株洲国际赛车场SMA-13沥青混合料研究应用.pdf

20 TRAFFIC&TRANSPORTATION2023 年 7 月 第 39 卷第 4 期（总第 228 期）Jul.2023,Volume 39No.4(Serial No.228)收稿日期：2023-03-22基金项目：交通运输部 2020 年度交通运输行业重点科技项目（2020-ZD3-025）作者简介：郭文灿（1996-），男，汉族，江苏徐州人，硕士，助理工程师，主要研究方向：交通运输工程。株洲国际赛车场 SMA-13 沥青混合料研究应用郭文灿（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海 200433）摘 要：针对赛车场赛道路面的使用需求，对株洲国际赛车场赛道路面面层所用的 SMA-13 改性沥青混合料配合比及其路用性能进行试验研究。根据 SMA-13 不同油石比确定混合料最佳配比，通过车辙试验、马歇尔稳定度试验、飞散试验和冻融劈裂试验评价 SMA-13 沥青混合料的耐高温性能、抗剥落性能和水稳定性。结果显示，此次 SMA-13 沥青混合料动稳定度 5000 次/mm，飞散指标、渗水指标、浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比均满足设计要求，工程实际应用效果反馈良好。关键词：株洲国际赛车场赛道路面；高黏弹改性沥青；SMA-13 沥青混合料；试验研究中图分类号：U491文献标志码：A文章编号：1671-3400(2023)04-0020-04Research and Application of SMA-13 Asphalt Mixture in Zhuzhou International Racetrack GUO Wencan(Shanghai Road and Bridge(Group)Co.,Ltd,Shanghai 200433,China)Abstract:According to the requirements of track surface use,the mixture ratio of SMA-13 modified asphalt used in Zhuzhou International Track and its road performance were studied experimentally.The optimal mixture ratio of SMA-13 was determined according to different oil stone ratios.The high temperature performance,low temperature performance,anti-spalling performance and water stability of SMA-13 asphalt mixture were evaluated by rut test,low temperature bending test,Marshall stability test,Kentabaugh spalling test and freeze-thaw splitting test.The results showed that the dynamic stability of SMA-13 asphalt mixture was 5 000 times/mm,and Cantanbro stripping test,infiltration test,soaked Marshall residual stability and freeze-thaw splitting strength ratio all met the design requirements.And the application effect is excellent.Keyword:Zhuzhou International Racetrack Pavement;High viscoelastic modified asphalt;SMA-13 asphalt mixture;Experimental study合料作为赛道路面磨耗层，其抗水损害性能通常要优于SMA 类沥青混合料，沿海多雨城市的赛车场赛道路面磨耗层通常选用此类磨耗层，如：上海 F1 国际赛车场采用厚度为 4 cm 的 AC-13 沥青面层，结合料为改性 SBS 1；浙江国际赛车场采用厚度为 3 cm 的 AC-10C 沥青面层，结合料为聚合物改性沥青2。另一种为 SMA 沥青混合料作为赛道路面磨耗层，在高温性能、疲劳性能、抗滑性能方面，SMA 类沥青混合料性能要优于 AC 类沥青混合料，如株洲赛车场赛道路面磨耗层采用厚度为 4 cm 的 SMA-13沥青混合料。对比AC类（上海F1赛车场）和SMA类（株洲赛车场）两类材料，显示部分技术指标（见表 1）。为了保证赛车驾驶员拥有良好的驾驶体验，赛道对沥青混合料的高温性能、抗剥落性能、耐久性有着很高的要求。为了满足以上要求，建设者往往选取改性沥青0 引言 近年来场地赛车赛事逐渐兴起，场地赛车基础设施建设随之发展，给基础设施建设者带来了诸多挑战，赛车场赛道路面作为场地赛车基础设施的一部分，其路用性能对赛车赛事起决定性作用。