曲孜桑姆
（西藏自治区公路局青藏公路分局）
摘 要：在明确薄层罩面沥青混合料性能要求的基础上，进行了硬质沥青薄层罩面混合料的配比设计和性能测试。结果表明：硬质沥青可以显著提高混合料的高温稳定性、水稳性和抗滑性，但对混合料的低温性能无明显的不利影响。
关键词：道路工程；薄层罩面；硬质沥青；路用性能
中图分类号：U416 文献标志码：A
Application of Hard Asphalt in Thin Layer Cover
Qu Zi Sang Mu
( Tibet Autonomous Region Highway Bureau Qinghai-Tibet Highway Branch )
Abstract: On the basis of clarifying the performance requirements of thin-layer overlay asphalt mixture, the ratio design and performance test of hard asphalt thin-layer overlay mixture were carried out. The results show that hard asphalt can significantly improve the high-temperature stability, water stability and skid resistance of the mixture, but has no significant adverse effect on the low-temperature performance of the mixture.
Keywords: Road engineering; Thin layer cover; Hard asphalt; Road performance
作者简介：曲孜桑姆（1977-），女，本科，工程师。
0. 引言
沥青路面在服役期间，因受车辆及环境荷载作用，路面会产生裂缝、松散剥落、车辙等病害，从而降低行驶舒适性，缩短道路养护周期[1-3]。为恢复道路使用品质、提高通行能力、延长其使用寿命，薄层罩面是修复沥青混凝土路面结构和功能最常用的方法之一。根据罩面功能的不同可将其分为防水罩面、抗滑罩面及一般罩面，分别可改善路面的防水性能、抗滑性能和路面平整度。
由于罩面直接承受车辆及环境荷载，因此提升薄层罩面的质量是公路养护必须解决的问题。使用高动态剪切模量的沥青混合料是提升薄层罩面使用品质的有效措施之一[4,5]。相对于普通沥青来说，高模量沥青混凝土具有更好的传递荷载能力，可有效降低车辙等病害发生的概率。硬质沥青、聚合物改性沥青、岩沥青为我国常用的三种高模量沥青，其中硬质沥青是与国外高模量沥青技术要求最接近的一种，适用于交通荷载较大的沥青路面[6,7]。薄层罩面是阻碍水分侵入的第一屏障，因此硬质沥青与集料之间的黏附性能显得尤为重要，有效提高两者之间的粘聚力不仅可以提高防水性能，同时可以改善其抗疲劳性能[8,9]。因此对硬质沥青混合料的配比与性能研究显得尤为重要。
本文为提高重荷载道路薄层罩面的使用质量，开展了硬质沥青混合料路用性能的研究，提出薄层罩面沥青混合料的性能要求，通过配合比设计形成骨架密实结构，并对其路面性能进行评价。
1. 薄层罩面沥青混合料性能要求
为提高薄层罩面修补后沥青路面路用性能，薄层罩面须满足以下几点要求：
（1）强度
低温环境中，沥青路面会产生一定的温度应力，当温度应力超过沥青混合料的抗拉强度时，路面会产生温缩裂缝；在常温条件下，由于行车荷载的反复作用，沥青路面会形成早期疲劳破坏；在高温条件下，沥青路面易产生车辙、拥包等病害，具有较高的抗剪强度，将会阻碍变形的发生。
（2）高温稳定性
由于沥青混合料是一种粘弹性材料，高温条件下易发生变形。为保证薄层罩面具有较好的平整性，其必须具有良好的高温稳定性，以减少路面产生永久变形。
（3）抗滑性能
提高沥青路面的抗滑性能是满足超长连续降档安全驾驶要求的有效途径之一。优化罩面混合料配合比设计，使其具有较好的微观与宏观结构，是提升抗滑性能最常用的方法。
（4）低温抗裂性
沥青混合料在具有较高低温强度的同时，应该具有较低劲度与较大抗变形能力。使其在路面温度骤降时，沥青混合料内部产生较大的抗变形能力，保证罩面不被拉裂。
（5）耐久性
薄层罩面的耐久性主要是指其水稳定性、抗老化性、抗疲劳性。罩面直接与地表水接触，长时间的冲刷可能会造成沥青的剥离与集料的剥落，形成坑槽，进一步加剧水对路面结构的破坏；抗老化性能是指罩面抵抗光照、温度等多种环境因素的影响，保证沥青性质不发生变化的能力；抗疲劳性能是指在车辆反复荷载及由于温度引起的混凝土内部应力应变交替变化下，罩面的强度不出现明显的下降。
（6）施工和易性
施工和易性是指沥青混合料应具有较好的施工性能，在拌合、运输、摊铺过程中不会出现离析等现象，且保证集料表面裹覆均匀，达到规定的施工要求。
2. 薄层罩面硬质沥青混合料配合比设计
