基于超薄层罩面技术的高粘沥青混合料性能及粘接力研究

樊祥磊 张四恒 李文凯 邵景干 王俊超

摘 要： 为了探究超薄罩面层技术在实践应用方面研究的不足，解决沥青路面养护与维修的问题，对UTAC-7、Novachip-B及OGFC-7之3种超薄罩面层沥青混合料的路用性能展开研究。结果表明：3种沥青混合料动稳定度均不低于3 000次/mm，Novachip-B沥青混合料动稳定度最优，低温环境下UTAC-7沥青混合料抗弯拉强度最大，且不同温度时UTAC-7沥青混合料弯曲破坏应变均最大；3种沥青混合料均表现出较好的水稳定性能，其中Novachip-B沥青混合料水稳定性能最优，OGFC-7沥青混合料抗滑能力最优；3种沥青混合料层间粘接强度随着乳化沥青撒布量的增加均呈现先升高后降低的趋势，乳化沥青撒布量相同时UTAC-7沥青混合料层间粘接强度均最优。

关键词： 超薄罩面层；矿料级配；油石比；沥青混合料；路用性能

中图分类号： U416.217；TQ177.6+3

文献标志码： A  文章编号： 1001-5922（2023）08-0062-04

Study on the performance and bond strength of high viscosity asphalt

mixture with ultra-thin overlay

FAN Xianglei1，ZHANG Siheng1，LI Wenkai3，SHAO Jinggan3，WANG Junchao3

（1.Henan Expressway Test and Inspection Co.， Ltd.，Zhengzhou 450121，China; 2.Henan Transport Investment Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 450016，China；

3.Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.，Ltd.，R & D  Center of Green High Performance Material Application Technology Transportation Industry，Zhengzhou 450046，China ）

Abstract：

In order to explore the shortcomings of the research on the practical application of ultra-thin overlay technology and solve the problems of asphalt pavement maintenance and repair，this paper studies the road performance of three ultra-thin overlay asphalt mixtures，UTAC-7，Novachip-B and OGFC-7.The test results show that the dynamic stability test results of three asphalt mixtures are not less than 3000 times/mm，and Novachip-B asphalt mixture dynamic stability test results are the best.UTAC-7 asphalt mixture has the largest flexural tensile strength under low temperature environment.The low temperature bending failure strain test results of ultra-thin overlay with different grading types increase gradually with the increase of test temperature，and UTAC-7 asphalt mixture test results are the largest at different test temperatures.The three asphalt mixtures all show good water stability，among which Novachip B asphalt mixture has the best water stability.OGFC-7 asphalt mixture has the best skid resistance.The interlaminar bond strength of the three asphalt mixtures increase first and then decrease with the increase of emulsified asphalt distribution，and UTAC-7 asphalt mixture has the best interlaminar bond strength with the same emulsified asphalt distribution.

Key words：

ultra thin coating；mineral aggregate gradation；oil stone ratio；asphalt mixture；road performance

現阶段我国路面养护主要包括预防性养护及矫正养护，预防性养护主要是指在路面还未出现严重破坏之前进行的“保养”，例如薄层罩面，矫正养护是指路面已经严重破坏且对行车安全造成威胁而进行的修复，例如铣刨重铺[1-2]。相关工程实践表明，沥青路面在使用寿命前75%的时间内，路用性能会衰退40%左右，如果没有采取有效的预防性养护，路面使用质量会急剧下降，造成后期修复成本大幅度增加以及使用年限减少，如果能够及时进行预防性养护，不仅能够大幅度降低后期修复成本而且会延长路面的使用寿命[3]。选用UTAC-7、Novachip -B和开级配磨耗层OGFC-7之3种预防性养护混合料展开研究，通过对 UTAC-7、半开级配 Novachip-B 及开级OGFC-7设计，确定3种超薄罩面层矿料级配及最佳油石比；最后对不同级配类型的超薄罩面层进行车辙、低温弯曲、水稳定性、抗滑及层间粘接能力等试验来分析3种超薄罩面层的路用性能，为超薄罩面层在预防性沥青路面养护工程中的推广提供理论支撑。

1 原材料

1.1 礦料

选用粒径分别为5～10、3～5 mm玄武岩碎石作为粗骨料；粒径为0～3 mm机制砂作为细骨料；矿粉由石灰岩磨细制得。

1.2 沥青

本文选用粘附性好，抗老化性能强的特种高粘度改性沥青（许昌金欧特沥青股份有限公司生产）。乳化沥青能够将超薄罩面层与原路面结合在一起，形成稳固的整体。为防止摊铺后的超薄罩面层在车辆轴载作用下产生推移、起皮等病害，选用由河南省大道路业有限公司生产的特种复合改性乳化沥青。2种沥青主要指标如表1、表2所示。

2 沥青混合料配合比设计

[JP3]借鉴《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）沥青混合料设计原理，结合超薄罩面层的功能特性及工程应用，同时参考相关文献，本文选用UTAC、Novachip 及开级配OGFC 3种超薄罩面沥青混合料，以骨料孔隙填充法来设计矿料级配，所用矿料最大粒径为 7.0 mm。矿料及沥青分别选用上文中的粗、细骨料、矿粉及高粘沥青，3种超薄罩面矿料级配设计结果如表3所示；马歇尔技术指标试验结果如表4所示。

