瀝青路面磨耗層設計與現場檢測研究

0 引言

通常情況下，路面的磨耗層與行駛的汽車輪胎直接接觸，為避免兩者發生摩擦時造成路面損壞等異常，磨耗層在設計時需要綜合考慮輪胎、汽車等多種自然因素與人為因素對其造成的損傷。與此同時，考慮到降雨后路面會發生積水，積水的下滲會增加路面結構發生損壞的概率，為保證行車的安全性與舒適性，在設計磨耗層時還需考慮滲透、抗滑等因素。

近年來，瀝青路面磨耗層技術已成為公路、橋梁建設領域的研究熱點。李向龍[對此展開研究，研究表明合理的磨耗層設計能有效地提高瀝青混合料的抗滑性能、耐磨性及平整度。安然[2闡明了潮濕、高溫等氣候條件下對道路使用性能的負面影響，指出采用超粘式磨耗層技術可有效地改善道面與磨耗層間的結合強度，進而大幅提升道面的耐水損性能及耐久性能。張鳳根[3闡述了超薄罩面耐磨層工藝的特性和施工注意事項。本文從原材料選擇、混合料配比設計及原位測試等方面，對瀝青路面磨耗層開展設計研究與試驗驗證。

在瀝青路面磨耗層設計中，需先進行原材料性能進行檢測[4]。瀝青原材料性能指標如表1所示。結合性能檢測結果，選定石油瀝青作為磨耗層主要原材料，其各項指標均能滿足磨耗層對原材料的基本要求，可保障混合料的穩定性與耐久性。

表1瀝青原材料性能指標

1.2瀝青混合料配合比設計

目前，我國瀝青路面普遍存在大量細粒級集料，常規瀝青混合料雖能滿足目前瀝青路面抗車轍設計的需要，但難以達到抗滑要求[5]。為此本研究提出一種新型的瀝青路面磨耗層配合比方案，并通過性能試驗驗證，確保其符合工程標準。配合比設計方案如表2所示。

1瀝青路面磨耗層設計

1.1 原材料選定

綜合分析現有研究成果可知，在道路工程中，優化瀝青路面原材料與配合比設計，可有效提高道路質量與服役年限。為規范工程項目建設，保證建成的道路達到設計及投入使用標準，本次研究選用石油瀝青作為磨耗層的主要原材料。

表2配合比設計方案

為改善瀝青混合料的服役性能、延長其使用壽命，在以往建設中，瀝青路面磨耗層的鋪筑通常是由傳統攤鋪機向施工區域輸送拌合料，并通過橫向或斜向的刮刀來實現布料，不能進行二次攪拌和升溫，易出現離析現象。為此，本文提出采用瀝青混合料的專用攤鋪機來實現路面磨耗層的鋪筑[6]。該攤鋪機采用螺旋輸送模式，在輸送過程中不斷地對拌合料進行二次攪拌和加熱，確保拌合料的溫度，防止離析。同時，為了確保攤鋪穩定，對攤鋪機進行恒速控制，具體的控制公式為：

60m₁w₁=10⁶avT

式中： m₁ 代表行走泵轉速，單位為 r/min . W₁ 代表泵排量，單位為 L/min ；a代表散布量，單位為 L/m² v 代表運行速度，單位為 km/h ； T 代表散布寬度，單位為m。

2現場檢測方法

2.1現場檢測準備

選取典型路段，保證路面結構、材料和施工技術滿足設計要求。在試驗開始之前，必須對場地內的垃圾進行清除，并在場地內設立安全警告，以保證試驗場地不受干擾，保證試驗人員和儀器的安全[]。

檢測儀器主要包括馬歇爾擊實試驗裝置（測試混合料壓實性能）、磨耗測試儀（測試磨耗層的耐磨耗性能）、汽車模擬加載裝置（模擬車輛行駛荷載的作用）、游標卡尺和規準儀（測試試樣的尺寸和平面度）。在測試之前，必須對各種儀表進行校驗，以保證測試結果的準確性和可靠性?，F場檢測所需儀器設備如圖1所示。

圖1現場檢測所需儀器設備

在所選道路上，根據設計要求進行鉆孔、取樣，并記錄材料組成、級配和施工參數。樣品的規格要按照測試的要求確定，同時對其進行編號、存放和保管，以備后續的測試分析使用。此外，采集路段的幾何尺寸和交通荷載等基本資料，為設計合理的路面結構設計參數提供理論基礎[8]。通過以上措施，保證實測結果能夠準確反映磨耗層的特性，為結構的優化設計提供理論依據。

2.2技術指標設定

在瀝青路面磨耗層設計中，材料性質及配比的選擇，直接關系到其耐久性及行車安全。根據現有《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》《公路瀝青路面設計規范》等相關標準，確定高溫穩定性、抗滑性、壓實度、抗水破壞等性能指標，并通過對施工全過程進行質量檢驗，確保達到設計目標。

2.2.1 高溫穩定性

馬歇爾試驗通過馬歇爾穩定性（MS）試驗、車轍試驗（DS）兩種方式進行，以保證瀝青混合料具有良好的抗變形性能。采用動態穩定性來表征路面的抗車轍能力，并對其進行動態穩定性評價。

