排水沥青混合料与常规上面层沥青混合料技术性对比分析

邓娟华 陈宁

摘要：文章依托广西南宁经钦州至防城港段改扩建高速公路PAC-13排水沥青混合料铺筑工程实例，从材料要求、设计合成级配、混合料体积指标、路用性能、施工工艺、单位面积造价等方面，对PAC-1 3排水沥青混合料与常规上面层沥青混合料SMA - 13、AC- 13C、AR- AC13的技术性进行对比分析，研究PAC-13排水沥青混合料与常规上面层混合料的路用性能差异性，为广西区内后续高速公路排水功能型路面推广应用提供借鉴。

关键词：排水沥青混合料;上面层沥青混合料;技术性;路用性能;对比分析

中图分类号：U416. 217文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 004

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0011 - 05

0 引言

截至目前广西已通车将近6 000 km的高速公路，其上面层路面结构大多都采用AC -13C、SMA-1 3沥青混合料以及一部分的AR - AC13橡胶沥青混合料，其中AC- 13C混合料大多用于新建高速公路，SMA-1 3大多用于“白改黑”高速公路和改扩建高速公路，AR- AC13在部分高速公路得到推广应用（如2019年7月通车的阳鹿高速公路、2019年年底通车的崇水高速公路）。但随着路面技术的飞速发展，人们对高速公路路面在原来追求密实平整的基础上又提出了新的功能要求：尽量不积水、排水效果良好、抗滑安全性高、降噪且耐久。PAC- 13排水沥青混合料具有设计空隙率大（23%左右）、排水效果好、构造深度大、抗滑性能好、降噪、耐久等优点，也契合排水功能型路面的发展要求。早期排水沥青路面在江苏、江西、湖南等省份均进行了推广应用，也积累了相当丰富的实体应用和运营养护相关的经验，而广西在高速公路建设初期也尝试过排水沥青路面（ OGFC）的试验路铺筑，但并没有进行大面积地推广应用。

本文依托广西南宁经钦州至防城港段改扩建高速公路，开展PAC-1 3排水沥青混合料的铺筑，并研究其与主流的上面层沥青混合料SMA- 13、AC - 13C、AR - AC13的材料要求、设计合成级配、混合料体积指标、路用性能、施工工艺的技术差异性以及单位面积造价的合理性，为广西区内后续高速公路排水功能型路面的推广应用提供借鉴。

1 排水沥青混合料与常规上面层沥青混合料技术性对比

1.1原材料要求对比

1.1.1 集料指标要求对比

四种沥青混合料PAC-1 3、SMA-1 3、AC- 13C、AR- AC13对于集料大部分指标要求基本一致，一般按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）（以下简称“规范”）对于上面层粗、细集料的相关要求执行，但PAC-13排水沥青混合料对粗、细集料部分指标要求有所提高，增加粗集料高温压碎值指标要求（≤23%），常温压碎值提高要求至≤18%（原规范要求≤25%或26%），磨耗值提高要求至≤20%（原规范要求≤28%），针片状颗粒含量（混合料）提高要求至≤12%（一般规范要求≤15%），坚固性和软石含量也分别提高要求至≤8%（原规范要求12%）和1%（原规范要求3%）;同时细集料一般要求采用石灰岩机制砂，砂当量≥65（原规范要求≥60），亚甲蓝≤1.5 g/kg（原规范要求≤1.5 g/kg）。由此可见，相比SMA-1 3、AC - 13C、AR - AC13沥青混合料，PAC- 13排水沥青混合料对粗集料的强度、颗粒形状均有更高的要求，对细集料的洁净程度也要求更高。但目前从广西区内各个高速公路项目设计文件和相关技术条款来看，多数项目均提高了路面沥青混合料中集料的技术指标要求，总体上广西区内生产的辉绿岩或玄武岩上面层集料能达到此要求。

1.1.2 沥青指标要求对比

四种沥青混合料PAC-13、SMA- 13，AC- 13C、AR - AC13对于重载沥青路面设计时沥青的选择有所区别，其中SMA-1 3和AC - 13C沥青混合料一般采用SBS改性沥青（1- D）;AR- AC13沥青采用复合改性橡胶沥青;PAC- 13排水沥青混合料采用高粘改性沥青。三种沥青的指标要求有一定区别（具体可见表1）。

由表1的对比可知，高粘改性沥青相比SBS改性沥青（1-D）和橡胶沥青软化点和延度要求更高，高粘改性沥青增加了60℃运动黏度、170℃运动黏度的相关要求，且老化后相关指标也有所提高。因此整體来说，由于PAC - 13排水沥青混合料的骨架孔隙结构，设计空隙率达到18%～25%，对沥青胶结料黏度提出了更高的要求，在保证混合料空隙率足够大的前提下，混合料需具有一定的强度，但总体按照一般掺加8%的高粘改性剂与SBS改性沥青进行复配或采用成品高粘改性沥青指标都能达到此要求。

