陳曉梅, 郭健禹, 李瑩

(長春工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，吉林 長春 130012)

1 引言

中國高等級公路基本都采用瀝青路面，由于設(shè)計、原材料、施工等多方面原因其抗滑性能均不理想，表現(xiàn)為抗滑性能衰減過快，如何解決瀝青路面抗滑衰減過快一直是迫在眉睫的難題。近年來以壓力膠片技術(shù)的瀝青路面抗滑性能研究較新穎，張肖寧及張淑文等結(jié)合三維激光輪廓檢測儀和壓力膠片，研究了輪胎與路面的接觸特性及應(yīng)力分布，具有較好的探索意義，但研究中均未能提出新的瀝青路面抗滑及耐久性評價指標(biāo)；王端宜及李智等采用壓力膠片技術(shù)評價瀝青混合料的抗滑耐久性，提出了兩個較新穎的抗滑評價指標(biāo)，具有很好的指導(dǎo)意義，但這兩個指標(biāo)僅用來評價瀝青路面的抗滑性能，沒有考慮將該指標(biāo)用于瀝青路面的抗滑設(shè)計。該文正是基于壓力膠片研究成果，提出采用王端宜教授提出的抗滑性能衰減率來設(shè)計抗滑耐久型瀝青混合料，從級配設(shè)計的角度來提高瀝青路面的抗滑性能。

2 采用抗滑性能衰減率設(shè)計抗滑及耐久型瀝青混合料

瀝青路面抗滑層(上面層)的抗滑性能及其耐久性直接關(guān)系到道路交通的行駛安全，然而現(xiàn)階段瀝青混合料設(shè)計階段并沒有進(jìn)行專門的抗滑設(shè)計，該文利用壓力膠片技術(shù)，采用抗滑性能衰減率作為瀝青混合料設(shè)計階段的抗滑性能評價指標(biāo)，以此彌補現(xiàn)階段抗滑層瀝青混合料設(shè)計階段無抗滑設(shè)計的缺陷。

2.1 試驗設(shè)計方案及過程

通常上面層骨架密實型SMA和GAC級配的瀝青混合料抗滑性能優(yōu)于密實懸浮型AC，該節(jié)主要以SMA和GAC級配為研究對象，試圖設(shè)計不同骨架嵌擠級配的瀝青混合料，通過抗滑性能衰減率對其抗滑性能及耐久性進(jìn)行評價，進(jìn)而比選出最佳的抗滑層級配。石立萬通過對SMA混合料內(nèi)部主骨架接觸力鏈的研究發(fā)現(xiàn)，2.36 mm以下的集料幾乎不參與主力鏈骨架的構(gòu)成。因此，該節(jié)試驗中SMA的級配設(shè)計重點圍繞9.5、4.75 mm兩檔集料來研究理想的抗滑級配，鑒于同樣屬于骨架密實型的級配組成，GAC-13也按此設(shè)計理念，并輔助密實懸浮型AC級配作為參照對比。

瀝青混合料的原材料均采用輝綠巖和SBS改性瀝青。各個試件均選擇公稱最大粒徑13.2 mm，SMA礦粉用量10.0%，GAC-13和AC礦粉用量均為4.0%；SMA使用木質(zhì)素纖維，摻量為混合料重的0.3%，集料內(nèi)摻；SMA的瀝青用量為6.0%，GAC和AC的瀝青用量為4.8%；按上述設(shè)計要點，成型瀝青混合料車轍板，每種級配成型3塊，分別進(jìn)行0、2、4、6、8 h加速加載搓揉試驗[試驗裝置增加了恒溫水浴，可控溫度從室溫到70 ℃；試件橫向移動速度10 cm/min；車輪行走次數(shù)：(42±1)次/min；碾壓輪輪重：42～100 kg(可調(diào))。加速加載搓揉試驗是為了在室內(nèi)模擬瀝青路面在行車作用下瀝青路面的抗滑性能變化過程]，在不同搓揉階段進(jìn)行壓力膠片試驗，統(tǒng)計分析抗滑性能衰減率，并取3組平行試驗的均值作為最終分析結(jié)果。設(shè)計的各級配各檔質(zhì)量通過百分率見表1、2。

