提高沥青路面抗滑表层混合料组成设计.doc

1、提高沥青路面抗滑表层混合料组成设计摘要合理的抗滑表层结构，应实现抗滑性能与其路用技术性能的统一，文中提出了新型沥青路面抗滑表层混合料级配组成设计应遵循的原则，设计紧密嵌挤骨架密实式沥青路面抗滑表层结构，通过对比试验，说明新型沥青路面抗滑表层综合技术性能最优，是沥青路面表层结构的最佳选择。 关键词沥青路面抗滑表层级配组成 中图分类号：U416.217 文献标识码：A 1 问题的提出 目前，抗滑能力不优的沥青面层仍然普遍存在于我国各级公路上，因此在降水过程中，一些公路上行车速度常要求降到不足 40km/h，由此引起的交通事故仍然存在。虽然对高等级公路沥青路面的抗滑表层进行了专门研究，也推荐了用作抗

2、滑表层的集料技术要求和矿料级配，但是，一般情况下，解决了石料的技术要求（即抗滑表层的微观构造） ，并没有解决矿料级配问题（即抗滑表层的宏观构造） 。由于级配或抗滑性能指标不甚合理，加之施工控制不严，致使沥青混凝土孔隙率过大，沥青表层偏薄，最大料径不匹配，材料离析难以压实，即便住意到了路面表层的抗滑性能，而多种影响因素仍然令沥青表层辙槽损坏、开裂松散和早期水损坏。故此，研究经济适用的沥青路面表面层合理及配范围，铺筑既能防排水又抗裂而耐久的抗滑表层是十分必要的。 沥青路面抗滑表层无疑应突出解决抗滑性能即构造深度问题，这一般属于路面功能性使用性能。但是抗滑表层又作为路表结构，在通车使用后受到车载与环

3、境因素的反复作用，故而不可缺乏结构性使用性能，即同时保证抗疲劳、车辙、开裂、水损坏及老化等，规范推荐的抗滑表层级配由于渗水导致路面水损坏和冻害现象严重，在抗疲劳破坏以及抗老化性能方面也无优势，不能作为抗滑表层的最优选择，为了兼顾沥青路面抗滑表层对于功能性和结构性两方面的技术要求，从合理级配角度考虑，在密实耐久前提下提高路面抗滑性能应是一个努力方向。为此针对沥青路面抗滑表层实际使用条件与环境条件的具体情况，考虑沥青路面抗滑性、抗疲劳性能、抗车辙与水损坏等综合功能要求，立足于对路面材料、结构、工艺的合理组合，开发新型级配组成的抗滑表层材料是十分必要的。 2 沥青路面抗滑表层合理级配组成分析 新型合

4、理级配组成的抗滑表层意味着兼顾功能性与结构性使用性能，特别是有效地克服构造深度与密实耐久的矛盾，构造一类抗滑、防渗、抗裂的路表结构，还要满足实际工程在材料来源，工艺方法上的应用可行性。从上述要求出发，在确定新型合理级配组合的抗滑表层时应遵循以下原则。 2.1 确定适当的空隙率水平 不同级配类型及其组成状况具有不同的空隙率水平，我国现行规范及国际上采用过的代表性沥青混合料的空隙水平如下情况（表 1） 表 1 级配类型 混合料性质 空隙率水平 混合料种类 连续级配 密级配混合料 3-6 AC- 半密级配混合料 4-10 AC- 半开级配混合料 10-15 AM 开级配混合料 15 OGFC(透水性

5、路面) 间断级配 紧密嵌挤（骨架密实）混合料 3-6 SMA 对具有不同空隙率水平的各类沥青混合料路用性能的度验分析表明的相关关系为： （1）混合料空隙率越大则透水性越大，而路面透水性直接影响到路面使用寿命及基础的强度与稳定性。 （2）沥青性在使用过程中受空气、紫外线、水的作用下发生老化，老化是在沥青直接接触空气的条件下发生的。空隙率越大，沥青接角空气的表面积越大，老化越快。 （3）车辙试验发现，变形速率随沥青用量而增强；一定沥青用量下变形速率随空隙率的减小而下降，但空隙率小到一定程度时，由于沥青用量相对增大，变形速率而增大，据此，为防止车辙，一要控制沥青用量，二要控制空隙率最小值。 （4）试

6、验证明空隙率大的沥青混合料浸水马歇尔试验残稳定度小，经冻融循环的劈裂抗垃强度也小，这说明空隙率大的沥青混合料受损害的影响大，容易在水和反复荷载作用下造成沥青混合料的剥离破坏。 （5）在相同的初始应变下空隙率较大的混合料的疲劳寿命低得多。 （6）空隙率大，构造深度与摩擦系数大，路面的抗滑性能好。 综上所述，沥青路面的空隙率与使用性能有密切关系。一般情况下，空隙率大将使沥青老化加速、车辙及开裂严重、耐久性降低。 在确定当的空隙率水平时，作了如下方面的考虑：以马歇尔稳定度大于 7KN、冻融循环强度损失不大于 30%控制，则初始空隙率应小于 5%；水工部门对水坝采用沥青混合料防渗时，根据渗透试验以空隙

