2025-04-23
 
湿热地区超薄磨耗层沥青混合料设计及性能分析
2025年04月23日   阅读量:9956

摘 要:

为提升湿热地区超薄磨耗层施工质量,保证沥青路面使用性能,选用星形SBS、线形SBS、胶粉改性沥青制备SMA-10沥青混合料,通过相关试验对三种混合料的路用性能进行检测分析,并结合具体工程对其施工效果进行评价,有效验证了湿热地区加铺星形SBS-SMA超薄磨耗层的可行性,可为同类环境地区的公路养护工程提供参考。


关键词:超薄磨耗层;路用性能;施工工艺

0 引言

沥青路面作为高等级公路建设中常用的路面形式,具有平整度高、噪声低、行车平稳舒适等优点。但在交通荷载及湿热环境的长期作用下,沥青路面容易产生疲劳破坏,严重降低路用性能,缩短使用寿命。工程实践中,通常采用超薄磨耗层对沥青路面进行养护处理,其与普通养护方式相比,工艺简便、铺设厚度较小,能够显著降低施工成本,并能有效恢复路面使用功能,经济效益突出。因此,为有效探析湿热地区超薄磨耗层施工效果,本文依次选用星形 SBS、线形 SBS、胶粉改性沥青制备 SMA-10沥青混合料,通过相关试验对三种混合料路用性能进行检测分析,并结合具体工程对其施工效果进行评价,有效验证了湿热地区加铺星形SBS-SMA 超薄磨耗层的可行性,可为湿热地区公路养护工程提供参考。


1 超薄磨耗层沥青混合料配合比设计

1.1 原材料

集料选用玄武岩集料,规格为 0~3、3~5、5~10 mm,经试验检测各项技术指标完全满足相关标准要求。改性沥青及性能评定:依次选用星形、线形及胶粉改性沥青制备混合料,对其性能进行比较分析。通过试验测定出沥青材料各项技术性能指标均符合标准要求。

1.2 SMA-10配合比设计

根据湿热地区环境特点、交通量与道路整体技术等级,并借鉴同类工程研究成果,本文选用SMA-10 进行超薄磨耗层施工,其中 0~3、3~5、5~10 mm 集料占比依次为 19.0%、42.0%、33.0%,矿粉比例为 9.0%,经试验检测级配变化曲线满足相关标准要求。

超薄磨耗层级配为 SMA-10,空隙率为 4.0%。利用标准马歇尔试验依次得到星形 SBS-SMA、线形 SBS-SMA、胶粉-SMA三种混合料最优油石比依次为6.6%、6.6%、6.4%。

2  SMA-10路用性能试验

根据湿热地区温度和湿度变化大及降雨较多的特征,沥青路面容易产生车辙与水损破坏。因此,通过相关试验对星形SBS-SMA、线形SBS-SMA、胶粉-SMA 三种混合料高温抗车辙、水稳定性及抗疲劳性能进行比较分析,并对其路用性能进行评价。

2.1 高温车辙试验

按照预先得到的最佳油石比,根据相关标准要求,依次制备三种混合料的车辙板构件,规格为300 mm×300 mm×50 mm,养护完成后,通过高温车辙试验测定各构件动稳定度值,测试温度控制在60 ℃,压强保持在 0.7 MPa 左右。以三组测试数据的平均值作为各种沥青混合料最终动稳定度,其值越大说明混合料高温性能越好,测试结果如表 1所示。

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由表 1 可知:三种沥青混合料中,星形 SBSSMA 动稳定度最大,线形 SBS-SMA 次之,胶粉-SMA 最 小 , 说 明 相 较 于 线 形 SBS-SMA、 胶 粉-SMA,星形SBS-SMA的高温性能更佳。

2.2 浸水汉堡车辙试验

通过自动式压实装置制备 SMA-10汉堡车辙试验构件,在长度 100 mm 部位进行分割处理后进行试验检测。具体测试数据如图1所示。

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由图 1 可知:标准试件锤击夯实遍数为 2 万次条件下,三种混合料试件变形量最大的为胶粉-SMA 混 合 料 , 线 形 SBS-SMA 次 之 , 星 形 SBSSMA 变形最小;同时,通过剥离转点 (SIP) 对三种混合料水稳性能进行评定,SIP数据如图2所示。