目前国内已修建的赛车场赛道路面结构多种多样，磨耗层也不尽相同，主要可分为 2 种。一种为 AC 沥青混52023 年第 4 期 21 作为赛道路面磨耗层的结合料，集料选取耐磨性好、洁净的碎石。本文依托株洲国际赛车场赛道路面磨耗层整修工程，针对赛车场赛道路面使用特点，分析株洲赛车场赛道路面使用需求，从沥青、集料、填料等原材料角度对 SMA-13 沥青混合料进行试验分析。1 赛道路面施工方案分析1.1 工程概况 株洲国际赛车场初建于 2018 年 3 月，是国内第一个拥有类椭圆形赛道、最大横坡和最大落差的国际赛车场。赛车场施工结束后，出现主赛道路面不均匀沉降现象，导致赛道局部不平整、弯道局部积水等病害现象。为提高株洲国际赛车场的使用性能，上海公路桥梁（集团）有限公司于 2021 年对赛车场整体主赛道面层、主看台检修道面层沥青混合料进行铣刨重铺。1.2 赛道路面使用需求（1）高速。株洲国际赛车场最高设计时速为272.25 km/h。高速行车对赛车场道路路面的抗滑性能有着较高的要求，必须确保道面给予赛车足够的抓地力，以保证行车安全。（2）急转弯。赛车在过弯道行驶时，频繁处于加减速状态，赛道路面铺装层会产生较大的水平剪应变，且速度越大，剪应变越大，在重复荷载作用下，弯道处沥青磨耗层铺装容易产生脱粒、疲劳开裂等现象4。2 材料性能分析2.1 沥青 针对主赛道行车高速、急转弯等特点，为避免赛车时高速引起的粒料脱落等问题，要求沥青结合料必须具有良好抗高温性能，且具有高弹性恢复率、黏性及内聚力和抗剪切力，防止沥青面层出现裂缝或表面松散等缺陷1。对比分析了高黏弹改性沥青与 SBS 改性沥青实测技术指标，结果显示，与 SBS 改性沥青相比，高黏弹改性沥青针入度小、延度和软化点高、稳定性好，同时高黏弹改性沥青弹性恢复与老化后各项技术指标均优于SBS 改性沥青，表明高黏弹改性沥青具有更好的高弹性恢复率和耐高温性能，适宜用于此次株洲赛车道路面磨耗层工程（见表 2）。表 1 AC、SMA 类赛车场赛道路面磨耗层技术指标对比沥青混合料及应用场所残留稳定度/%冻融劈裂强度比/%动稳定度/（次/mm）飞散损失/%AC 类（上海 F1 赛车场）91.1394.03 0005.0SMA 类（株洲赛车场）99.095.05 0003.0表 2 高黏弹改性沥青、SBS 改性沥青实测结果技术指标单位技术要求 高黏弹改性沥青实测结果 SBS 改性沥青实测结果针入度（25，100 g，5 s）0.1mm40 706370延度（5，5 cm/min）cm207755软化点 TR&B809267溶解度%999999闪点250362295弯曲工作量（20）kPa500635479弯曲变形（20）103 mm/mm809675弹性恢复（25）%809879薄膜烘箱老化后质量变化%0.600.060.48针入度比（25）%658066延度（5）cm2038282.2 集料与填料 针对主赛道需承受赛车强大的刹车、加速冲击特点，对表面层材料选择具有特殊要求。赛道沥青面层的粗集料应洁净、干燥、表面粗糙，具有足够的强度和耐磨耗性能，选用石质坚硬、抗冲击性能好的集料5，关键技术指标：磨光值 PSV45，压碎值26%，针片状含量15%，吸水率0.5%。细集料包括机制砂和石屑应洁净、干燥、无风化，并有适当的颗粒级配，关键技术指标：砂当量60%，含泥量（0.075 mm 的含量）1%。矿粉采用石灰岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉，以干燥洁净、能自由地从矿粉仓流出为标准，关键技术指标：0.075 mm 筛孔通过率75%。沥青混合料中掺加的聚酯纤维，掺加比例以沥青混合料总量的质量百分率计算，以 0.3%为宜，纤维掺加量的允许误差不超过 5%6。郭文灿：株洲国际赛车场 SMA-13 沥青混合料研究应用2023 年第 4 期 22 2.3 级配确定 在公路沥青路面施工技术规范6规定的级配范围和设计要求，根据矿料的粗集料骨架部分分界筛孔（4.75 mm）的通过率处于级配范围的中值 3%附近，调整各矿料的比例，得出级配 1、2、3 的 3 组初试级配（见表 3）。表 3 矿料合成级配筛孔/mm通过下列筛孔的质量百分率/%16.00013.2009.5004.7502.3601.1800.6000.3000.1500.075级配 1100.092.2 63.5 29.0 25.5 21.1 17.1 14.6 13.1 11.3 级配 2100.091.6 60.7 28.0 24.7 20.4 16.5 14.0 12.5 10.8 级配 3100.090.8 57.2 27.0 23.9 19.7 15.8 13.5 12.0 10.3 级配上限/%1001006534272219161412级配下限/%1009045221814121098 根据类似工程经验，选择初试油石比为 6.0%。根据上述 3 种矿料级配，成型三组性能参数（见表 4）。