7、不大于 4%为标准；交通部现场透水试验以空隙率不大于 7%为密水标准；结合国际上根据抗车辙要求沥青混合料空隙率不小于 3%的惯例。故此，沥青路面抗滑表层适当空隙率水平确定 3.0%-5.0%。由于抗冻融循环能力还取决于原材料与级配组成，因此视实际情况变动通过试验对容许空隙率范围予以调整。 2.2 通过增加粗骨料含量有效提高抗滑性能 增加粗骨料含量是路面抗滑抗车辙和抗裂发展的必然选择，已有的研究都注意了将矿料级配组成向偏粗方向进行调整，如上海抗滑层试验路认为粗细集料比 3:1 时优于 2：1 时的抗滑效果；南京环道试验表明大于 4.75mm 的粗颗粒用量大于 50%利于抵抗车辙；黑龙江齐齐哈尔至

8、林甸公路为减少低温缩裂，采用混合料级配中大于 4.75mm 的粗颗料用量大于64%。 在增加粗骨料后如何维持路面抗渗、抗冻和抗疲劳等耐久性能？首先，粗集料增多使路面初始空隙率增大，但随着行车碾压作用的发展，密水性会有所提高。其次，对于在连续级配和间断级配两种情况下分别增加粗骨料含量，试验表明：后者的稳定度高于前者；间断级配时粗集料含量只要不超过 60%，其稳定度的下降并不显著。由此断定，采用间断级配类型可以容纳较多的粗骨料，同时可兼顾抗滑性能和耐久性两方面不同要求。 2.3 以粗骨料间适当的含量比取得良好的骨架结构 在增加粗骨料的前提下，接下来的问题是如何以粗骨料间适当的含量比取得良好骨回结构

9、，抗滑表层最大粒径一般为 13mm，粗骨料（粒径大于 4.75mm）可分为两级（即 13.2-9.5，9.5-4.75） ，两级粗骨料比例变化对稳定度，构造深度均有一定影响，为了取得良好的骨架结构，又不至于过大损失稳定度，一级粗骨料含量应大于二级粗骨料含量，两者适宜含量比在 1.52。此外，主骨料的粒级均匀性和立方体形状对良好骨架结构的形成起到有益作用。 2.4 实现细集料的逐级填充 在适当的空隙率水平下控制沥青合料组成设计，所得到的密实混合料具有较好的稳定性与耐久性，根据构造深度要求需要沥青混合料成为嵌挤骨架应是密实型的，这就是要求第一，小于 2.36mm 的细集料用量应恰恰填满混合料骨架形

10、成的空隙；第二，小于 2.36mm 的细集料应满足逐级填充原则。 2.5 外掺剂改善性能 如果原材料品质处于质量标准下限，可能对配合比设计产生不良影响，对此可采取增加矿粉含量，外掺抗剥落剂等技术措施加以改善。 2.6 级配曲线走向的优选 现行规范所推荐的各类矿料级配都具有连续性和较宽的变化范围，有试验表明混合料的技术指标并非在此范围内都合格，超出此范围就都不合格，这样对级配曲线走向的优选具有重要意义。初拟的走向除级配曲线变化范围上、下限外还有顺适走向（级配范围中值） 、陡势走向（粗级配取上限，细级配取下限） 、缓势走向（粗级配取下限，细级配取上限），从对抗滑表层技术品质要求出发，缓势走向宜形成

11、较强骨架结构，同时以部分细料填满其间空隙，混合料力学性能优于其他走向。 总之，对沥青路面抗滑表层以往研究往往多集中于材料选择、工艺与标准方面，较少涉及到混合料级配与材料组成问题，为有效解决沥青路面密实耐久提高抗滑性能的基本矛盾，满足对沥青路面抗滑表层的多功能要求，需强调遵循上述抗滑表层材料级配组成原则，适当于目前工程环境条件和常规工艺水平，进行紧密嵌挤骨架密实式沥青混合料材料组成设计。 3 沥青路面抗滑表层级配设计思路 首先，对国内外采用过和各类沥青混合料级配组成加以收征整理与分析比较（表 2） ，作为表层结构考虑最大粒径为 13mm，特别将具有明显抗滑特征的间断级配或缓式级配类型筛选出来，注

12、意其级配组成的普遍特征与重合范围，将其作为级配调整的基础。 间断级配是混合料是剔除其中一个或几个分级形成不连续组成材料，但在实际使用中，由于混合料粒径分级数有一定限制，且大小粒级间尺寸过于悬殊易发生混合料的离析现象，因此选择的结果通常是以一个连续级配较粗骨料为骨架，在保证集料骨架不被挤开的条件下，用另一个连续级配的细集料不填隙，成密实骨架结构，典型级配中的 SMA 以及我国一些度验结构如 SAC、变 K 法等基本如此，是被选择借鉴的主要类型。 其次，为了实现沥青路面抗滑表层在保证强度稳定性和耐久性基础上的功能性使用性能，对借鉴已有国内外坑滑级配类型后推荐的级配组成，以上述确定新型抗滑表层合理级

