低噪音微表处路用性能影响因素分析

谢 萍

(上海市松江区公路(市政)管理署，上海 201620)

微表处是一种道路工程薄层罩面技术，采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料摊铺到原路面上，并很快开放交通的具有高抗滑性能和耐久性能的薄层。它是当前性价比较高的一种道路预养护措施。但长期以来，车辆行走在微表处路面上会带来高于一般道面的噪音，这一点困扰着微表处的研究者和使用者。经过了级配和组成重构的低噪音微表处的诞生给这一养护措施带来了新的面貌，然而对于低噪音微表处的路用性能的研究尚不成熟和完善。本文将针对全新的低噪音微表处进行路用性能的影响因素研究分析，以期为施工中配合比组成设计提供重要参考。

1 试验材料与组成设计

1.1 材料

(1)改性乳化沥青。为使研究对象具有代表性，选用上海龙孚道路养护工程有限公司生产的成品改性乳化沥青，采用最新研发的广域型EM530慢裂快凝型乳化剂，它对集料类型和处理程度有较高的容忍度。由EM530乳化的改性乳化沥青技术指标如表1所示。

表1 微表处用改性乳化沥青

为了探究不同种类的聚合物改性乳化沥青微表处路用性能之间的差异，将改性乳化沥青与某国产成品SBR胶乳改性乳化沥青(简称SBR-1)和某进口SBR胶乳改性乳化沥青(简称SBR-2)进行了路用性能对比，试验选用的成品改性乳化沥青均符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中对乳化沥青的技术要求，且已在多个实际工程项目中得到使用和后期检测。

(2)集料和矿粉。试验用集料来自江苏溧阳产玄武岩，根据低噪音级配设计，将其筛分成0～3、3～5和5～8三档备用，其中矿粉不参与低噪音微表处级配设计，而是作为外添加物使用，集料的筛分结果如表2所示。

表2 集料分档筛分结果

(3)水泥。本文的微表处路用性能试验部分将矿粉和水泥作为添加物使用，水泥使用425普通硅酸盐水泥。

(4)橡胶屑。本研究用的微表处混合料低噪音的效果主要来自两方面，特殊的级配设计和橡胶屑。因此适当的橡胶的加入是降低噪音的关键要素之一，橡胶屑应为通过常温磨碎或粒化方法制成的橡胶颗粒碎屑，研究所用橡胶屑技术指标和实测值如表3所示。

表3 橡胶屑物理特性技术要求

1.2 dB60级配设计

集料级配对微表处路用性能有着重要的影响，也是影响行车噪音的另一个关键。适当降低粗集料的使用，加入优质种类的中粒径集料(3～5 mm)、加强集料间嵌挤效应、降低铺设厚度与集料最大粒径之差、采用间断级配以增加粗集料的比例，是dB60级配的设计原则。但是，从级配角度降低噪音的处理对路用性能存在影响，油石比随着粗集料的增加而减少，这将导致耐久性的降低。增加油石比有助于提高微表处的耐久度，但会造成对微表处表观结构造成泛油、粘轮等不利影响。表4为dB60专用低噪音微表处级配。

表4 dB60低噪音级配

1.3 试验方法

根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中对微表处的指标要求，按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中指定试验进行。分为施工性能试验和路用性能试验，其中施工性能试验主要包括拌和试验、破乳时间试验、黏聚力试验；路用性能试验包括湿轮磨耗试验、负荷轮粘砂试验，如表5所示。

表5 微表处主要试验方法

2 影响因素的试验分析

依据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，1 h湿轮磨耗试验主要用来确定混合料沥青用量的最小值，以及评价微表处混合料的耐磨性能。而6 d湿轮磨耗试验则反映了微表处混合料抵抗水损坏能力的优劣。本节分析了dB60级配的低噪音微表处1 h湿轮磨耗值及6 d湿轮磨耗值，研究油石比、掺水量、添加无对微表处抗磨耗性能和水稳定性能的分析。

2.1 油石比

依据表3所示低噪音专属级配(以下简称dB60)的微表处混合料，改变乳化沥青用量，进行1 h和6 d湿轮磨耗试验，试验结果如图1所示。

图1 低噪音微表处湿轮磨耗值随油石比变化趋势

由图1可以看出微表处混合料的1 h湿轮磨耗值及6 d湿轮磨耗值均随着油石比的增大而减小，最后趋于平缓。这种规律在6 d磨耗值试验结果中更为明显，此时集料和沥青之间的裹覆性减弱，在水作用下更容易出现剥落情况。油石比的增加使沥青和集料间的裹覆更加完全，沥青膜面积和厚度增加，并且在乳化沥青用量过低时，抗水损坏性能对油石比的变化更为敏感，随着油石比增大，抗水损坏性能增加趋势逐渐减小。

2.2 掺水量

选取dB60级配，采用上一节确定的最佳油石比(11.5 %)，以0.5 %的间隔变化掺水量，研究掺水量对微表处抗磨耗性的影响，试验结果如图2所示。

图2 低噪音微表处湿轮磨耗值随掺水量变化曲线

由图2可以看出，低噪音微表处的抗磨耗性在一定范围内随着掺水量的增加而提升，最后趋于稳定，当掺水量<2.5 %时，6 d湿轮磨耗值随着掺水量的增大而下降，抗水损坏性能增加；当掺水量>2.5 %时，6 d湿轮磨耗值反而有所增大，其中原因在于水量过多会使拌和时细集料上浮，造成混合料分层。混合料上下层油石比不同，水作用下上层易发生剥落、块裂现象，微表处的拌和水量应有根据集料特性、级配参数、养护指标、施工条件、气候环境等多方面因素制定合理范围。增加掺水量能在一定范围内提升低噪音微表处的水稳定性。

