排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的级配设计及性能

杨国林，肖绪荡，王朝辉，闫兆柏，殷卫勇

（1．招商局公路网络科技控股股份有限公司，北京 100022；2．长安大学 公路学院，陕西 西安 710064；3．浙江温州甬台温高速公路有限公司，浙江 温州 325000）

0 引 言

开级配抗滑磨耗层（OGFC）是采用高黏沥青、间断级配沥青混合料铺筑的路表功能层，兼具排水、抗滑、防水雾等多重作用，为行车安全提供了保障。目前，国内外学者虽已对 OGFC－13、OGFC－16大粒径抗滑磨耗层热拌沥青混合料的级配设计、配合比设计及其路用性能等方面进行了相关研究［1－5］，但关于OGFC－5小粒径抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的级配设计及性能等方面的研究鲜有涉及。

因此，本文基于正交试验，系统研究OCFC－5小粒径抗滑磨耗层不同关键筛孔通过率下沥青混合料的空隙率、渗透系数、马歇尔稳定度，明确关键筛孔通过率对混合料性能影响的显著性，确定排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料级配，并进一步评价排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的路用性能。

1 原材料与试验方法

1．1 原材料

道路养护封层材料对集料的抗压、耐磨及耐冲击性能要求较高，因此集料采用优质的玄武岩。集料具体技术性能指标如表1所示。

表1 玄武岩集料技术性能指标

道路养护封层材料要求其黏结材料具有较高的黏结强度，因此采用水性环氧树脂／水性聚氨酯复合改性乳化沥青。水性环氧树脂掺量为10%，水性聚氨酯掺量为20%。水性环氧树脂／水性聚氨酯复合改性乳化沥青的技术性能指标如表2所示。

表2 水性环氧树脂／水性聚氨酯复合改性乳化沥青的技术性能指标

1．2 试验方案

排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的级配是影响其排水及力学性能的重要因素。为明确关键筛孔通过率对混合料性能影响的显著性，确定关键筛孔最佳通过率，设计以4．75、2．36、0．6mm 三挡关键筛孔通过率为试验因素的正交试验方案。根据相关研究［6－10］，大空隙抗滑耐磨封层冷拌沥青混合料试件成型方法采用改进的马歇尔击实成型方法（35次、40次二次击实），油石比为5%。OGFC－5级配类型正交试验因素及水平见表3，试验级配见表4。

表3 OGFC－5正交试验因素及水平

表4 OGFC－5正交试验每组试验级配

2 排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的级配设计

2．1 关键筛孔通过率对排水性能的影响

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）测试了9种不同级配抗滑磨耗层的空隙率和渗透系数，并对试验结果进行方差分析和极差分析，结果如表5～7所示。

表5 不同级配抗滑磨耗层的空隙率和渗透系数

由表5～7可知，不同筛孔通过率对空隙率、渗透系数的影响程度由大到小依次为：2．36mm筛孔通过率、0．6mm筛孔通过率、4．75mm筛孔通过率，且空隙率随2．36mm筛孔通过率的增大而降低。主要原因在于，2．36mm筛孔通过率和0．6mm筛孔通过率决定了混合料中细集料的含量，这些细集料在开级配混合料中起填充作用，对空隙率影响较大［11－16］。

表6 空隙率的正交试验结果

表7 渗透系数的正交试验结果

2．2 关键筛孔通过率对马歇尔稳定度的影响

为确定关键筛孔通过率对马歇尔稳定度的影响，对马歇尔稳定度正交试验结果进行方差分析和极差分析，试验结果见表8，方差分析和极差分析结果见表9。

表8 不同级配抗滑磨耗层的稳定度

表9 稳定度正交试验结果

由表8、9可知，不同筛孔通过率对马歇尔稳定度的影响程度由大到小依次为：2．36mm筛孔通过率、0．6mm筛孔通过率、4．75mm筛孔通过率，且马歇尔稳定度随2．36mm筛孔通过率的增大而增大。原因在于，小粒径沥青混合料的强度主要靠沥青的黏结及细集料颗粒之间的相互填充作用提供［17－19］。

2．3 排水抗滑磨耗层级配的确定

根据正交试验确定的不同筛孔集料通过率对混合料性能影响的显著性，综合考虑排水功能和结构强度，4．75mm筛孔通过率取90%，0．6mm筛孔通过率取0%，可使空隙率和渗透系数最优。通过调整2．36mm筛孔通过率适配3种不同空隙率的级配，如表10所示。

表10 OGFC－5排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的级配和空隙率

3 排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的路用性能

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）分别进行车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验，评价排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的路用性能，试验结果如图1所示。

（1）由图1（a）可知，动稳定度随空隙率的增大而降低，且70℃条件下动稳定度较60℃条件下略有降低，但3种级配的动稳定度值均较大，都在7 500次·mm－1以上，表明排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料具有良好的高温稳定性［20－22］。

（2）由图1（b）可知，抗弯拉强度随空隙率的降低而增大，低温弯曲破坏应变随空隙率的降低而降低，但3种级配的抗弯拉强度均在5MPa以上，低温弯曲破坏应变在3 000（10－6）以上，表明3种空隙率的排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料均具有较好的低温抗裂性能。

（3）由图1（c）可知，冻融劈裂强度比随着空隙率的增大而降低，但3种级配的排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的冻融后劈裂强度均在0．4MPa以上，冻融劈裂强度比均高于80%，表明3种空隙率的排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料均具有较好的水稳性能。

4 结 语

（1）基于正交试验分析，明确了关键筛孔通过率对设计指标影响的显著性。关键筛孔通过率对空隙率、渗透系数、稳定度的影响程度从大到小依次为：2．36mm 筛孔通过率、0．6mm筛孔通过率、4．75mm筛孔通过率。空隙率随着2．36mm筛孔通过率的增大减小，马歇尔稳定度随2．36mm筛孔通过率的增大而增大。

（2）通过车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验评价了OGFC－5排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料的路用性能：动稳定度随空隙率的增大而降低，但动稳定度值在7 500次·mm－1以上；低温弯曲破坏应变随空隙率的降低而降低，但抗弯拉强度在5MPa以上，低温弯曲破坏应变在3 000（10－6）以上；冻融劈裂强度比随着空隙率的增大而降低，但冻融后劈裂强度在0．4MPa以上，冻融劈裂强度比高于80%，表明排水抗滑磨耗层冷拌沥青混合料具有良好的路用性能。