基于不同壓實狀態下的OGFC排水路面結構性能及施工控制

劉坤城,顏俊鍵

(1.廣東大潮高速公路有限公司，廣東 大埔 514245；2.廣州肖寧道路工程技術研究事務所有限公司，廣州 510640)

0 引言

近年來，瀝青路面結構設計越來越有針對性，不同路段瀝青路面所處環境不同，所設計鋪裝層的結構性能需求不同。在路面水膜厚度較大或路面排水不暢的路段，設置OGFC排水路面能有效提高行車安全性及舒適性[1]。目前在廣東OGFC排水路面尚未大面積推廣，施工經驗相對欠缺，在某些項目上存在OGFC排水式路面過壓、空隙率偏小等現象。而空隙率偏小對排水路面的實際排水性能是否存在影響，其結構骨架又會出現何種變化，同時由于瀝青、碎石等存在差異，現場壓實功與室內壓實功如何匹配，是OGFC排水路面施工亟待解決的問題。

本文基于廣東某高速公路項目，針對OGFC排水路面施工實際存在的問題，通過室內試驗分析同一生產配合比不同空隙率下，搓揉機搓揉不同時間后對滲水系數的影響，并結合數字圖像法對芯樣骨架接觸點進行分析，研究不同空隙率下芯樣骨架的嵌擠情況。通過室內粘溫粘實試驗，研究高粘度復合改性瀝青的粘溫粘實曲線，確定OGFC各施工階段溫度的控制區間，同時采用紅外溫度成像儀和無核密度儀進行溫度和壓實度檢測，探究特定機具組合下的碾壓工藝，以指導OGFC瀝青混合料的施工。

1 OGFC路面施工概況

某項目進行OGFC排水路面試驗段施工，生產配合比見表1。

表1 OGFC-13生產配合比

試驗段采用兩種碾壓方案進行施工，碾壓方案見表2。

表2 OGFC-13施工碾壓方案

施工完成后，取芯進行壓實度檢測，壓實度檢測結果見表3，芯樣如圖1所示。從芯樣空隙率檢測結果可知，兩種碾壓方案對應的芯樣空隙率均偏小，碾壓方案1和碾壓方案2對應芯樣的空隙率均值分別為19.0%和18.2%。而熱料篩分和燃燒篩分的結果與設計配合比篩分結果偏差不大，誤差均滿足設計要求，由此可見，空隙率偏小并非施工配合比變異所致。從芯樣壓實度檢測結果可知，兩種碾壓方案對應芯樣的馬歇爾壓實度均存在超100%現象，故實際施工時存在明顯的過壓現象。

表3 芯樣檢測結果

圖1 OGFC芯樣

2 空隙率對OGFC結構及性能的影響

由于施工時存在過壓現象，為探究過壓狀態下對路面排水性能、路面結構骨架嵌擠效應是否存在影響，本文按照生產配合比摻配比例，通過試驗車轍板壓實遍數控制目標空隙率，分別以空隙率18%、19%、20%和21%為目標空隙率成型8塊車轍板(圖2)。每個空隙率成型2塊車轍板，其中空隙率21%為標準空隙率。

圖2 OGFC-13車轍板

2.1 OGFC混合料路用性能衰變對滲水性能的影響

本文采用搓揉試驗機模擬車輪荷載對OGFC排水路面的二次壓實場景。搓揉試驗機設置溫度為70℃，輪壓為0.7MPa，對4塊車轍板分別進行搓揉試驗，且在搓揉1h、2h、4h和8h時分別進行滲水試驗。為保證試驗的準確性，在完成滲水試驗且車轍板自然風干至質量不再變化后，再繼續進行搓揉試驗，試驗結果如圖3所示。

圖3 空隙率與滲水系數的關系

由圖3可知，對于初始空隙率，隨著空隙率的逐漸增大，滲水系數也逐漸增大，但要滿足滲水系數≥4800ml/min的設計要求，空隙率應不小于19%。結合本次試驗段來看，當碾壓遍數為7遍時，空隙率為18.2%；碾壓遍數為6遍時，路面實際空隙率為19.0%，因此，當碾壓遍數為6遍時仍存在過壓現象。隨著搓揉時間的增大，滲水系數逐漸減小。對于空隙率為18%和19%的試件，當搓揉2h后滲水系數值趨于穩定，變化不大；對于空隙率為20%和21%的試件，搓揉4h后滲水系數值才趨于平穩。由此可見，當施工碾壓階段對OGFC混合料進行過度碾壓時，在其開放交通后，OGFC排水路面在行車荷載的作用下會二次壓密，且其排水性能會較快衰減至一個較低的水平，而控制合適的初始空隙率能有效延長排水路面的使用壽命，保持相對良好的排水性能。