1.1.3 外加剂要求对比

四种沥青混合料PAC - 13、SMA - 13、AC - 13C、AR- AC13对于外加剂的选择也有一定的不同。其中PAC- 13和SMA- 13沥青混合料均需添加纤维外加剂，PAC- 13添加0.1%的聚酯纤维，SMA- 13添加0. 4%的木质素纤维，AC- 13C和AR- AC13 -般不添加任何外加剂（除有特殊需求的路段，抗车辙要求比较高的长大纵坡路段）。两种纤维在各自混合料中所起的作用有一定差别：在PAC - 13排水沥青混合料中添加使用聚酯纤维作为增塑稳定剂材料;在SMA-1 3沥青混合料中添加木质素纤维起到吸油、加筋作用。

1.2 设计合成级配和混合料体积指标对比

四种沥青混合料PAC-1 3、SMA- 13、AC - 13C、AR - AC1 3的常见合成级配和体积指标分别见表2和表3。

从表2所列的四种沥青混合料级配可知，AC -13C是传统悬浮密实结构，属于连续级配，整体级配相比其他三种要偏细一些;AR - AC1 3是介于悬浮密实结构和骨架密实结构中间的一种级配，但整体粗骨料用量也相对较大;SMA -1 3是典型的骨架密实型级配，整体粗骨料用量达到75%左右;PAC- 13是典型的骨架孔隙型级配，整体粗骨料用量达到82%左右。

从表3的对比结果可知，四种沥青混合料PAC -1 3、SMA- 13、AC - 13C、AR - AC13均采用马歇尔设计方法进行设计，重载交通SMA-13、AC- 13C、AR-AC1 3 -般采用双面击实75次进行级配设计，油石比分别采用5.8%～6.0%、4.8%～4.9%、5.9%～6. 1%左右;重载交通PAC-13排水沥青混合料一般采用双面击实50次进行级配设计，油石比一般采用4.8%～5.0%左右。总体来看PAC-13和AC- 13C的油石比基本一致，SMA- 13和AR - AC13瀝青混合料的油石比基本一致，且相对较高。空隙率控制方面，SMA-1 3、AC- 13C、AR - AC1 3都属于密实型混合料，空隙率一般在3%～4%左右;PAC- 13属于大孔隙混合料，空隙率一般在18%～25%左右。

1.3 主要路用性能检测指标对比

1.3.1 水稳定性指标对比

采用广西地区的辉绿岩集料拌制AC - 13C、SMA-1 3、PAC - 13、AR - AC13沥青混合料，空隙率等体积指标均满足规范和施工指南的要求，采用国标冻融劈裂试验（双面击实50次）和浸水马歇尔试验进行检验。试验结果如表4所示。

从试验结果可知，四种类型的上面层沥青混合料水稳定性没有明显的差异性。

1.3.2 高温稳定性指标对比

采用广西地区的辉绿岩集料拌制AC - 13C、SMA-1 3、PAC-1 3、AR - AC1 3沥青混合料，空隙率等体积指标均满足规范和施工指南的要求，然后进行高温稳定性试验对比（按照国标车辙试验进行检验，在60±1℃，0.7±0. 05 MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性）。动稳定度试验结果见表5。

从四种沥青混合料高温稳定性试验结果可知，AC- 13C沥青混合料的高温稳定性略差于其他三种沥青混合料，AR - AC13沥青混合料的高温稳定性略好于AC- 13C沥青混合料，SMA-1 3和PAC-1 3沥青混合料的高温稳定性基本接近。

1.3.3 抗滑性能指标对比

抗滑指标对比主要是对AC - 13C、SMA - 13、PAC-1 3、AR - AC1 3四种沥青混合料经过现场摊铺压实后（压实度保持在95%左右）成品路面的构造深度和摩擦系数指标进行对比，由于抗滑性能与集料的磨耗和磨光性能有一定关联，为减少偏差，四种混合料路面均采用广西统一地区的辉绿岩进行铺筑，并进行现场检测。试验结果见表6。

从表6抗滑性能指标可知，排水沥青混合料PAC-1 3具有较大的构造深度和摩擦系数，优于其他3种沥青混合料，具有优良的抗滑性能;SMA - 13构造深度相比AR - AC13、AC - 13C略好，但早期SMA- 13摩擦系数略小，抗滑性能次之;AR - AC1 3和AC- 13C构造深度、摩擦系数基本接近。

