GET-10型高性能超薄磨耗层力学性能试验研究_王彦涛.pdf

公路 年月第期 收稿日期：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：型高性能超薄磨耗层力学性能试验研究王彦涛，林敬辉，（广州公路工程集团有限公司广州市 ；华南理工大学 土木与交通学院广州市 ）摘要：为解决水泥混凝土与沥青路面积水、车辙及下沉等问题，依托广东某高速公路项目，通过马歇尔试验、高温稳定性试验、黏附性试验、水稳定性试验以及渗水试验等方法详细研究了种不同配合比下 型高性能环保型超薄磨耗层罩面密级配（）、半开级配（）以及开级配（）的高温稳定性、黏附性、水稳定性、渗水性、构造深度及摩擦系数等力学性能。结果表明：的高温抗车辙能力主要取决于混合料骨架结构，沥青只作为辅助性材料提供次要的高温抗车辙能力；在开级配结构中，沥青 性能提升对提高混合料湿热老化性能有一定帮助；型超薄磨耗层水稳定性好，但路面空隙率对渗水系数影响大；级配及空隙率大小与构造深度呈正相关。关键词：路面工程；超薄磨耗层；渗水试验；水稳定试验；黏附性试验；高温稳定试验；马歇尔试验；车辙试验概述截止 年，我国公路里程已达 万，公路养护里程已达 万 ，占公路总里程 。未来较长时间内，我国公路基础设施仍将处于集中建设、加快成网的关键阶段，建设和养护任务艰巨。道路磨耗层因与轮胎直接接触，不仅要面对复杂、多变的外部环境作用，还需面临交通量和特种运输车辆使用频率日益增长的挑战，这就造成现有道路出现了一系列如车辙、路面开裂、积水等病害。传统薄层技术在材料与结构性能方面存在一定局限性，易出现脱皮和推移等早期病害。薄层结构在力学性能和使用耐久性方面与常规 厚度的磨耗层存在差距，进而限制了薄层技术的推广和应用。为解决这一问题，超薄磨耗层技术便被提出。最初由法国科学家于 世纪 年代率先提出，并命名为超薄层沥青混凝土路面（），主要用于道路维修和养护。随着交通量的不断增大，逐渐满足不了路面养护工作。世纪 年代美国科学家在此基础上进行了优化，并提出 超薄磨耗层技术，于 世纪 年代末以英国为代表的发达国家率先得到推广。随后，通过长达 年时间进行了详细研究，结果表明，环氧树脂磨耗层寿命可提高至 年。近年来，境外在相关领域研究取得较好成绩，针对不同使用环境提出了多种超薄磨耗层，但实际应用效果是否显著，还未得到进一步验证。境内的研究起步相对较晚，刘朝晖等于 年研究了种不同集配的 超薄磨耗层高温抗变形能力，结果表明，中断级配的高温抗变形能力较完全断级配大。曾梦澜等 对比分析了 、以及 磨耗层的抗滑、渗水、构造深度以及层间黏结等使用性能。结果表明，这种沥青混合料表面摩擦系数相当；磨耗层表面渗水系数及构造深度的大小不一致；种磨耗层的层间黏结性能最大的为 ，最小的为 。谭 忆 秋 等 详 细 研 究 了 ，以及 等 种磨耗层的低温性能，结果表明，其低温评价指标可选冻断强度。此外，还有学者研究磨耗层之间的界面连接性 年第期王彦涛林敬辉：型高性能超薄磨耗层力学性能试验研究能、疲劳性能、排水性能等 。综上可知，由于黏结层材料性能受限，还存在薄层结构无法与下层路面紧密黏结而导致脱皮和推移等典型病害。且磨耗层结构除满足结构和力学性能要求外，在安全性和舒适性等方面同样具有很高要求。因此，针对当前超薄罩面的技术瓶颈与需求，本文依托某高速公路日常养护项目，通过设计种不同级配组成的 型新型高性能磨耗层，详细研究了种级配下的高温稳定性、飞散损失变化、浸水飞散损失规律、强度残留比、稳定度、渗水性等。研究结果不仅可为制定合理完善的技术标准，形成具备良好力学性能和功能属性、可适用于旧路面、桥面等不同工况条件的新型超薄沥青磨耗层技术提供一定参考，还可以提高节能减排效果和环保效益、适应当前道路新建和养护需求的重要研究和发展。试验设计研究设计 型高性能环保型超薄磨耗层组成，见图。图 型高性能磨耗层 原材料及力学性能 、和 等种结构磨耗层中，粗集料、细集料、填料选用见图、表和表。