开级配橡胶沥青混合料的设计与应用

■李剑波 肖 雷

(1.苏交科集团股份有限公司，南京 210022；2.南京航空航天大学土木工程系，南京 210016)

0 引言

排水降噪沥青路面可以显著提高路面服务水平，在欧美国家得到广泛的应用，日本甚至要求高速公路路面无论新修或维修均采用开级配降噪排水路面[1]。当前，国内排水降噪沥青路面通常采用高粘沥青，但其昂贵的造价成为高粘沥青排水降噪路面技术推广应用的瓶颈。橡胶沥青的60℃粘度可达20,000Pa·s，能满足高粘沥青的技术要求，而其价格与常用的SBS改性沥青接近[2]。良好的性价比和特殊的环保意义使橡胶沥青在排水路面中的应用日益得到重视，在美国已成为用于降噪排水路面的沥青胶结料重要类型之一。因此，采用橡胶沥青为胶结料，参考排水降噪沥青混合料设计方法，开展开级配橡胶沥青混合料的设计与性能评价工作意义重大。

1 工程概况

宁高高速公路是南京市区连接溧水、高淳两区及苏南、皖南地区的主要快速通道，是省干线公路网的组成部分，其中连接机场段有较长的线路穿越人口稠密地区。长期的高负荷运营，宁高高速公路的沥青路面陆续出现许多病害问题。结合路面大中修工程，在宁高高速公路K30处采用开级配橡胶沥青混合料罩面技术，通过大孔隙路面结构来降低路面噪声对周边居民的影响，路面结构采用预拌碎石 SAMI＋AR-OGFC13S(2.5cm)。

2 开级配橡胶沥青混合料设计方法

在国内外开级配抗滑混合料设计方法调研的基础上，结合OGFC的应用经验和橡胶沥青的性能特点，从级配范围控制、空隙率控制、试件成型方法和沥青用量确定等几个方面进行开级配抗滑混合料的配合比设计[3]。本次工程所用集料为句容茅迪公司石料厂产玄武岩，橡胶沥青由金邦公司加工生产，外掺剂采用P.O 32.5级水泥。

2.1 级配设计

级配设计是开级配沥青混合料配合比设计的重要环节，其基本思路都是通过减少细料用量(小于2.36mm)获取较大的空隙率。综合开级配橡胶沥青混合料应用较多的美国加州、德州、佛罗里达州和亚历桑那州级配要求和我省开级配混合料应用经验，初步提出橡胶沥青开级配混合料级配范围。根据级配范围，初选粗、中、细三个级配，采用初试沥青用量成型试件，根据目标空隙率确定设计级配，并最终确定本工程的合成级配见表1。

2.2 空隙率要求

开级配沥青混合料的路用性能与其空隙率关系密切。相关研究表明，开级配沥青混合料的排水性能随空隙率增加而提高，而力学性能、水稳定性、疲劳性能等则随空隙率增大而降低[4]。美国加州要求沥青路面磨耗层OGFC的空隙率大于18%，而德州要求18%～22%，我国部颁规范要求为18%～25%。从满足道路使用性能和防止路面堵塞角度出发，本工程的设计空隙率为22%。

2.3 成型方法

混合料试件采用何种成型方式和标准是配合比设计的基础，美国亚利桑那州开级配橡胶沥青混合料采用静压成型方法，而我国开级配沥青混合料大都采用50次马歇尔击实成型的方法[5]。研究表明，75次成型试件得到的空隙率较50次马歇尔击实明显偏小，与静压法得到的空隙率相差近1倍。以50次马歇尔击实成型试件与不采用橡胶沥青的OGFC混合料空隙率相当，且比75次击实更接近静压法得到的空隙率。而且较少的击实次数，可以显著减少开级配混合料粗集料被击碎的现象，对原有级配的影响较小。

