謝 萍

(上海市松江區(qū)公路(市政)管理署，上海 201620)

微表處是一種道路工程薄層罩面技術(shù)，采用專用機械設(shè)備將聚合物改性乳化瀝青、粗細集料、填料、水和添加劑等按照設(shè)計配比拌和成稀漿混合料攤鋪到原路面上，并很快開放交通的具有高抗滑性能和耐久性能的薄層。它是當前性價比較高的一種道路預(yù)養(yǎng)護措施。但長期以來，車輛行走在微表處路面上會帶來高于一般道面的噪音，這一點困擾著微表處的研究者和使用者。經(jīng)過了級配和組成重構(gòu)的低噪音微表處的誕生給這一養(yǎng)護措施帶來了新的面貌，然而對于低噪音微表處的路用性能的研究尚不成熟和完善。本文將針對全新的低噪音微表處進行路用性能的影響因素研究分析，以期為施工中配合比組成設(shè)計提供重要參考。

1 試驗材料與組成設(shè)計

1.1 材料

(1)改性乳化瀝青。為使研究對象具有代表性，選用上海龍孚道路養(yǎng)護工程有限公司生產(chǎn)的成品改性乳化瀝青，采用最新研發(fā)的廣域型EM530慢裂快凝型乳化劑，它對集料類型和處理程度有較高的容忍度。由EM530乳化的改性乳化瀝青技術(shù)指標如表1所示。

表1 微表處用改性乳化瀝青

為了探究不同種類的聚合物改性乳化瀝青微表處路用性能之間的差異，將改性乳化瀝青與某國產(chǎn)成品SBR膠乳改性乳化瀝青(簡稱SBR-1)和某進口SBR膠乳改性乳化瀝青(簡稱SBR-2)進行了路用性能對比，試驗選用的成品改性乳化瀝青均符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對乳化瀝青的技術(shù)要求，且已在多個實際工程項目中得到使用和后期檢測。

(2)集料和礦粉。試驗用集料來自江蘇溧陽產(chǎn)玄武巖，根據(jù)低噪音級配設(shè)計，將其篩分成0～3、3～5和5～8三檔備用，其中礦粉不參與低噪音微表處級配設(shè)計，而是作為外添加物使用，集料的篩分結(jié)果如表2所示。

表2 集料分檔篩分結(jié)果

(3)水泥。本文的微表處路用性能試驗部分將礦粉和水泥作為添加物使用，水泥使用425普通硅酸鹽水泥。

(4)橡膠屑。本研究用的微表處混合料低噪音的效果主要來自兩方面，特殊的級配設(shè)計和橡膠屑。因此適當?shù)南鹉z的加入是降低噪音的關(guān)鍵要素之一，橡膠屑應(yīng)為通過常溫磨碎或?；椒ㄖ瞥傻南鹉z顆粒碎屑，研究所用橡膠屑技術(shù)指標和實測值如表3所示。

表3 橡膠屑物理特性技術(shù)要求

1.2 dB60級配設(shè)計

集料級配對微表處路用性能有著重要的影響，也是影響行車噪音的另一個關(guān)鍵。適當降低粗集料的使用，加入優(yōu)質(zhì)種類的中粒徑集料(3～5 mm)、加強集料間嵌擠效應(yīng)、降低鋪設(shè)厚度與集料最大粒徑之差、采用間斷級配以增加粗集料的比例，是dB60級配的設(shè)計原則。但是，從級配角度降低噪音的處理對路用性能存在影響，油石比隨著粗集料的增加而減少，這將導(dǎo)致耐久性的降低。增加油石比有助于提高微表處的耐久度，但會造成對微表處表觀結(jié)構(gòu)造成泛油、粘輪等不利影響。表4為dB60專用低噪音微表處級配。

表4 dB60低噪音級配

1.3 試驗方法

根據(jù)JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對微表處的指標要求，按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中指定試驗進行。分為施工性能試驗和路用性能試驗，其中施工性能試驗主要包括拌和試驗、破乳時間試驗、黏聚力試驗；路用性能試驗包括濕輪磨耗試驗、負荷輪粘砂試驗，如表5所示。