3 路用性能

3.1 高温稳定性

本研究选用室内60 ℃车辙试验来评价不同级配类型超薄罩面层的高温抗车辙能力，结果如图1所示。

由图1可知，3种混合料动稳定度均不低于3 000次/mm， 表明3种混合料均具有较好的高温抗车辙能力，其中Novachip-B混合料动稳定度最优，OGFC-7混合料动稳定度最低，这主要因为3种混合料矿料级配及最佳油石比的差异引起的，Novachip-B混合料骨料嵌挤效果具有更好的高温抗车辙能力。

3.2 低温抗裂性

裂缝是沥青路面常见的病害形式，裂缝形成的因素有多种，主要包括2类：一是由水稳基层的裂缝反射到路表形成的，这类裂缝往往贯穿沥青路面结构层，二是由路表结构层内部的温缩应力造成的，当混合料内部的允许拉应力小于因温度变化而产生的温缩应力时，沥青路面就会发生开裂[4]。本文选用-10、0、15 ℃ 3种不同的温度进行小梁弯曲试验来评价3种超薄罩面层沥青混合料的抗开裂能力，结果分别如图2、图3所示。

由图2可知，随着温度的升高，3种混合料抗弯拉强度均呈现先升高后降低的趋势，且均在0 ℃时到达峰值，当温度较低时， UTAC-7混合料抗弯拉强度最大；温度高于0 ℃时，Novachip-B混合料抗弯拉强度最大，这主要因为沥青混合料属于粘弹性材料，温度影响较大。[JP2]当温度较低时混合料呈脆性破坏；当温度较高时呈柔性破坏；当温度较低时，抗弯拉强度随温度升高逐渐变大；当温度较高时，抗弯拉强度随温度升高逐渐变小。

由图3可知随着温度的不断升高，不同级配类型的超薄罩面层混合料弯曲破坏应变均逐渐升高，且不同温度时UTAC-7混合料均最大，这主要因为温度越高沥青的粘韧性越强，其中UTAC-7混合料抗开裂能力最优是由最佳油石比较大及矿料级配引起的。

3.3 水稳定性

沥青路面长期受到紫外线、车辆轴载以及雨水冲刷等外界因素的综合作用，沥青随着沥青路面使用年限的增加而逐渐老化，沥青与矿料之间的粘接能力降低，在车辆轮胎及孔隙中动水压力的作用下，沥青胶浆极易从粗骨料之间剥落， 坑槽、松散等路面病害的出现是水稳定性差的主要表现形式[5]。本研究选用浸水马歇尔及冻融劈裂试验来评价不同级配类型超薄罩面层的抗水损害能力，结果分别如图4、图5所示。

由图4、图5可以得出，不同级配类型超薄罩面层混合料的浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留强度比试验结果均分别不低于85%、80%的规范要求，表明3种混合料均具有较好的抗水损害能力，其中Novachip-B混合料抗水损害能力最优。

3.4 抗滑性能

抗滑能力是超薄罩面层最重要的性能之一，为保证行车安全，对超薄罩面层抗滑能力的研究尤为重要[6]。本研究选用构造深度及摆值试验来评价不同级配类型超薄罩面层的抗滑能力，构造深度及摆值试验结果分别如图6、图7所示。

由图6、图7可知，不同级配类型超薄罩面层构造深度、摆值均能分别满足规范不低于0.55 mm，45 BPN 20 ℃的要求，表明3种混合料均具有较好的抗滑能力，其中OGFC-7混合料抗滑能力最优。

3.5 层间粘接能力

路面结构层层间的粘接能力不足会引起路面推移、脱皮等病害的出现，降低行车安全性[7-8]。本研究选用45°斜剪试验来分析不同级配类型超薄罩面层的层间粘结能力，分别对3种混合料层间以不同撒布量撒布复合改性乳化沥青并进行45°斜剪试验，抗剪强度试验结果如图8所示。

由图8可知，随着乳化沥青撒布量的增加，不同级配类型超薄罩面层的抗剪强度均出现先增大后减小的变化趋势，UTAC-7、Novachip-B、 OGFC-7之3种混合料分别在乳化沥青撒布量为0.6、0.8、  0.6 kg/m2时抗剪强度达到峰值，且在乳化沥青撒布量相同时UTAC-7混合料抗剪强度均最优。

4 结语

（1）3种超薄罩面层沥青混合料动稳定度均不低于3 000次/mm，表明3种混合料均具有较好的高温抗车辙能力，其中Novachip-B混合料动稳定度最优；[JP2]3种混合料均具有较好的抗水损害能力，其中Novachip-B混合能力最优。从高温抗车辙、抗水损害性能方面考虑，Novachip-B混合料性能最优；（2）随着温度的升高，3种混合料弯曲破坏应变均逐渐升高，且不同温度时UTAC-7混合料均最大；随着乳化沥青撒布量的增加，不同级配类型超薄罩面层的抗剪强度均出现先增大后减小的变化趋势，且在乳化沥青撒布量相同时UTAC-7混合料抗剪强度均最大，从抗开裂及抗剪切性能方面考虑，UTAC-7混合料性能最优；

（3）3种混合料构造深度及摆值均能满足规范不低于0.55 mm，45 BPN 20 ℃的要求，表明3种混合料均具有较好的抗滑能力，其中OGFC-7混合料抗滑能力最优。

【参考文献】

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