图集料表粗集料技术指标及试验指标单位技术要求碎石 压碎值 表观相对密度 吸水率 洛杉矶磨耗值 针片状含量 磨光值 表细集料技术指标及试验指标单位技术要求机制砂表观相对密度 坚固性（部分）棱角性 砂当量 亚甲蓝值 种 型磨耗层所采用沥青均为高黏高弹聚合物改性沥青，其中 、采用 型弹性沥青，采用 型沥青；黏层油均采用 型高黏乳化沥青。沥青通过软化点试验、弹性恢复试验以及蒸发残留物试验等方法进行力学性能试验，试验过程见图，力学特性见表及表。图沥青性能试验 矿料合成级配为保证 沥青混合料骨架型结构特征，根据 、和 这种不同空隙率特征和设计级配范围要求，试验所采用的种级配总体均趋于中值级配，但 关键筛孔通过率控制在中下限。种类型混合料级配曲线见表高黏高弹聚合物改性沥青技术指标及试验指标单位技术要求 针入度 软化点 闪点 弹性恢复 动力黏度 表高黏乳化沥青技术指标及试验指标单位技术要求 型黏层油筛上残留物（筛）粒子电荷阳离子（）阳离子（）黏度（沥青标准黏度计，）蒸发残留物残留分含量 针入度（）软化点 延度（）溶解度 弹性恢复（）图，生产配比和矿料合成级配见表。图 级配曲线表 配合比级配类型碎石机制砂矿粉 试验结果及分析根据 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（）对 型高性能磨耗层进行试验。马歇尔试验及结果分析通过室内马歇尔试验，确定 型磨耗层混合料的主要物理参数见表，试件见图。表 型磨耗层马歇尔试验结果结构类型 油石比 毛体积密度（）理论相对密度（）空隙率 稳定度 图马歇尔试验试件由图可以看出，超薄磨耗层混合料粗、细集料分布均匀，粗矿料间呈石石嵌挤骨架结构。高温稳定性试验及结果分析将已成型的试件连同试模（在规定温度恒温箱中保温不少于）置于已达试验温度车辙试验仪试验平台上，试验轮在试件中央，行走方向与试件成型方向一致。使试验轮往返行走时间约，或最大变形达 时，停止试验，试验结果见图。图车辙稳定度试验结果由图可以看出，种类型 磨耗层沥青混 合 料中，稳 定 度 从 高至低依次 为 、公路 年第期 年第期王彦涛林敬辉：型高性能超薄磨耗层力学性能试验研究 和 ，均能达到不小于 次 的高温稳定度。种不同类型的 型超薄磨耗层均具有较好的高温抗车辙性能，且动稳定度值基本接近，极差仅为 次，表明 型超薄磨耗层高温抗车辙性能主要取决于混合料骨架结构，沥青作为辅助性材料提供次要高温抗车辙能力。黏附性试验及结果分析通过对种 超薄磨耗层沥青混合料进行肯塔堡飞散试验和浸水肯塔堡飞散试验，评价其黏附性能，试验结果见图。图黏附性试验结果由图可以看出，种不同类型 沥青混合料的飞散损失变化和浸水飞散损失规律基本相似，表明两种指标具有较好相关性。在肯塔堡飞散损失中，、和 这种超薄磨耗层混合料的飞散损失分别为 、和 ，浸水后的肯塔堡飞散损失分别为 、和 ；种混合料浸水前后的飞散损失基本均能达到不大于的损失率，表明在黏附性及抗水 损 害 性 能 方 面 种 类 型 混 合 料 性 能 优 良。浸水前的飞散损失虽略高于 和 ，但其浸水后的飞散损失却低于 ，且基本与 相当，表明在开级配结构中，沥青 性能的提升对提高混合料的湿热老化性能有一定帮助。水稳定性试验及结果分析分别对种不同类型的 沥青混合料进行冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验，见图。由图可以看出，种不同类型 沥青混合料均匀，残留强度比和残留马歇尔稳定度较好，残留强度比均满足不小于 的要求，残留马歇尔图水稳定性试验结果稳定度也均满足不小于 的要求，试验结果表明，种类型 沥青混合料水稳定性均较好。渗水性试验及结果分析在相同检测路段分别选择个测点进行检测，取其平均值作为检测结果，见图。图渗水性试验结果由图可以看出，作为密级配结构，其连通空隙率几乎不存在，因此，渗水系数仅为 ，而半开级配 达 、开级配 达 ，渗水系数随空隙率的增大呈现出指数级的增长，表明空隙率与渗水系数具有极大关联性。