AC13瀝青混合料，PAC- 13排水瀝青混合料對粗集料的強度、顆粒形狀均有更高的要求，對細集料的潔凈程度也要求更高。但目前從廣西區內各個高速公路項目設計文件和相關技術條款來看，多數項目均提高了路面瀝青混合料中集料的技術指標要求，總體上廣西區內生產的輝綠巖或玄武巖上面層集料能達到此要求。

1.1.2 瀝青指標要求對比

四種瀝青混合料PAC-13、SMA- 13，AC- 13C、AR - AC13對于重載瀝青路面設計時瀝青的選擇有所區別，其中SMA-1 3和AC - 13C瀝青混合料一般采用SBS改性瀝青（1- D）;AR- AC13瀝青采用復合改性橡膠瀝青;PAC- 13排水瀝青混合料采用高粘改性瀝青。三種瀝青的指標要求有一定區別（具體可見表1）。

由表1的對比可知，高粘改性瀝青相比SBS改性瀝青（1-D）和橡膠瀝青軟化點和延度要求更高，高粘改性瀝青增加了60℃運動黏度、170℃運動黏度的相關要求，且老化后相關指標也有所提高。因此整體來說，由于PAC - 13排水瀝青混合料的骨架孔隙結構，設計空隙率達到18%～25%，對瀝青膠結料黏度提出了更高的要求，在保證混合料空隙率足夠大的前提下，混合料需具有一定的強度，但總體按照一般摻加8%的高粘改性劑與SBS改性瀝青進行復配或采用成品高粘改性瀝青指標都能達到此要求。

1.1.3 外加劑要求對比

四種瀝青混合料PAC - 13、SMA - 13、AC - 13C、AR- AC13對于外加劑的選擇也有一定的不同。其中PAC- 13和SMA- 13瀝青混合料均需添加纖維外加劑，PAC- 13添加0.1%的聚酯纖維，SMA- 13添加0. 4%的木質素纖維，AC- 13C和AR- AC13 -般不添加任何外加劑（除有特殊需求的路段，抗車轍要求比較高的長大縱坡路段）。兩種纖維在各自混合料中所起的作用有一定差別：在PAC - 13排水瀝青混合料中添加使用聚酯纖維作為增塑穩定劑材料;在SMA-1 3瀝青混合料中添加木質素纖維起到吸油、加筋作用。

1.2 設計合成級配和混合料體積指標對比

四種瀝青混合料PAC-1 3、SMA- 13、AC - 13C、AR - AC1 3的常見合成級配和體積指標分別見表2和表3。

從表2所列的四種瀝青混合料級配可知，AC -13C是傳統懸浮密實結構，屬于連續級配，整體級配相比其他三種要偏細一些;AR - AC1 3是介于懸浮密實結構和骨架密實結構中間的一種級配，但整體粗骨料用量也相對較大;SMA -1 3是典型的骨架密實型級配，整體粗骨料用量達到75%左右;PAC- 13是典型的骨架孔隙型級配，整體粗骨料用量達到82%左右。

從表3的對比結果可知，四種瀝青混合料PAC -1 3、SMA- 13、AC - 13C、AR - AC13均采用馬歇爾設計方法進行設計，重載交通SMA-13、AC- 13C、AR-AC1 3 -般采用雙面擊實75次進行級配設計，油石比分別采用5.8%～6.0%、4.8%～4.9%、5.9%～6. 1%左右;重載交通PAC-13排水瀝青混合料一般采用雙面擊實50次進行級配設計，油石比一般采用4.8%～5.0%左右?？傮w來看PAC-13和AC- 13C的油石比基本一致，SMA- 13和AR - AC13瀝青混合料的油石比基本一致，且相對較高。空隙率控制方面，SMA-1 3、AC- 13C、AR - AC1 3都屬于密實型混合料，空隙率一般在3%～4%左右;PAC- 13屬于大孔隙混合料，空隙率一般在18%～25%左右。

1.3 主要路用性能檢測指標對比

1.3.1 水穩定性指標對比

采用廣西地區的輝綠巖集料拌制AC - 13C、SMA-1 3、PAC - 13、AR - AC13瀝青混合料，空隙率等體積指標均滿足規范和施工指南的要求，采用國標凍融劈裂試驗（雙面擊實50次）和浸水馬歇爾試驗進行檢驗。試驗結果如表4所示。

從試驗結果可知，四種類型的上面層瀝青混合料水穩定性沒有明顯的差異性。

1.3.2 高溫穩定性指標對比

采用廣西地區的輝綠巖集料拌制AC - 13C、SMA-1 3、PAC-1 3、AR - AC1 3瀝青混合料，空隙率等體積指標均滿足規范和施工指南的要求，然后進行高溫穩定性試驗對比（按照國標車轍試驗進行檢驗，在60±1℃，0.7±0. 05 MPa條件下進行車轍試驗以檢驗瀝青混合料的高溫穩定性）。動穩定度試驗結果見表5。

從四種瀝青混合料高溫穩定性試驗結果可知，AC- 13C瀝青混合料的高溫穩定性略差于其他三種瀝青混合料，AR - AC13瀝青混合料的高溫穩定性略好于AC- 13C瀝青混合料，SMA-1 3和PAC-1 3瀝青混合料的高溫穩定性基本接近。

1.3.3 抗滑性能指標對比

抗滑指標對比主要是對AC - 13C、SMA - 13、PAC-1 3、AR - AC1 3四種瀝青混合料經過現場攤鋪壓實后（壓實度保持在95%左右）成品路面的構造深度和摩擦系數指標進行對比，由于抗滑性能與集料的磨耗和磨光性能有一定關聯，為減少偏差，四種混合料路面均采用廣西統一地區的輝綠巖進行鋪筑，并進行現場檢測。試驗結果見表6。