2.2 空隙率對芯樣骨架效應的影響

按照標準擊實功下，本次試驗的OGFC混合料的目標空隙為20.9%，故在同一配合比下無法直接通過制作馬歇爾試件達到目標的空隙率。本文通過車轍板取芯的方式獲取直徑為10cm的圓形芯樣，每個車轍板獲取1個芯樣，參考文獻[2]的試驗方法，計算芯樣的粗集料接觸點數量。試驗步驟：(1)對芯樣進行切片，截取37個斷面圖像，并采用CCD數碼相機獲取切片斷面圖像。(2)采用IPP圖像處理軟件批量對獲取的圖像進行去噪點和二值化處理。(3)采用MATLAB軟件編寫的程序計算每顆粗集料的等效直徑并編號。本次粗集料最小計算粒徑為2.36mm，設置的接觸閾值為最小計算粒徑的23%，為0.54mm。(4)記錄相互接觸的粗集料粒徑和編號、接觸點數量等信息。斷面圖像處理及分析如圖4所示。

圖4 芯樣斷面處理及分析

接觸點數量分析結果如圖5所示。由圖5可知，對于同一級配，隨著壓實度的增大，即隨著空隙率的減小，粗集料接觸點數量雖有所增加，但接觸點數量相差不大，因此在過壓情況下，對路面結構骨架嵌擠作用有所提高，但相比標準空隙率下的骨架嵌擠作用提升并不明顯。

圖5 不同空隙率芯樣粗集料接觸數量

3 瀝青粘溫粘實試驗

為更好地指導OGFC瀝青路面的施工，對OGFC混合料的高粘度復合改性瀝青進行粘溫粘實試驗，確定合適的碾壓溫度區間[3]。本文選用OGFC路面使用的高粘復合改性瀝青進行粘溫粘實試驗，試驗結果如圖6所示。

圖6 高粘復合改性瀝青的粘溫曲線

由圖6可知，當瀝青溫度高于120℃時，高粘復合改性瀝青的粘度較小，當溫度低于120℃時，粘度急劇增大，該情況下，路面壓實度難以再提高，故建議在120℃前應完成復壓，110℃前完成瀝青路面的收光工作。OGFC瀝青混合料推薦施工溫度見表4。

表4 OGFC瀝青混合料推薦施工溫度(單位：℃)

4 碾壓工藝試驗

本文采用紅外溫度成像儀進行選點，使用無核密度儀(PQI380)進行壓實度檢測，分析不同碾壓遍數下的瀝青路面壓實度變化[4]。

紅外成像技術一般采用波段為3～30μm的中遠紅外波段對物體進行紅外成像[5]。本次采用的紅外成像儀型號為FLIR one pro，其波長范圍為8～14μm，其他性能參數見表5。

表5 紅外成像儀(FLIR one pro)性能參數

紅外溫度成像儀的原理為物體發出的紅外輻射被光學元件聚集至探測器上，并由探測器將入射的輻射轉換成電信號，進而處理為可見圖像[6-7]。根據黑體輻射定律，任何物體均會向外界釋放熱輻射，發射率范圍為0～1。只要知道了材料的發射率，就能得知物體的紅外輻射特性，瀝青混合料的發射率約為0.95[8-9]。

本文通過紅外溫度成像儀探測攤鋪面的溫度均勻性，共選用4個溫度均勻且溫度不低于165℃的點進行壓實度檢測，并進行標記，每次每測點檢測5個數值[10]。無核密度儀每測點檢測如圖7所示。在OGFC排水路面碾壓成型后，在標記點進行現場壓實度檢測，并取芯進行室內壓實度試驗。對無核密度儀檢測數據進行標定，修正后的現場壓實度檢測結果見表6。由表6可知，在正常溫度下，雙鋼輪碾壓3遍后，OGFC-13的壓實度已大于98%。因此，基于本次測試結果，建議保持現壓路機配置，在正常溫度下使用雙鋼輪靜壓4遍。

圖7 無核密度儀單點檢測

表6 壓實度檢測結果

5 OGFC-13施工及應用效果

根據粘溫粘實試驗及碾壓工藝試驗結果，進一步調整施工方案，指導現場施工，調整后的碾壓方案見表7，調整后的混合料出料溫度、碾壓溫度按表4進行控制。根據上述混合料溫度控制及碾壓方案進行施工，現場施工效果良好，過壓現象顯著減少?，F場檢測數據顯示孔隙率均值為20.5%，芯樣檢測結果見表8，滲水系數及其他指標檢測結果均能滿足設計要求。

表7 OGFC-13推薦施工碾壓方案

表8 芯樣檢測結果

6 結論

(1)對于空隙率為18%和19%的試件，搓揉2h后滲水系數值趨于穩定，變化不大；對于空隙率為20%和21%的試件，搓揉4h后滲水系數值趨于平穩。由此可見，控制合適的初始空隙率能有效延長排水路面的使用壽命，保持相對良好的排水性能。

(2)對于同一級配，隨著壓實度的增大，粗集料接觸點數量雖有增加，但接觸點數量相差不大，即在過壓情況下，對路面結構骨架嵌擠作用有所提高，但相比標準空隙率下的骨架嵌擠作用提升并不明顯。

(3)當瀝青溫度高于120℃時，高粘復合改性瀝青的粘度較??；當溫度低于120℃時，粘度急劇增大。OGFC-13混合料出料溫度、碾壓溫度可按本文表4進行控制，建議在120℃前完成復壓，110℃前完成瀝青路面的收光工作。

(4)在正常溫度下，雙鋼輪碾壓3遍后，OGFC-13的壓實度大于98%，故建議保持現壓路機配置，在正常溫度下使用雙鋼輪壓路機靜壓4遍。