试验路段检测 构造深度检测及分析针对种 型超薄磨耗层路面，在行车道的轮迹带上，且距路面边缘不应小于 处，各随机选取组面积不小于 路面进行试验，构造深度检测见图，结果见表。图 构造深度检测表 磨耗层路面构造深度检测结果结构类型桩号直径构造深度 由表可以看出，的抗滑构造深度最大，其次是 ，最小为密级配的 。但种不同类型 结构都能达到不小于 的构造深度，表明种不同类型 都具有优良的抗滑性能。且从 构造深度规律表明，级配粗细、空隙率大小与构造深度存在正相关。摩擦系数检测及结果分析采用 仪器对种不同 型超薄磨耗层摩擦系数进行检测，其中每种磨耗层进行组试验，每组随机选取测试 次。检测过程见图，结果见表。图 摩擦系数检测表摩擦系数检测结果结构类型摆值温度 摆值 、由表可以看出，的抗滑摆值最大，最小。按构造深度结果及分析可表明，种不同类型 都具有优良的抗滑性能，且构造深度与摩擦系数具有良好关联性。结语通过对种 型高性能超薄磨耗层的研究，可得到结论如下。（）为低空隙率的骨架密实型结构，具备良好的高温稳定性和抗水损害能力、抗滑能力以及抗裂性。适用于南方高温、潮湿环境下交通量大的高快速路、国省道产生裂缝、水损害、麻面等病害路段旧路面罩面及新建路面磨耗层。（）为较大空隙率骨架空隙型结构，结构类型介于 和 之间。因此，具有 和 双重优点，不仅高温稳定性、抗滑性和排水性能好，且与 结构均为大孔隙结构，行车荷载中的“泵吸”效应大大降低，在降噪方面也具有良好的效果。（）为大空隙率骨架空隙型结构，空隙率高达 以上，具有良好高温稳定性、抗滑和排水性能。适用于平坡、变坡等易积水路段和抗滑需求高的路段。参考文献：交通运输部 年交通运输行业发展统计公报人民交通，（）虞将苗，杨倪坤，于华洋 道路高性能沥青超薄磨耗层技术研究与应用现状中南大学学报：自然科学版，（）：于华洋，马涛，王大为，等 中国路面工程学术研究综述 中国公路学报，（）：公路 年第期公路 年月第期 文章编号：（）中图分类号：文献标识码：多地物影响下平原区高速公路路线方案比选李兴华，廖世俨（中国公路工程咨询集团有限公司北京市 ）摘要：我国平原地形主要分布在中东部地区，随着经济社会的发展，平原地区土地利用程度逐步提高、土地利用形式逐渐多样化，各类工农业设施如星状分布，这些设施对带动地方经济发展、提高当地群众生活水平起到了积极作用，但对高速公路选线形成了一定的制约。平原区高速公路选线受地形影响较小，理论上以顺直方案为优，但如何同时与沿线地物有机结合，保证相关行业间距规范要求，值得反复推敲比选。以湖北省某平原区高速公路选线过程为依托，论述该项目在涉及明显陵世界文化遗产、多处大型养殖场、多条高压输电线、温峡南干渠、长荆铁路、敖河防洪大堤、洋梓福利院等众多影响因素情况下，如何选择与众多影响因素无干扰且最顺直的路线方案，在工可基础上缩短里程长度、节约工程投资。关键词：高速公路；公路选线；方案比选；平原区；多地物概述枣阳至潜江高速公路是 湖北省省道网规划纲要（年）“九纵五横三环”中的第五条纵线，是位于湖北省二广高速公路和随岳高速公路之间的一条新的南北高速公路通道。枣潜高速公路荆门北段地处钟祥市境内，位于湖北省中北部，汉江中游。作为湖北省公路“十二五”规划中期重点项目，本项目的建设进一步完善了湖北省高速公路网布局，对促进两湖平原经济交流、推进区域经济一体化发展、推动鄂西生态文化旅游圈发展、强化城镇发展轴凝聚力、改善钟祥市的交通环境、促进和带动地方经济和旅游产业发展等均具有重要的作用。项目重难点项目地处湖北省中部，江汉平原北西部边缘区域，以平原地形为主，工农业生产活动活跃，人口密收稿日期：，：，：，吴先虎 温拌改性超薄磨耗层疲劳性能研究 河北科技大学，杨梅 极薄磨耗层在高速公路路面预防性养护中的应用 智能城市，（）：满新耀，王强林，吴迪 在桂柳高速公路隧道路面防滑改造中的应用中外公路，（）：刘朝晖，沙庆林超薄层沥青混凝土 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