表5 微表處主要試驗方法

2 影響因素的試驗分析

依據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》，1 h濕輪磨耗試驗主要用來確定混合料瀝青用量的最小值，以及評價微表處混合料的耐磨性能。而6 d濕輪磨耗試驗則反映了微表處混合料抵抗水損壞能力的優(yōu)劣。本節(jié)分析了dB60級配的低噪音微表處1 h濕輪磨耗值及6 d濕輪磨耗值，研究油石比、摻水量、添加無對微表處抗磨耗性能和水穩(wěn)定性能的分析。

2.1 油石比

依據(jù)表3所示低噪音專屬級配(以下簡稱dB60)的微表處混合料，改變?nèi)榛癁r青用量，進行1 h和6 d濕輪磨耗試驗，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 低噪音微表處濕輪磨耗值隨油石比變化趨勢

由圖1可以看出微表處混合料的1 h濕輪磨耗值及6 d濕輪磨耗值均隨著油石比的增大而減小，最后趨于平緩。這種規(guī)律在6 d磨耗值試驗結(jié)果中更為明顯，此時集料和瀝青之間的裹覆性減弱，在水作用下更容易出現(xiàn)剝落情況。油石比的增加使瀝青和集料間的裹覆更加完全，瀝青膜面積和厚度增加，并且在乳化瀝青用量過低時，抗水損壞性能對油石比的變化更為敏感，隨著油石比增大，抗水損壞性能增加趨勢逐漸減小。

2.2 摻水量

選取dB60級配，采用上一節(jié)確定的最佳油石比(11.5 %)，以0.5 %的間隔變化摻水量，研究摻水量對微表處抗磨耗性的影響，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 低噪音微表處濕輪磨耗值隨摻水量變化曲線

由圖2可以看出，低噪音微表處的抗磨耗性在一定范圍內(nèi)隨著摻水量的增加而提升，最后趨于穩(wěn)定，當摻水量<2.5 %時，6 d濕輪磨耗值隨著摻水量的增大而下降，抗水損壞性能增加；當摻水量>2.5 %時，6 d濕輪磨耗值反而有所增大，其中原因在于水量過多會使拌和時細集料上浮，造成混合料分層?；旌狭仙舷聦佑褪炔煌饔孟律蠈右装l(fā)生剝落、塊裂現(xiàn)象，微表處的拌和水量應(yīng)有根據(jù)集料特性、級配參數(shù)、養(yǎng)護指標、施工條件、氣候環(huán)境等多方面因素制定合理范圍。增加摻水量能在一定范圍內(nèi)提升低噪音微表處的水穩(wěn)定性。

2.3 水泥和礦粉

選用dB60微表處級配，采用上一節(jié)確定的最佳油石比(11.5 %)，摻水量(2.0 %)以0.5 %和1.0 %質(zhì)量比的間隔分別摻入礦粉和水泥，進行1 h和6 d濕輪磨耗試驗，研究不同添加物對微表處抗磨耗性和水穩(wěn)定性的影響，試驗結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 濕輪磨耗值隨水泥用量的變化曲線

圖4 濕輪磨耗值隨礦粉用量的變化曲線

從圖3可知，添加水泥可以提升微表處的抗磨耗性和水穩(wěn)定性，摻入0.5 %的水泥后，1 h磨耗值下降了35 %，6 d磨耗值下降了17 %。當水泥用量小于1.0 %時，增加水泥用量，微表處的耐磨性和水穩(wěn)定性提升明顯；當水泥的用量大于1.0 %后，再增加水泥的用量，混合料的耐磨性沒有明顯變化，水穩(wěn)定性有所下降。源自破乳是一個排水的過程，無法排除的水分會呈游離狀態(tài)進入混合料間隙，早期強度形成減緩，而水泥加入后可以有效消耗多余水分，從而提升早期強度和耐磨耗性。另一方面，水化產(chǎn)物作為填料進入微表處混合料的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，使瀝青-集料間的粘結(jié)力增強，提升了微表處的整體強度，水穩(wěn)定性上升。但是，當水泥摻量過高，例如達到1.5 %，6 d磨耗值不減反升，顯示加入水泥有一個合適的范圍?？紤]經(jīng)濟和拌和效果，建議低噪音微表處的水泥用量不超過1.5 %。