1.3.4 渗水系数指标对比

通过实测四种沥青混合料现场压实完毕渗水系数对比透水性能，渗水系数试验结果见表7。

从表7现场渗水系数对比可知，AC - 13C、AR -AC13、SMA-1 3三种沥青混合料在碾压遍数一致的情况下，渗水系数接近，密水良好;PAC- 13排水沥青混合料渗水系数>7 000 ml/min，渗水较大，具有良好的排水效果。

1.4 四种混合料的造价对比

根据广西地区原材料价格和人工单价初步估算四种沥青混合料AC - 13C、AR - AC13、SMA -13，PAC-1 3的单价（见表8），四种混合料的单价中AC-13C和AR - AC1 3较为接近，SMA- 13和PAC- 13整体单价接近。对于功能型路面来讲，PAC- 13造价也具有一定的优势。

1.5 施工工艺对比

根据四种沥青混合料的特点，本文着重对比四种混合料施工参数的差异性，从拌和温度、拌和时间、摊铺温度、碾压组合方式等几方面进行对比，其余运输环节、摊铺环节、人员组织等方面由于较为雷同不作对比。（1）拌和温度：AC - 13C、SMA - 13、PAC - 13、AR- AC13四种沥青混合料有一定差别，其中AC -13C改性沥青混合料要求一般为1 70℃～180℃，其他三种沥青为1 75℃～185℃。（2）拌和时间：AC -13C和AR - AC13两种沥青混合料较为接近，一般拌和周期在55 s左右，SMA- 13和PAC- 13由于需要添加纤维外掺剂，一般拌和周期在65 s以上。（3）摊铺温度：四种沥青混合料基本一致，一般都≥155℃。（4）碾压组合方式：AC - 13C和AR - AC13两种沥青混合料采用胶轮和双钢轮压路机组合的方式，一般双钢轮初压、胶轮和双钢轮开振进行复压、双钢轮终压;SMA- 13沥青混合料采用双钢轮组合碾压<复压双钢轮开振，终压双钢轮静压），一般不采用胶轮压路机;PAC- 13沥青混合料采用双钢轮和胶轮组合，钢轮采用静压不开振（一般作为初压和复压），胶轮作为终压。

2 排水沥青混合料现场铺筑实施情况

依托广西南钦防改扩建路面工程，现场选择部分路段进行PAC-13排水沥青混合料的铺筑，路段选择情况如下：（1）选择了长直线段中超高较小、横坡较小的路段，此路段容易在扩建后排水不及时，内侧积水，影响行车安全;（2）选择了缓和曲线偏多，造成多处变坡点的路段，此类型路段排水不畅;（3）选择了雨天一些事故多发路段。从以上选择的路段现场铺筑的效果来看，采用PAC - 13铺筑后的这些路段，雨后基本无积水，下雨期间雨雾现象明显减少，大大提高了路面安全性能，减少了高速公路的运营安全风险。

3 结语

本文依托广西南钦防高速公路改扩建路面工程开展PAC-13排水沥青混合料铺筑，并以目前广西主流的上面层沥青混合料SMA-13、AC- 13C、AR -AC13的材料要求、设计合成级配、混合料体积指标、路用性能、施工工艺、单位面积造价与PAC- 13排水沥青混合料进行对比分析，全面系统地分析PAC-1 3排水沥青混合料与SMA- 13、AC- 13C、AR - AC13沥青混合料的路用性能差异性，主要得出以下结论：

（1）PAC-13排水沥青混合料对所使用的集料指标要求提高幅度不大，广西区内产出的辉绿岩、玄武岩集料指标能够满足相关要求;可采用高粘改性剂与SBS改性沥青进行复合改性或采购成品高粘改性沥青，整体指标均可满足设计要求;级配设计和油石比选择并无特殊性，采用常规的马歇尔设计方法进行设计，油石比一般采用4.8%，级配采用骨架孔隙型的级配。

（2）根据PAC- 13排水沥青混合料和SMA-13、AC- 13C、AR - AC13沥青混合料路用性能进行对比并结合现场实施效果可知，PAC-13排水沥青混合料水稳定性能良好、高温稳定性能优异、抗滑性能優良、渗水系数较大，具有良好的排水功能。且广西独特的高温多雨气候（大部分地区雨季持续时间长且年降水量都在1 500 mm以上），为广西推广PAC- 13排水沥青混合料提供了良好的自然条件。

（3）根据单位造价对比和施工工艺对比可知，PAC-1 3排水沥青混合料单价合理，与SMA-1 3单价基本齐平或略低;PAC- 13排水沥青混合料施工较为便捷，重点控制摊铺温度、压实组合方式以及终压的时机，保证现场空隙率达到23%左右，使其具有良好的透水性。

通过上述的分析对比，希望为广西区内后续高速公路排水功能型路面推广应用提供借鉴。

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作者简介：邓娟华（1981-），工程师，从事公路施工、建设管理、养护、运营等工作。