2.1 原材料
（1）沥青
本研究所使用的沥青为克拉玛依30＃硬质沥青，其主要技术指标如表1所示。
表 1 30#沥青主要技术指标
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（2）集料
本研究所使用的集料为玄武岩，通过试验对其技术指标进行测试均满足《公路沥青路面施工技术规范》的要求，测试结果如表2所示：
表2 集料技术指标
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2.2 矿料组成设计
本文以4.75mm为粗细集料的分界点，为使最终混合料满足薄层罩面的各项性能要求，设计了两种不同级配。其中2.35mm以下集料的通过率均相同，9.5mm~4.75mm均占两种级配的60%，具体级配范围如表3所示：
表3两种级配范围
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2.3 配合比确定
本研究采用硬质沥青，在上述两种级配的基础上根据不同油石比分别成型了马歇尔试件，并参照规范对其理论密度、空隙率、饱和度及矿料间隙率等指标进行测试，并得出最佳油石比。试验结果如表4所示：
表4马歇尔试验结果
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由上表可以看出，1＃级配在四种不同油石比条件下其空隙率均大于2＃级配，密实性较差，即使油石比为5.7，其空隙率仍可达到5%以上，因此对于1＃级配最终选择6%的空隙率，对应的油石比为5.23。对于2＃级配，选择4%的空隙率，并确定其油石比为5.61。
3. 薄层罩面硬质沥青混合料路用性能
3.1 高温性能
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》成型车辙板，在60℃条件下，测试其动稳定度。为使试验结构更具说服性，本研究提出相对变形率这一指标，减小传感器精度给实验结果带来的影响，结果如图1所示：
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图1车辙试验结果（a—级配1；b—级配2）
从图中可以看出，1#级配的抗车辙性能要明显由于2#级配，这是因为1#级配的油石比较小。同时也可以看出，两种混合料的动稳定度均值均大于3000，远超过规定值。可以看出，硬质沥青薄层罩面具有良好的高温抗车辙性能。
3.2 水温性能
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用冻融劈裂试验来测试混合料的水稳定性。结果如表5所示：
表5冻融劈裂试验结果
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一般改性沥青混合料的冻融劈裂强度在0.6~1.4之间，由上表可以看出，硬质沥青混合料的劈裂强度要高于改性沥青混合料。可以发现，2#级配的TSR要远大于1#级配，这是由于油石比和空隙率的不同所导致的。可以得出，当采用硬质沥青混合料铺设薄层罩面，可大幅提高路面的水稳定性。
3.3 抗滑性能
参照《公路路基现场测试规程》，本研究采用构造度耐久性试验对两种沥青混合料的抗滑性能进行评价，结果如表6所示：
表6抗滑试验结果
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由上表可以看出，1#级配的构造深度比要明显低于2#级配，这是由于1#级配中粗集料用量较2#级配少，因此其构造深度耐久性要差于1#级配。但总体上，两种沥青混合料的构造深度比均大于0.5的设计标准，可以说明，硬质沥青用于薄层罩面可明显提升路面的抗滑性能。
3.4 低温性能
由于硬质沥青的模量较大，可能会导致其低温性能不足，因此本文采用低温弯曲试验来评价两种混合料的低温性能。按规范成型试件，控制试验温度由30℃降至-30℃，降温速率为5℃/h，其温度收缩应变曲线如图2所示：
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图2低温试验结果
可以看出2#级配的温度收缩应变要明显高于1#级配，由于沥青的种类对温缩应变结构影响较大，因此本文对比了硬质沥青与青岛70#、广东70#沥青混合料的温缩系数，结果如图3所示，可以看出，硬质沥青的温缩系数与70#沥青要小，可在不同地区使用。
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图3不同沥青温缩试验结果对比
结论
（1）硬质沥青高模量特性，赋予了薄层罩面良好的高温稳定性，通过级配设计，可大幅提高路面的抗滑性能与水稳定性。
（2）虽然硬质沥青混合料具有较高的强度，但其低温性能几乎没有降低，为后期硬质沥青薄层罩面的广泛使用奠定了基础。
参考文献
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