從表6抗滑性能指標可知，排水瀝青混合料PAC-1 3具有較大的構造深度和摩擦系數，優于其他3種瀝青混合料，具有優良的抗滑性能;SMA - 13構造深度相比AR - AC13、AC - 13C略好，但早期SMA- 13摩擦系數略小，抗滑性能次之;AR - AC1 3和AC- 13C構造深度、摩擦系數基本接近。

1.3.4 滲水系數指標對比

通過實測四種瀝青混合料現場壓實完畢滲水系數對比透水性能，滲水系數試驗結果見表7。

從表7現場滲水系數對比可知，AC - 13C、AR -AC13、SMA-1 3三種瀝青混合料在碾壓遍數一致的情況下，滲水系數接近，密水良好;PAC- 13排水瀝青混合料滲水系數>7 000 ml/min，滲水較大，具有良好的排水效果。

1.4 四種混合料的造價對比

根據廣西地區原材料價格和人工單價初步估算四種瀝青混合料AC - 13C、AR - AC13、SMA -13，PAC-1 3的單價（見表8），四種混合料的單價中AC-13C和AR - AC1 3較為接近，SMA- 13和PAC- 13整體單價接近。對于功能型路面來講，PAC- 13造價也具有一定的優勢。

1.5 施工工藝對比

根據四種瀝青混合料的特點，本文著重對比四種混合料施工參數的差異性，從拌和溫度、拌和時間、攤鋪溫度、碾壓組合方式等幾方面進行對比，其余運輸環節、攤鋪環節、人員組織等方面由于較為雷同不作對比。（1）拌和溫度：AC - 13C、SMA - 13、PAC - 13、AR- AC13四種瀝青混合料有一定差別，其中AC -13C改性瀝青混合料要求一般為1 70℃～180℃，其他三種瀝青為1 75℃～185℃。（2）拌和時間：AC -13C和AR - AC13兩種瀝青混合料較為接近，一般拌和周期在55 s左右，SMA- 13和PAC- 13由于需要添加纖維外摻劑，一般拌和周期在65 s以上。（3）攤鋪溫度：四種瀝青混合料基本一致，一般都≥155℃。（4）碾壓組合方式：AC - 13C和AR - AC13兩種瀝青混合料采用膠輪和雙鋼輪壓路機組合的方式，一般雙鋼輪初壓、膠輪和雙鋼輪開振進行復壓、雙鋼輪終壓;SMA- 13瀝青混合料采用雙鋼輪組合碾壓<復壓雙鋼輪開振，終壓雙鋼輪靜壓），一般不采用膠輪壓路機;PAC- 13瀝青混合料采用雙鋼輪和膠輪組合，鋼輪采用靜壓不開振（一般作為初壓和復壓），膠輪作為終壓。

2 排水瀝青混合料現場鋪筑實施情況

依托廣西南欽防改擴建路面工程，現場選擇部分路段進行PAC-13排水瀝青混合料的鋪筑，路段選擇情況如下：（1）選擇了長直線段中超高較小、橫坡較小的路段，此路段容易在擴建后排水不及時，內側積水，影響行車安全;（2）選擇了緩和曲線偏多，造成多處變坡點的路段，此類型路段排水不暢;（3）選擇了雨天一些事故多發路段。從以上選擇的路段現場鋪筑的效果來看，采用PAC - 13鋪筑后的這些路段，雨后基本無積水，下雨期間雨霧現象明顯減少，大大提高了路面安全性能，減少了高速公路的運營安全風險。

3 結語

本文依托廣西南欽防高速公路改擴建路面工程開展PAC-13排水瀝青混合料鋪筑，并以目前廣西主流的上面層瀝青混合料SMA-13、AC- 13C、AR -AC13的材料要求、設計合成級配、混合料體積指標、路用性能、施工工藝、單位面積造價與PAC- 13排水瀝青混合料進行對比分析，全面系統地分析PAC-1 3排水瀝青混合料與SMA- 13、AC- 13C、AR - AC13瀝青混合料的路用性能差異性，主要得出以下結論：

（1）PAC-13排水瀝青混合料對所使用的集料指標要求提高幅度不大，廣西區內產出的輝綠巖、玄武巖集料指標能夠滿足相關要求;可采用高粘改性劑與SBS改性瀝青進行復合改性或采購成品高粘改性瀝青，整體指標均可滿足設計要求;級配設計和油石比選擇并無特殊性，采用常規的馬歇爾設計方法進行設計，油石比一般采用4.8%，級配采用骨架孔隙型的級配。

（2）根據PAC- 13排水瀝青混合料和SMA-13、AC- 13C、AR - AC13瀝青混合料路用性能進行對比并結合現場實施效果可知，PAC-13排水瀝青混合料水穩定性能良好、高溫穩定性能優異、抗滑性能優良、滲水系數較大，具有良好的排水功能。且廣西獨特的高溫多雨氣候（大部分地區雨季持續時間長且年降水量都在1 500 mm以上），為廣西推廣PAC- 13排水瀝青混合料提供了良好的自然條件。

（3）根據單位造價對比和施工工藝對比可知，PAC-1 3排水瀝青混合料單價合理，與SMA-1 3單價基本齊平或略低;PAC- 13排水瀝青混合料施工較為便捷，重點控制攤鋪溫度、壓實組合方式以及終壓的時機，保證現場空隙率達到23%左右，使其具有良好的透水性。

通過上述的分析對比，希望為廣西區內后續高速公路排水功能型路面推廣應用提供借鑒。

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作者簡介：鄧娟華（1981-），工程師，從事公路施工、建設管理、養護、運營等工作。