13、配组合的原则加以适量并调整，使之符合空隙率水平为 3.0%-5.0%；采用间断级配料型或缓势走向宜形成较强骨架结构；增加粗骨料（粒径大于 4.75mm）含量达到 60%；其中一级粗骨料含量应大于二级粗料含量；小于 2.36mm 的细集料用量尽量填满混合料骨架要形成的空隙且满足逐级填充。 表 2 沥青路面抗滑表层混合料对比矿料级配组成（方孔筛，d=13mm） 级配类型 通过筛选（方孔筛，mm）质量百分率(%) 沥青用量（%） 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 AK-13A 100 90-100 60-80 30-53 20-40 15

14、-30 10-23 7-18 5-12 4-8 3.5-5.5 AK-13B 100 85-100 50-70 18-40 10-30 8-22 5-15 3-12 3-9 2-6 4.5-6 OGFC13 100 90-100 45-55 20-30 10-18 7-13 6-10 5-7 4-6 3-5 4-6 AC13 100 90-100 60-80 34-52 22-38 14-28 8-20 5-14 3-10 2-6 4-6 SMA13 100 90-100 50-75 20-34 15-26 14-24 12-20 10-16 9-15 8-12 5.5-6.8 SAC13 1

15、00 95-100 60-75 30-40 22-31 16-24 12-20 10-17 8-15 6-10 4.5-5.2 变 K 法 100 95-100 52-65 37-50 23-34 21-30 14-20 10-14 3-5 多孔级配 100 90-100 45-55 20-30 10-18 7-13 6-10 5-7 4-6 3-5 美（开级配） 100 85-100 60-90 20-50 5-25 3-19 0-10 4-11 美（磨耗层） 100 90-100 60-100 15-40 4-12 2-5 4.5-8 澳（开级配） 100 90-100 70-90 20-

16、40 5-20 0-15 0-12 0-9 0-5 0-3 4-4 澳（断级配） 100 75-100 70-80 62-72 60-70 55-65 50-60 4-28 5-12 6.5-9 德（断级配） 100 90-100 25-50 20-30 10-20 2-6 日（防滑层） 100 95-100 23-45 15-30 8-20 4-15 4-10 2-7 3.5-5.5 推荐 100 95-100 55-65 30-42 28-38 24-34 18-28 14-20 8-14 6-8 4.5-5.5 再次，结合工程实际采用原材料的具本情况进行初步试验验证，试验指标包括马歇稳定

17、度及各体积参数等基本指标，浸水马歇尔稳定度、冻融循环强度损失等水温稳定性和耐久性指标，试验结果应满足对应规范标准要求。 4 沥青路面抗滑表层技术性能试验与评价 由于我国公路能通量迅速增长、车辆大型化、超载严重及交能渠化等，使沥青路面面临严峻考验，许多沥青路面建成不久即发生早期损坏。此外，我国属世界上季风气候最强烈 的大陆，特定的地理环境条件造成夏季高温炎热，冬季低温寒冷，年温差大的气候特点，也是导致沥青路面面层稳定性要求严格的重要原因。为抵御荷载与水温条件对我国沥青路面表层的不利影响 ，包括抗滑表层在内的良好的路面结构必须具有以下若干技术性能：（1）高温抗车辙性能，即抵抗流动变形的能力；（2）

18、低温抗裂性能，即抵抗低温收缩裂缝的能力；（3）水稳定性，即抵抗沥青混合料爱水的侵蚀逐渐产生剥离、掉粒、松散、抗槽破坏的能力；（4）耐疲劳性能，即抵抗沥青混合料在反复荷载（交通与温度荷载两类）作用下破坏的能力；（5）抗老化能力，即抵抗沥青混合料受气候影响脆硬逐渐丧失粘结力的能力；（6）表面使用性能，包括潮湿情况下抗滑性能以及降噪等；（7）行驶舒适性，主要指防止平整度不良产生行车颠簸。上述沥青路面技术性能中，除平整度外都与沥青混合料品质甚为相关，且各类技术怀能在要求上往往是矛盾或相制约的，突出表面在（1）高温稳定性和疲劳性能与低温抗裂性能的矛盾；（2）以抗滑为主的路表特征与耐久性的矛盾。解决矛盾的

19、途径是设计与研究新型沥青路面抗滑表层材料与结构组合，同时对其表现出的各种技术性能以及随时间、荷载作用变化的规律进行分析评价， 依据骨架密实级配组成设计原则确定新型沥青路面滑表层混合料，其特点是克服了传统混合料的缺点，突出解决沥青表层的抗滑问题，特别是使用过程的衰减；又保证透水性小及性等技术性能。通过与现行规范推荐并同时普遍用于工程实际的几类路表结构类型（AC、AK）的比较，可以说明新型沥青路面抗滑青层的优势与工程可行性。 对沥青路面抗滑青层使用性能试验分析的对象考虑为四类：（1）新型沥青路面抗滑青层（玄武岩粗骨料） ；（2）密级配沥青混凝土（AC-13，石灰岩粗骨料） ；（3）规范抗滑青层（AK-13）玄武粗骨料） ；（4）规范抗滑表层（AK-13，石灰岩粗骨料） 。