OGFC混合料水稳定性改善措施研究

■牛智华 ■中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065

引言

OGFC(Open-graded Friction Courses)是开级配抗滑磨耗层，1940年英国为快速排出跑道上的雨水第一次采用了这种路面，到80年代末，这种路面技术逐渐成熟并在欧洲、北美、日本等国家得到广泛利用，由于其有良好的抗滑、透水和降噪等方面的优点近年来在公路上应用越来越广泛。但是，由于OGFC是一种开级配，骨架空隙结构的混合料，在道路建成初期降水能够顺畅的利用大空隙排出路面，随着道路使用时间的延长，OGFC路面中的孔隙就会被外部环境中的细小颗粒所堵塞，导致水不能快速的排出路面，在行车动态荷载的作用下，进入到路面内部的水不断的产生动水压力，使集料开始与沥青的粘附性开始降低，最终失去粘结能力，导致混合料出现掉粒、松散等水损害现象。相对于车辙或者裂缝等损害，水损害是OGFC路面最严重的损害方式。

1 试验方案

本研究主要是采用4种方式来改善OGFC混合料的水稳定性，首先是通过采用水泥和消石灰替代混合料中的矿粉，替代的比例分别为集料总质量高的1%和2%;然后是通过向沥青中添加沥青质量的0.3%的抗剥落剂，最后是通过改变2.36mm筛孔的通过率来研究级配对水稳定性的影响。利用规范中对沥青混合料水稳定性的评价方法，采用残留稳定度和冻融劈裂强度比这两个指标来评价不同方法对水稳定性的改善效果。同时，为了使试验效果更明显，本研究不采用改性沥青，而是采用70#基质沥青，混合料类型采用OGFC-13。

2 试验材料及混合料级配的设计

2．1 试验材料

本研究中，集料粗、细集料采用的是辉绿岩;矿粉采用的是石灰岩磨细的石粉;沥青采用70#基质沥青;水泥为P.S32.5普通硅酸盐水泥;抗剥落剂采用PA-1型抗剥落剂，消石灰过0.075mm筛。

2．2 混合料级配的设计

通过改变2.36mm的通过率改变混合料的级配，最后确定5种混合料的级配。

3 试验方法

对于辉绿岩粗、细集料以及矿粉的技术指标按照《公路工程试验规程》(JTG E42-2005)中规定的方法测定。

按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的方法成型马歇尔试件，测定稳定度、流值和毛体积相对密度，并计算矿料间隙率、空隙率和沥青饱和度，最后确定最佳油石比。

按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的方法测定混合料的残留稳定度、冻融劈裂额强度比。

4 试验结果及讨论

4．1 消石灰、水泥、抗剥落剂对水稳定性的影响

分别用消石灰和水泥替代集料总质量的1%和2%的矿粉，并向沥青中添加沥青质量的0.3%的PA-1型抗剥落剂，通过马歇尔试验，确定最佳油石比，并测定马歇尔稳定度、残留稳定度和冻融劈裂强度比以及动稳定度。

由实验可知:

(1)加入抗剥落剂不会改变混合料的油石比，但是加入消石灰和水泥后会增大油石比，加入量越大，油石比就会越大。

(2)加入消石灰、水泥和抗剥落剂都可以有效的改善混合料的水稳定性，消石灰和水泥的改善效果要由于抗剥落剂;同时，在冻融劈裂强度比上水泥的改善效果由于消石灰，但在残留稳定度的改善效果上，消石灰要优于水泥。

(3)3种物质在改善OGFC混合料水稳定性的同时，还能有效的提高混合料的动稳定度和稳定度，改善高温性能。

出现以上现象主要是因为:水泥和消石灰的粒度比矿粉更小，比表面积更大，在相同的条件下，油石比更大，由于比表面积大，胶浆的稠度随之增大，因此能有效的改善高温性能;消石灰和水泥中物质的PH值相对于矿粉更大，消石灰中Ca(OH)2的含量在90%以上，溶液的PH值可达到12，当与沥青中的羟酸等物质发生反应能够生成吸附性更强的盐类，同时可以消耗沥青内部的极性成分，增强胶浆的吸附能力，替代的比例越大对水稳定性的改善效果越好，但会增大油石比。

4．2 2．36mm通过率对水稳定性的影响

OGFC是一种开级配混合料，2.36mm的通过率对会对混合料的空隙率有很大影响，空隙率越大，水稳定性就越差。利用残留稳定度比来评价不同级配混合料的水稳定性，为了使验证改善效果可延长在水浴箱中的时间至72h和96h。

随着水浴时间的延长，水开始侵入集料与沥青之间，粘附性越来越低，水稳定性也越来越差;OGFC主要是粗集料之间的嵌挤来形成骨架，随着2.36mm通过率的增大，混合料的空隙率开始降低，水稳定性增强，当通过率继续增大，细集料使骨架被撑开，破坏混合料的整体力学性能，因此稳定度开始降低。

5 结论

(1)加入抗剥落剂不会改变混合料的油石比，但是加入消石灰和水泥后会增大油石比，加入量越大，油石比就会越大。

(2)加入消石灰、水泥和抗剥落剂都可以有效的改善混合料的水稳定性，消石灰和水泥的改善效果要由于抗剥落剂;同时，在冻融劈裂强度比上水泥的改善效果由于消石灰，但在残留稳定度的改善效果上，消石灰要优于水泥。

(3)随着2.36mm通过率的增大，混合料的残留稳定度表现为先增大后降低。

［1］郑舱充，吕仟民.应用消石灰提高沥青路面的水稳性［J］.石油沥青，2003，17(1)7-9.

［2］张嘎吱，王永强.掺干水泥的沥青混合料水稳性研究［J］.公路，2004，6∶131-133.

［3］牛智华，陈博.沥青用量与级配对OGFC混合料的高温及水稳定性能影响［J］.中国建筑科技，2014，4∶224-227.