2.2.2 抗滑性能

采用擺式摩擦計測量車輛在雨天行駛時的抗滑值（BPN），是保證車輛行駛安全性的重要依據，其計算公式為：

式中： F 為摩擦力，單位為N； W 為擺錘重量，單位為N。

2.2.3 抗水破壞性能

滲水性能采用滲水系數 C_w 評價，反映磨耗層抗水滲透能力，試驗中記錄1min內滲入試件的水量。滲水性能 C_w 的計算公式為：

式中： V 為滲水量，單位為 mL A 為試件表面積，單位為 cm² t 為時間，單位為 min 。

2.2.4密實度及動態響應特性

密實度通過現場鉆芯取樣測定壓實度，要求不低于實驗室標準擊實試件的 97% 。動態響應特性通過間接拉伸試驗模擬車輛荷載，獲取動態模量 E^* 和相位角 δ ，從而分析混合料的黏彈性行為。

在施工檢測過程中，馬歇爾試驗資料和車輪動穩定度共同構成了高溫性能的雙控制指標。抗滑值保證了路面的抗滑破壞功能。滲透系數保證了路面的抗水破壞功能。而動力模量可以用來檢驗長期荷載作用下的疲勞壽命。通過多指標的協同調控，達到瀝青面層抗滑、低滲透、強穩定性的目的，為重載道路的安全運營提供一種可靠的道面設計方案。

2.3性能檢測方法

為了更好地評價瀝青路面磨耗層的服役狀態，本文提出了一種原位測試方法。首先，選擇城區一段 1000m 長的道路試驗段為研究對象，采取分層隨機抽樣的方式，在試驗段各設置5個測點，以保證采樣點的代表性。在測試過程中，利用磨耗試驗機模擬真實車輛行駛時的磨耗行為。通過設置規范的磨耗參量（包括磨耗時間、磨耗距離等），開展加速磨耗實驗，實時獲取磨耗等關鍵參數。

在檢測過程中，采用馬歇爾擊實試驗機及汽車仿真加載裝置對其進行了全面的試驗。馬歇爾試驗用于對混合料流變性能進行測試，并以兩面各擊30次的標準試樣制備。利用汽車仿真加載裝置，對道路進行動載試驗，通過調節加載次數、振幅等參數，對道路進行動態加載，模擬各種交通狀態。

圖2摩擦系數檢測結果

圖3路面滲水系數檢測結果

現場測試的主要內容包括：使用鉆芯法直接測定磨耗層厚度；按照標準方法，采用擺式摩擦儀測量摩擦系數；滲透系數用滲透計來測定單位時間的滲透量。為了保證測試結果的可信度，對測試數據進行多次測試，并進行平均處理。為了簡化試驗過程，對一些參數進行非破壞性測試，以提高測試效率，并確保了測試結果的準確性。在此基礎上，綜合評價瀝青路面的耐磨性能、行車安全性及耐久性能。

3檢測結果與分析

3.1摩擦系數檢測

摩擦系數作為評價道路安全性的重要指標，與汽車行駛時的穩定性及剎車效果有著直接的關系。通過仿真輪胎和路面的動態接觸，可準確測定各種工況下的路面摩擦力。在濕滑、雨雪等低黏附條件下，具有較高的摩擦系數，可有效縮短剎車里程，減少車禍發生幾率。

測試時需考慮路面材料、路面結構、濕度和溫度等多種因素，這些因素都會對路面摩擦系數產生較大的影響。比如，干燥且具有明顯結構的路面，摩擦因數一般都比較高；但當路面有水或磨耗嚴重時，其摩擦因數會顯著降低。通過對瀝青混合料摩擦系數的研究，既能有效評價其實際使用狀況，也能為道路養護提供有效的預警手段。

對設計方法應用前后的路面摩擦系數進行檢測，摩擦系數檢測結果如圖2所示。從圖2可以看出，文中所述設計方法應用后，路面摩擦系數增加，說明該方法能提高道路安全性，進而優化路面綜合性能。

3.2滲水系數檢測

滲透系數是評價瀝青混合料抗水性能的主要指標。通過對路面降雨入滲進行數值模擬，可得到各測點的滲透性變化規律。該指標直接影響道路的防水性和耐久性。若滲透系數較高，水極易滲入結構內部，造成路基軟化、強度降低，進而引發路面破壞。當滲透系數較小時，其耐水性能和抗沖蝕性能均較好。

定期測試瀝青混合料的透水系數，能及時發現可能引發裂縫的隱患，為修補或補強提供依據。路面滲水系數檢測結果如圖3所示。從圖3可以看出，應用設計的方法后，路面滲水系數顯著下降，表明道路防水性能得到優化。通過這種方式，可以延長道路的使用年限，避免因高滲透系數導致道路結構出現裂縫等病害。

4結束語

針對我國高速公路的現狀，本文提出一種基于瀝青混合料的路面磨耗層構造設計及現場試驗方法，并對其進行了試驗驗證。在今后的研究工作中，還需對試驗方案進行進一步的改進與完善，以保證該項技術能更好地應用于更多的工程實踐中，推動我國道路橋梁建設事業的良性發展。

參考文獻

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