從圖4可知，添加礦粉后的1 h磨耗值和6 d磨耗值均呈下降趨勢。當?shù)V粉摻量小于2 %時，抗磨耗性和水穩(wěn)定性提升明顯；礦粉摻量超過2 %，提升幅度略有下降，顯示適量礦粉是改善微表處混合料路用性能的有效手段。但是礦粉摻量增高在增加原材料成本的同時會改變集料的級配，因此作為添加劑時，建議礦粉的摻量控制在2 %以內(nèi)。綜合來看，相比礦粉，適量水泥對改善微表處混合料耐磨性和水穩(wěn)定性的作用更明顯，且經(jīng)濟效益更高，其中0.5 %水泥摻量下6 d磨耗值達到504 g/m2，而相同水平下礦粉摻量需要達到3 %(501.91 g/m2)。但是礦粉相比水泥對提升微表處耐磨性和水穩(wěn)定性的效果更穩(wěn)定，具體選取哪一種需要結(jié)合實際用到集料情況，在大量試拌、試鋪的前提下完成。

2.4 橡膠屑

橡膠屑具有吸收和弱化噪聲的作用，它的加入可使得微表處混合料在攤鋪完成后進一步降低噪聲，并且適當可增加微表處的彈性模量。依舊選用dB60微表處級配，采用上一節(jié)確定的最佳油石比(11.5 %)，摻水量(2.0 %)以0.5 %和1.0 %質(zhì)量比的間隔分別摻入橡膠屑，進行1 h和6 d濕輪磨耗試驗，研究不同摻量的橡膠屑對微表處抗磨耗性和水穩(wěn)定性的影響，試驗結(jié)果見圖5。

圖5 濕輪磨耗值隨橡膠屑摻量的變化曲線

從圖5可知，添加橡膠屑也可以提升微表處的抗磨耗性和水穩(wěn)定性，2.5 %的橡膠屑是一個臨界值，大于它之后1 h和6 d的濕輪磨耗值均趨于平穩(wěn)，更多的橡膠屑并不能帶來更優(yōu)的路用性能。推薦2.5 %為橡膠屑的標準添加量。

3 結(jié)論

針對油石比、摻水量、水泥、礦粉和橡膠屑等因素，研究了他們對低噪音微表處混合料抗磨耗性能和抗水損性能的影響，主要結(jié)論如下：

(1)低噪音微表處混合料的1 h濕輪磨耗值及6 d濕輪磨耗值均隨著改性乳化瀝青用量的增大而減小后趨于平緩，油石比增加可適當改善微表處的抗磨耗性能和水穩(wěn)定性。

(2)微表處混合料抗磨耗性在一定范圍內(nèi)隨著摻水量的增加而提升，摻水量在2.5 %以下時，耐磨性和水穩(wěn)定性隨摻水量增加而提升；當摻水量超過2.5 %后，抗磨耗性能和抗水損性能提升效果減緩甚至衰退。

(3)水泥可以提升微表處混合料抗磨耗性和水穩(wěn)定性，水泥用量<1.0 %時，增加水泥用量，微表處的耐磨性和水穩(wěn)定性提升明顯；當水泥的用量>1.0 %后，混合料的耐磨性沒有明顯變化，水穩(wěn)定性有所下降。

(4)礦粉可改善微表處的路用性能，當其摻量小于2 %時，抗磨耗性和水穩(wěn)定性提升明顯；超過2 %時，提升幅度略有下降，鑒于礦粉會改變級配，建議礦粉摻量控制在2 %以內(nèi)。

(5)大于2.5 %之后1 h和6 d的濕輪磨耗值均趨于平穩(wěn)，推薦2.5 %為橡膠屑的標準添加量。