2.3 水泥和矿粉

选用dB60微表处级配，采用上一节确定的最佳油石比(11.5 %)，掺水量(2.0 %)以0.5 %和1.0 %质量比的间隔分别掺入矿粉和水泥，进行1 h和6 d湿轮磨耗试验，研究不同添加物对微表处抗磨耗性和水稳定性的影响，试验结果如图3和图4所示。

图3 湿轮磨耗值随水泥用量的变化曲线

图4 湿轮磨耗值随矿粉用量的变化曲线

从图3可知，添加水泥可以提升微表处的抗磨耗性和水稳定性，掺入0.5 %的水泥后，1 h磨耗值下降了35 %，6 d磨耗值下降了17 %。当水泥用量小于1.0 %时，增加水泥用量，微表处的耐磨性和水稳定性提升明显；当水泥的用量大于1.0 %后，再增加水泥的用量，混合料的耐磨性没有明显变化，水稳定性有所下降。源自破乳是一个排水的过程，无法排除的水分会呈游离状态进入混合料间隙，早期强度形成减缓，而水泥加入后可以有效消耗多余水分，从而提升早期强度和耐磨耗性。另一方面，水化产物作为填料进入微表处混合料的交联网状结构中，使沥青-集料间的粘结力增强，提升了微表处的整体强度，水稳定性上升。但是，当水泥掺量过高，例如达到1.5 %，6 d磨耗值不减反升，显示加入水泥有一个合适的范围。考虑经济和拌和效果，建议低噪音微表处的水泥用量不超过1.5 %。

从图4可知，添加矿粉后的1 h磨耗值和6 d磨耗值均呈下降趋势。当矿粉掺量小于2 %时，抗磨耗性和水稳定性提升明显；矿粉掺量超过2 %，提升幅度略有下降，显示适量矿粉是改善微表处混合料路用性能的有效手段。但是矿粉掺量增高在增加原材料成本的同时会改变集料的级配，因此作为添加剂时，建议矿粉的掺量控制在2 %以内。综合来看，相比矿粉，适量水泥对改善微表处混合料耐磨性和水稳定性的作用更明显，且经济效益更高，其中0.5 %水泥掺量下6 d磨耗值达到504 g/m2，而相同水平下矿粉掺量需要达到3 %(501.91 g/m2)。但是矿粉相比水泥对提升微表处耐磨性和水稳定性的效果更稳定，具体选取哪一种需要结合实际用到集料情况，在大量试拌、试铺的前提下完成。

2.4 橡胶屑

橡胶屑具有吸收和弱化噪声的作用，它的加入可使得微表处混合料在摊铺完成后进一步降低噪声，并且适当可增加微表处的弹性模量。依旧选用dB60微表处级配，采用上一节确定的最佳油石比(11.5 %)，掺水量(2.0 %)以0.5 %和1.0 %质量比的间隔分别掺入橡胶屑，进行1 h和6 d湿轮磨耗试验，研究不同掺量的橡胶屑对微表处抗磨耗性和水稳定性的影响，试验结果见图5。

图5 湿轮磨耗值随橡胶屑掺量的变化曲线

从图5可知，添加橡胶屑也可以提升微表处的抗磨耗性和水稳定性，2.5 %的橡胶屑是一个临界值，大于它之后1 h和6 d的湿轮磨耗值均趋于平稳，更多的橡胶屑并不能带来更优的路用性能。推荐2.5 %为橡胶屑的标准添加量。

3 结论

针对油石比、掺水量、水泥、矿粉和橡胶屑等因素，研究了他们对低噪音微表处混合料抗磨耗性能和抗水损性能的影响，主要结论如下：

(1)低噪音微表处混合料的1 h湿轮磨耗值及6 d湿轮磨耗值均随着改性乳化沥青用量的增大而减小后趋于平缓，油石比增加可适当改善微表处的抗磨耗性能和水稳定性。

(2)微表处混合料抗磨耗性在一定范围内随着掺水量的增加而提升，掺水量在2.5 %以下时，耐磨性和水稳定性随掺水量增加而提升；当掺水量超过2.5 %后，抗磨耗性能和抗水损性能提升效果减缓甚至衰退。

(3)水泥可以提升微表处混合料抗磨耗性和水稳定性，水泥用量<1.0 %时，增加水泥用量，微表处的耐磨性和水稳定性提升明显；当水泥的用量>1.0 %后，混合料的耐磨性没有明显变化，水稳定性有所下降。

(4)矿粉可改善微表处的路用性能，当其掺量小于2 %时，抗磨耗性和水稳定性提升明显；超过2 %时，提升幅度略有下降，鉴于矿粉会改变级配，建议矿粉掺量控制在2 %以内。

(5)大于2.5 %之后1 h和6 d的湿轮磨耗值均趋于平稳，推荐2.5 %为橡胶屑的标准添加量。