SMA-13瀝青混合料合成級配9.5 mm篩孔通過率對其抗滑性能影響規律分析

朱勇強 劉 鋒 許新權 饒志勇

(廣東冠粵路橋有限公司1) 廣州 510000) (廣東華路交通科技有限公司2) 廣州 510420) (公路交通安全與應急保障技術及裝備交通運輸行業研發中心3) 廣州 510420)

0 引 言

SMA是一種骨架嵌擠型瀝青混合料,具有瀝青多、石料多、礦粉多,細集料少的特點.由于其具有較厚的瀝青油膜,致使其在通車初期表現出路面抗滑性能較差的特征[1-2].龍艷飛[3]認為集料的表面微觀構造紋理是影響抗滑性能的重要因素.孫楊勇[4]通過加速加載設備研究瀝青路面的抗滑性能,建立了瀝青路面摩擦系數的衰減模型.德國采用通車前在SMA路面撒布1～3 mm細砂并進行碾壓的施工工藝來提高初始抗滑能力.而對SMA級配對其抗滑性能的研究較少,因此,文中以廣州新白云國際機場第二高速公路(簡稱“機二高”)為工程依托,研究SMA-13礦料合成級配中的9.5 mm篩孔通過率對其抗滑性能的影響.

1 試驗方案

為明晰SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率與其抗滑性能間的關系,制定如下試驗方案.

1) 根據SMA-13最佳油石比,以JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》[5]規定的SMA-13級配上、下限為參考點,以3%～4%間隔,控制其9.5 mm篩孔通過率從50%～75%,成型八個不同級配類型的試件.根據JTG E42—2005《公路工程集料試驗規程》[6]和JTG E20—2011《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》[7],獲得八個試件的礦料級配組成、搗實狀態下粗集料的骨架間隙率VCADRC等指標.并對成型的車轍板試件開展TD試驗、BPN試驗和滲水試驗.

2) 選取室內試驗所確定的三個級配鋪筑試驗段,見圖1～2.以20 m的采樣頻率采集三個試驗段路肩SFC數據,獲取室內抽提篩分試驗所需芯樣點位.每一試驗段以SFC的最大值、中位值和最小值中的至少兩個鉆芯取樣,對取芯點進行TD試驗、BPN試驗和滲水試驗.

圖1 SMA-13抗滑表層試驗段布置示意圖

圖2 橋面SMA試驗段鋪裝結構形式

2 最佳瀝青用量的確定

根據拌和樓實際篩網尺寸4#倉11～16 mm、3#倉6～11 mm、2#倉3～6 mm、1#倉0～3 mm,獲得圖3的熱料倉礦料篩分結果.由此確定SMA-13生產配合比中各材料組成比例為:11～16 mm∶6～11 mm∶3～6 mm∶0～3 mm∶礦粉∶水泥=38∶34∶5∶13∶8∶2,纖維用量為0.35%.以5.7%的油石比成型SMA-13瀝青混合料試件,依據文獻[6-7]成型瀝青混合料試件進行相關試驗,試驗結果見表1.

圖3 SMA-13瀝青混合料礦料級配曲線

表1 5.7%油石比的SMA-13瀝青混合料性能試驗結果

由表1可知:油石比為5.7%的SMA-13,各項技術指標均滿足SMA-13馬歇爾配合比設計要求(VCAmix16.5%).因此,初步確定SMA-13瀝青混合料油石比為5.7%.以該油石比制備馬歇爾試件并開展相關試驗,結果見表2.由此確定最佳油石比為5.7%.

表2 油石比為5.7%的SMA-13瀝青混合料性能試驗結果

3 室內試驗

采用SMA-13生產配合比的各檔熱料進行試驗,通過調整4#倉11～16 mm和3#倉6～11 mm熱料摻量,以3%～4%的間隔進行SMA-13室內試驗級配設計,獲得表3所示八組(G1～G8)級配.采用5.7%的油石比成型試件,獲得表4試驗結果.由表4可知:G1～G4和G8共五個試件的VCAmix16.5%,其余各項指標也均滿足文獻[5]的要求.因此,對五個符合SMA原理的試件進行圖4所示試驗.