2.4 沥青用量确定

对于如何确定AR-OGFC沥青用量，美国亚历桑那州提供的经验公式具有一定参考价值。但各国 (地区)的OGFC设计方法中，大都以预估沥青用量为基准，通过析漏试验和飞散试验对沥青用量进行验证。首先，按±0.5%、±1%变化沥青用量，分别进行析漏试验、飞散试验；然后，根据析漏试验和飞散试验的结果，以沥青析漏试验的反弯点作为最大沥青用量，以试件飞散试验的反弯点作为最少沥青用量，由此得到沥青用量的范围；最后，在此范围内再参照马歇尔试验的结果,选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量。按此思路确定的AR-OGFC13S沥青混合料的最佳油石比为8.9%，马歇尔试验测试结果见表2，析漏试验和飞散试验测测试结果见表3。

表2 AR-OGFC13S马歇尔试验结果

表3 AR-OGFC13S析漏试验和飞散试验测试结果

3 开级配橡胶沥青路面的应用及效果评定

开级配橡胶沥青路面采用橡胶沥青由70号道路石油沥青与橡胶粉高速搅拌制备，70号道路石油沥青必须满足规范的要求，橡胶粉应无铁丝或其它杂质，纤维比例应不超过0.5%。在成功进行拌和楼试拌的基础上，先进行试验段的施工组织和混合料性能验证，并完善施工工艺和调整开级配沥青混合料的级配。开级配橡胶沥青路面的施工与普通热沥青混合料基本一致，但在拌和、运输、摊铺、碾压等过程中严格遵守开级配橡胶沥青混合料的施工技术指南[6]。在开级配橡胶沥青混合料拌合时，严格控制集料和橡胶沥青的温度，防止橡胶沥青的过度老化，混合料出厂温度170℃左右。开级配沥青混合料由于具有较大的空隙率，其温度下降较快，应保证运到施工现场的混合料温度达到165℃左右，混合料温度过低会导致压实困难，空隙率偏大，而温度过高，会导致空隙率偏小，降低路面的排水降噪性能。开级配橡胶沥青混合料的初压采用HD130压路机前静后振压实2遍，复压采用DD110压路机静压2遍。

开级配橡胶沥青路面施工完成后，第二天即可对路面的压实度、降噪性能、抗滑性能和渗水性能进行测试。根据路面施工技术指南的要求，每车道200m钻取一个芯样，本路段AR-OGFC13S压实度的检测结果见表4。

表4 AR-OGFC13S路面压实度检测结果

由表4的测试结果可知，芯样的压实度平均101%左右，现场空隙率平均21%，与室内设计空隙率比较接近，说明配合比设计时选用的马歇尔击实次数和标准是合适的。

开级配沥青路面的重要特点是排水降噪性能优越，采用路面渗水仪对开级配橡胶沥青路面的渗水系数进行测试，所有测点的路面渗水系数在1000ml/min以上，具有良好的排水性能。为衡量开级配橡胶沥青路面的降噪性能，对橡胶沥青开级配罩面和未设罩面的旧路进行了噪音测试。为减少交通状况波动对测试结果的影响，每点测3次，每次3min。AC16旧路的噪音为83.4分贝，而AR-OGFC13S的噪音为81.2分贝，橡胶沥青开级配罩面比AC16旧路噪音平均低2.2分贝，虽然噪音绝对值降低不多，但现场测试时感受二者差异相当显著。

摩擦系数是衡量沥青路面抗滑性能的重要指标，通常采用摆式摩擦系数测定仪进行测试。在本路段每200m确定测点进行测试，摆式摩擦系数测定仪的摆值平均在90以上，远超过原AC16沥青路面的测试结果，表明开级配混合料路面具有更好的抗滑性能。

4 结束语

通过大量的室内和工程试验测试，采用双面击实50次的方法进行配合比设计，能够满足开级配橡胶沥青混合料的工程应用需求，而且采用析漏试验、飞散试验和马歇尔稳定度试验确定的混合料最佳沥青用量也较为合理，按此方法设计和施工的宁高高速公路AR-OGFC13S路面具有良好的降噪、排水、抗滑性能，达到工程预期目标。