表 4 3 种级配沥青混合料的体积参数和性能参数级配空隙率/%粗集料骨架间隙率VCAmix/%粗集料骨架间隙率VCADRC/%矿料间隙率VMA/%沥青饱和度VFA/%稳定度/kN流值/0.1 mm13.938.737.116.776.710.838.324.138.037.616.975.59.734.234.537.337.417.373.810.333.1 根据试验结果，按照“粗集料骨架间隙率 VCAmix不得大于粗集料骨架间隙率 VCADRC”“矿料间隙率VMA 不小于 17.0%”的要求，只有级配 3 满足要求。因此，采用级配 3 作为目标级配。2.4 油石比分析 试验设计采用4 种油石比制备沥青混合料，分别为5.6%、5.8%、6.0%和6.2%，参照公路工程沥青及沥青混合料试验规程7相关试验方法进行马歇尔试验（见表5）。表 5 马歇尔试验结果油石比/%最大理论密度空隙率/%矿料间隙率 VMA/%沥青饱和度 VFA/%稳定度/kN流值/0.1 mm6.22.5913.017.282.28.339.56.02.5883.316.981.78.637.25.82.6004.017.076.59.632.55.62.6115.017.270.98.236.5标准3.0 4.017.075.0 85.05.520.0 50.0 结合最大理论密度、空隙率和矿料间隙率、沥青饱和度等技术指标，确定最佳油石比 5.8%。2.5 混合料性能分析 按照上述油石比和已经确定的生产配比生产高黏弹改性沥青混合料，显示高黏弹改性沥青混合料检测结果（见表 6）。表 6 高黏弹改性 SMA-13 沥青混合料技术指标实测技术指标单位技术要求实测结果浸水马歇尔残留稳定度%85.099.0动稳定度（60）次/mm5 0006 548冻融劈裂强度比%85.095.0肯塔堡飞散损失%15.03.0渗水系数ml/min600 实测结果表明：SMA-13 沥青混合料动稳定度为6 548 次/mm，具有良好的高温性能，满足设计要求；浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比实测结果均满足设计要求，该混合料抗水损性能良好；从肯塔堡飞散试验结果来看，该混合料抗飞散指标满足设计要求，具有良好的抗剥落性能；渗水符合设计要求。郭文灿：株洲国际赛车场 SMA-13 沥青混合料研究应用2023 年第 4 期 23 3 工程应用效果评价 为了验证所选沥青混合料的应用效果，采用现场检测方法，对株洲国际赛车场试验段施工并进行工后检测。试验段工程施工选取赛车场主看台处检修道，全长520.0 m，路幅宽度 5.0 6.2 m 的路段作为主赛道施工的试铺路段，结构层厚度 4 cm，共摊铺 SMA-13 沥青混合料 341 t。考虑摊铺宽度，试验段施工采取一台可调节摊铺宽度的摊铺机和三台钢轮压路机。压路机碾压路面时遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则，即压路机紧跟在摊铺机后面碾压，碾压速度慢且均匀，采取高频率、低振幅的方式碾压8。竣工后经过一年的使用，株洲国际赛车场赛道路面目前使用情况良好，无混合料松散、掉粒等现象（见表 7）。表 7 试验段工程现场检测检测项目技术指标检测结果外观/外观检测无油斑、轮迹和明显离析，接缝紧密、平整、顺直压实度/%98.099.2平整度/mm3.02.3渗水系数/（ml/min）60204 结语 通过研究株洲国际赛车场高黏弹改性 SMA-13 沥青混合料的油石比选择与路用性能，得到以下结论。（1）采用高黏弹沥青作为株洲国际赛车场磨耗层SMA-13 的结合料，因其具有良好的抗高温性能、高弹性恢复率、黏性及内聚力，能满足赛车场高速、急转弯的应用特点。（2）沥青混合料性能结果分析显示，此次 SMA-13沥青混合料动稳定度5 000 次/mm，飞散指标和渗水指标远超设计要求，且浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比均满足设计要求，表明针对株洲国际赛车场赛道路面所设计的 SMA-13 沥青混合料路面性能良好。（3）现场检测结果分析显示，赛道路面外观良好，压实度、平整度和渗水指标均满足设计要求，此次赛道面层具有良好的抗水损害和平整抗滑性能。参考文献：1 董亚平，李玮俊.上海国际赛车场沥青面层平整度控制J.城市道桥与防洪，2004（5）：102-106.2 顾旻.浅析浙江国际赛车场工程设计创新与应用 J.智能城市，2018，4（11）：44-45.3 董亚平.上海 F1 国际赛车场赛道维修探索 J.城市道桥与防洪，2011（9）：37-39.4 邰楠.混凝土匝道桥沥青铺装层工作状态研究 D.大连：大连理工大学，2021.5 杨切锋.汽车赛道工程路面施工工艺浅析 J.四川水泥，2022（10）：223-225.6 中华人民共和国交通部.公路沥青路面施工技术规范：JTG F402004S.北京：中华人民共和国交通部，2004.7 中华人民共和国交通运输部.公路工程沥青及沥青混合料试验规程（征求意见稿）：JTG E202019S.北京：中华人民共和国交通运输部，2019.8 秦延林.沈阳四环快速路 SMA 沥青混凝土表面层施工技术 J.山西建筑，2012，38（2）：142-143.郭文灿：株洲国际赛车场 SMA-13 沥青混合料研究应用