超薄磨耗層在市政道路預防性養護中的應用

唐宏宇

(永州市城市發展集團有限責任公司,湖南 永州 425000)

1 工程概況

黃興大道市政道路全長7.83 km,路基路面結構見表1。該道路由于地處南方地區,夏季高溫多雨,單日內會經歷多次的干濕循環,在行車荷載與干濕循環的共同作用下,在投入使用幾年后便出現了不同程度的坑槽、龜裂、松散、車轍等病害,不僅降低了道路的使用年限,且嚴重影響了行車安全和駕駛員的舒適性,為改善這一現狀,擬采用超薄磨耗層技術對整體進行預防性養護。

表1 市政道路路面結構層樣式

2 工程實踐

2.1 原材料

作為道路表面層,超薄磨耗層直接受到紫外線照射并且與大氣和輪胎直接接觸,但其厚度較薄且為骨架空隙型結構,粗集料含量較高,集料之間由嵌擠作用形成骨架結構,因此要求其原材料具備較高的路用性能,以保證施工后的工程質量[1-4]。

(1)集料

本項目中集料選用江西產玄武巖,相較于花崗巖、石灰巖等巖體,玄武巖具有更高的抗壓耐磨性能,是道路、鐵路等工程施工時的優選材料,本文依據《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2005)對集料性能進行檢測,檢測結果如表2,表3所示。

表2 粗集料技術指標檢測結果

表3 細集料技術指標檢測結果

根據表檢測結果可知,本項目所選集料的理化指標均滿足規范要求,可以用于超薄磨耗層的鋪筑。

(2)瀝青

由于該道路位于南方高溫多雨地區,車流量大,所以對瀝青的各方面性能要求較高,本次使用的瀝青主要為殼牌高黏改性瀝青,參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)對其性能指標進行檢測,檢測結果如表4。

表4 改性瀝青性能檢測結果

根據表4可知,殼牌聚合物改性瀝青在高溫條件下具有較好的施工性能和高溫穩定性,可以滿足南方高溫多雨地區瀝青路面預防性養護的施工要求。

2.2 配合比設計

本文所用的超薄磨耗層配合比為Novachip C型,厚度為2 mm,公稱最大粒徑為13.2 mm,級配組成見表5。

表5 級配設計

按照表5級配設計結果,分別以4.3%、4.6%、4.9%,5.2%,5.5%五組不同的油石比,拌合瀝青混合料,并以正反面各擊實75次制備馬歇爾試件,不同油石比下馬歇爾試件的各項性能測試結果見圖1～圖5。

圖1 油石比與流值關系圖

圖2 油石比與穩定度關系圖

圖3 油石比與空隙率關系圖

圖4 油石比與飽和度關系圖

圖5 油石比與毛體積密度關系圖

根據馬歇爾試驗結果和最佳瀝青用量的計算方法,最終確定本項目所選瀝青混合料的最佳油石比為5.2%,并依照此結果,展開對超薄磨耗層路用性能研究和試驗路段鋪筑。

2.3 高溫穩定性

由于該道路處于南方高溫多雨地區,瀝青混合料在高溫條件下流動性增大,經過車輛荷載的反復作用后,塑性變形逐漸積累,從而產生車轍。本文采用車轍試驗對超薄磨耗層瀝青混合料的高穩穩定性進行分析,通過瀝青混合料的動穩定度來評價其高溫穩定性的優劣。試驗時,按照規范要求成型300 mm×300 mm×50 mm的車轍試件,試驗溫度為60 ℃,輪壓0.7 MPa,通過三組平行試驗的平均值作為該瀝青混合料的動穩定度,動穩定度值計算公式如公式(1)所示

(1)

式中:DS為瀝青混合料動穩定度,次/mm;N為試驗車輪往返碾壓次數,次/min;t1、t2為45 min、60 min;d1、d2為對應時間t1、t2時試件發生的變形量,mm;C1、C2為系數,本試驗均為1.0。

試驗后,計算出本項目所選的超薄磨耗層瀝青混合料的三組平行試驗的動穩定度分別為3 302次/mm、3 329次/mm、3 329次/mm,平均值為3 312次/mm,均滿足規范中規定的≥3 000次/mm,表明本項目所選擇的原材料和級配設計方案可以保證超薄魔化層在鋪筑完成后具有較好地高溫穩定性。

2.4 水穩定性

水穩定性可以檢驗瀝青混合料的抗剝落能力,本研究中水穩定性采用浸水馬歇爾試驗,根據上述級配設計,制作兩組馬歇爾試件,每組三個試件,第一組置于60 ℃的恒溫水槽中保溫30～40 min,第二組置于恒溫水槽中保溫48 h,然后計算浸水殘留穩定度,計算公式如公式(2)

(2)

式中:MS0為試件的殘留穩定度,%;MS1為試件按標準試件方法的穩定度,kN;MS為試件穩定度,kN。

根據不同試件殘留穩定度可以看出,浸水30～40 min時的馬歇爾殘留穩定度在75%以上,浸水48 h的馬歇爾殘留穩定度在60%以上。隨著浸水時間變長,馬歇爾試件的殘留穩定度也隨之降低,這主要是由于水分的浸入對瀝青混合料內部造成了損傷,導致瀝青與集料之間的粘附性降低,從而使其抗剝落能力減弱,但根據試驗結果可以看出,本文所選作為超薄磨耗層的瀝青混合料具有較好的水穩定性,可以滿足路用要求。

2.5 試驗段抗滑性能檢測

作為道路表層,超薄磨耗層必須具有較好抗滑性能,以防止汽車在高速行車制動時產生打滑,從而引發交通事故。為確保行車安全避免交通事故的發生,本文采用人工鋪砂法及擺式摩擦儀對試驗路段的抗滑性能進行檢測,檢測結果如表6。

表6 構造深度及摩擦系數檢測結果

根據檢測結果可知,采用超薄磨耗層養護后,路面的構造深度和BPN都得到了明顯提高,分別提高了11.29%及27.37%,這主要是由于超薄磨耗層所選材料中粗集料含量較高,棱角性較為豐富,從而使路面的抗滑性能得到提高。

3 結 語

依托黃興大道市政養護工程,通過對超薄磨耗層的原材料、配合比、路用性能和試驗段的抗滑性能進行分析,結果表明:選用Novachip C型骨架—空隙結構,以5.2%的瀝青用量,可以保證其具有較好地高溫和水穩性能,且在鋪筑完成之后道路的抗滑性能得到大幅度提高,能起到良好的預防性養護效果。