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由图 2 可知:胶粉-SMA 及线形 SBS-SMA 混合料剥离转点SIP值差别较小,星形SBS-SMA混合料车辙变形曲线剥离转点 SIP 不显著,充分说明星形SBS-SMA 混合料未产生水损破坏,据此能够得出,相较于胶粉-SMA 与线形 SBS-SMA 混合料,星形SBS-SMA混合料水稳定性能较好。

2.3 冻融劈裂试验

根据相关标准要求,依次制备三种混合料试件,各种试件制备两组,并严格按照试验规程进行冻融劈裂试验,详细检测数据如表2所示。

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由表 2可知:三种混合料冻融劈裂强度比完全符合标准要求,并且星形 SBS-SMA 混合料强度比最大,线形SBS-SMA次之,胶粉-SMA最小,该试验结果和浸水汉堡试验测得的水稳性能评价结果相同。

2.4 四点弯曲疲劳试验

通过万能试验机 (MTS) 分别测试三种改性沥青混合料疲劳寿命,详细测试数据如表3所示。

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由表3可知:当温度为25 ℃时,三种混合料疲劳寿命相差不大,根本原因在于混合料内部改性剂能够有效增强沥青材料的弹性性能,并且三种混合料回弹性能增长幅度大致相同。而当温度为 60 ℃时,三种混合料中星形 SBS-SMA 疲劳寿命最大,线形SBS-SMA次之,胶粉-SMA最小。

通过以上试验对三种改性沥青混合料高温、水稳及抗疲劳性能进行检测分析可知,湿热气候条件下,星形 SBS-SMA 路用性能最佳,因此选用星形SBS-SMA 沥青混合料进行试验段试铺,并对铺设效果进行对比分析,以验证星形 SBS-SMA 超薄磨耗层对沥青路面的改善效果。

3 试验路段路面性能评价

采用星形 SBS-SMA 改性沥青混合料,根据湿热地区超薄磨耗层施工工艺标准进行混合料摊铺、压实作业,并加强施工过程控制,从而确保磨耗层的铺设质量。磨耗层施工前,先对原始沥青路面进行全面处治,修复表面质量缺陷,并将基面清理干净,验收合格后进行磨耗层摊铺作业,其厚度控制在 1.5 cm,摊铺成型后封闭交通进行养护,待强度满足要求后方能开放通行。

试验段超薄磨耗层铺设完成后,对其路面抗滑能力、平整度及渗水系数等各项指标进行测试,并与原始路面进行比较,结果如表4所示。

由表 4可知:相较于原始沥青路面,加铺超薄磨耗层后,沥青路面抗滑能力、平整度、渗水系数等相关指标得到大幅度增长,最小增幅依次为28.0%、23.0%、71.0%,充分证明加铺超薄磨耗层能够有效改善沥青路面路用性能。

4 结论

综上所述,本文选用星形、线形、胶粉改性沥青制备 SMA-10沥青混合料,并通过相关试验对三种混合料高温、水稳及抗疲劳性能进行比较分析,具体结论如下。

1) 高温车辙试验表明,三种沥青混合料中,星形 SBS-SMA 动稳定度最大,线形 SBS-SMA 次之,胶粉-SMA 最小,说明相较于线形 SBS-SMA、胶粉-SMA混合料,星形SBS-SMA高温性能更佳。

2) 汉堡车辙与劈裂强度试验表明,三种混合料冻融劈裂强度比完全符合标准要求,并且相较于胶 粉 -SMA 与 线 形 SBS-SMA 混 合 料 , 星 形 SBSSMA混合料水稳定性能更好。

3) 四点弯曲劈裂试验表明,当温度为 25 ℃时,三种混合料疲劳寿命大体相同,根本原因在于混合料内部改性剂能够有效增强沥青材料弹性性能,并且三种混合料回弹性能增长幅度大致相同。而当温度为 60 ℃时,三种混合料中星形 SBS-SMA疲劳寿命最大,线形 SBS-SMA 次之,胶粉-SMA最小。

4) 试验段施工效果检测表明,相较于原始沥青路面,加铺超薄磨耗层后,沥青路面抗滑能力、平整度、渗水系数等相关指标得到大幅度增长,最小增幅依次为 28.0%、23.0%、71.0%,充分证明加铺超薄磨耗层能有效改善沥青路面使用性能。


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原创作者:高光美1,李思浓2,1.上饶市德兴公路事业发展中心,江西 上饶 334200;2.江西铜都路桥工程有限责任公司,江西 上饶 334200。



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