表3 礦料級配設計及試驗結果

續表3

表4 試驗結果

由圖4可知:隨著SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率的增大,其BPN增大,TD減小,Cw減小,飛散損失、析漏損失和浸水殘留穩定度也減小.其中,BPN和TD分別滿足式(1)和式(2),兩者與SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率成線性相關,判定系數R2分別為0.930 4和0.989 2.由室內試驗結果可知,當x>64.2%時,僅通過調整9.5 mm篩孔通過率,較難形成SMA-13骨架-密實結構,因此,取50%≤x<64.2%較為適宜.

圖4 SMA-13瀝青混合料路用性能室內試驗結果

yBPN1=1.240 5x+5.036 7 (R2=0.989 2)

(1)

yTD1=-0.034 3x+3.403 7 (R2=0.992 4)

(2)

式中:x為9.5 mm篩孔通過率,%;yTD1為室內試驗中,與SMA-13瀝青混合料9.5 mm篩孔通過率對應的TD值;yBPN1為室內試驗中,與SMA-13瀝青混合料9.5 mm篩孔通過率對應的BPN值.

4 現場試驗

選取SMA-13瀝青混合料9.5 mm篩孔通過率分別為53.1%、57.2%和61.4%的三個級配G2～G4鋪筑試驗路.并于試驗路鋪筑完成后的第2天對三個試驗段沿圖1所示SFC檢測線,獲得圖5的三個試驗段SFC、BPN、TD和Cw的代表值.

圖5 試驗段SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率與其路用性能關系

由圖5可知:隨著SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率的增大,試驗段的SFC和BPN的代表值也增大;但TD和Cw的代表值則減小.該結論與室內試驗結果吻合.而由表5的預測結果可知,式(1)對于預測相同齡期的SMA-13瀝青混合料抗滑性能指標BPN有效,實測值與預測值相對誤差較小.

表5 試驗段BPN實測和預測結果

為了獲取三個試驗段單個檢測點SMA-13的9.5 mm篩孔通過率與其路用性能之間的關系,以試驗段1為例,提取采集的29個SFC檢測數據中的最大值、最小值或中值,確定圖1中鉆芯取樣試驗檢測點1、檢測點2或檢測點3.

在獲取三個試驗段的芯樣之前,根據文獻[8]對各檢測點進行TD試驗、BPN試驗和滲水試驗等.現場試驗完成后,對獲取的芯樣進行室內抽提篩分試驗,以期獲得各芯樣的級配組成和油石比等試驗數據,試驗結果見表6和圖6,式(1)的預測結果見表7.

表6 取芯試件室內抽提篩分結果(燃燒法)

圖6 現場芯樣9.5 mm篩孔通過率與BPN、SFC和TD之間關系

表7 室內和現場BPN預測值對比分析

由表6～7和圖7可知:

1) SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率越大的路段,其SFC和BPN越大,TD和CW越小,其規律與室內試驗結果一致.

2) 現場芯樣9.5 mm篩孔通過率與BPN、SFC和TD之間存在較好的線性相關性,判定系數分別可達0.9635、0.9687和0.9335.

3) 運用室內試驗結果建立的SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率與BPN間的回歸式(1),可以預測現場芯樣的BPN值,最大相對誤差絕對值為8.9%.

5 結 束 語

通過對實際工程SMA-13合成級配9.5 mm篩孔通過率與其路用性能之間的研究可知,9.5 mm篩孔通過率越大的SMA-13路段,其SFC和BPN越大,但TD和Cw越小,室內外試驗結果較為一致.9.5 mm篩孔通過率與BPN和TD之間滿足線性相關性,通過室內試驗建立的回歸公式,可以較好的預測現場芯樣的BPN值.在保持SMA13其它篩孔通過率相同的情況下,9.5 mm篩孔通過率需介于50%～64.2%,否則,較難形成SMA-13的骨架-密實結構.