表1 SMA不同級配各檔質(zhì)量通過百分率

表2 GAC不同級配各檔質(zhì)量通過百分率

2.2 數(shù)據(jù)分析

不同級配不同搓揉試驗階段抗滑性能衰減率統(tǒng)計結(jié)果如表3、4所示，分為大量程(0.5～2.5 MPa)和小量程膠片(0.2～0.6 MPa)，大量程膠片應(yīng)力檢測范圍大，小量程膠片應(yīng)力檢測范圍小，但小量程檢測精度更高，由于應(yīng)力集中存在，會有一部分應(yīng)力超過小量程的最大量程0.6 MPa，因此用大量程做輔助及補充，兩者對照也更能凸顯出檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)壓力膠片檢測的輪胎與車轍板的接觸面積，采用壓力膠片專業(yè)軟件，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和分析等一系列過程，采用式(1)計算抗滑性能衰減率：

(1)

式中：AΔ為抗滑性能衰減率(%)；a0為初始接觸面積(mm2)；ai為搓揉第ih階段的接觸面積(mm2)。

由表3可以看出：① 通過大小量程膠片試驗結(jié)果對比，搓揉8 h后SMA的抗滑性能衰減率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于AC，說明作為抗滑層SMA具有更優(yōu)的抗滑性能及耐久性能；② 通過對比SMA 的7種不同配比路面板抗滑性能衰減率的遞增趨勢，1～3號路面級配中9.5、4.75 mm兩檔篩孔通過率較大，即混合料總體偏細(xì)，隨著1～3號級配粗集料增加，抗滑性能衰減率確實有遞減現(xiàn)象，遞增遞減較明顯，而且最終搓揉8 h后抗滑性能衰減率依然是1～3號逐漸遞減，伴隨1～4號路面隨集料級配逐漸增粗，抗滑性能衰減率明顯遞減，搓揉后期亦表現(xiàn)同種規(guī)律，說明1～4號SMA路面抗滑性能及耐久性能隨混合料級配變粗而遞增；然而通過4～7號數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，即使同樣增粗混合料級配，搓揉8 h后最終的抗滑性能衰減率有遞增趨勢，大小量程膠片采集數(shù)據(jù)的變化趨勢表現(xiàn)基本一致；因此，盡管繼續(xù)增粗5～7號混合料配比，但對路面抗滑性能及抗滑耐久性能并無實質(zhì)性貢獻(xiàn)，反而會降低路面后期的抗滑性能，即抗滑耐久性有所損失；③ 綜合分析推薦采用SMA-4號配比作為路面抗滑層級配，在保證有效的抗滑性能及耐久性的前提下，可適當(dāng)調(diào)整此級配中9.5、4.75 mm兩檔篩孔通過率為路面工程所使用。

表3 SMA不同階段抗滑性能衰減率統(tǒng)計表

表4 GAC不同階段抗滑性能衰減率統(tǒng)計表

由表4可以看出：① 通過大小量程膠片試驗結(jié)果對比，搓揉8 h后GAC的抗滑性能衰減率均低于AC，說明作為抗滑層GAC具有更優(yōu)的抗滑性能及耐久性能；② 通過對比GAC 的7種不同配比路面板抗滑性能衰減率的變化趨勢，1～3號路面級配中9.5、4.75 mm兩檔篩孔通過率較大，即混合料總體偏細(xì)，隨著1～4號級配粗集料增加，最終抗滑性能衰減率確實有遞減現(xiàn)象，遞減趨勢較明顯，說明1～4號GAC路面抗滑性能及耐久性能隨混合料級配變粗而遞增；然而通過4～7號數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，即使同樣增粗混合料級配，搓揉8 h后最終的抗滑性能衰減率有遞增趨勢，大小量程膠片采集數(shù)據(jù)的變化趨勢表現(xiàn)基本一致；因此，盡管繼續(xù)增粗5～7號混合料配比，但對路面抗滑性能及抗滑耐久性能并無實質(zhì)性貢獻(xiàn)，反而會降低路面后期的抗滑性能，即抗滑耐久性有所損失；③ 綜合分析推薦采用GAC-4號配比作為路面抗滑層級配，在保證有效的抗滑性能及耐久性的前提下，可適當(dāng)調(diào)整此級配中9.5、4.75 mm兩檔篩孔通過率為路面工程所使用；④ 對于GAC-13和SMA-13路面，兩者1～3號配比中只改變9.75 mm檔篩孔通過率，3～5號改變4.75 mm檔篩孔通過率，5～7號配比再次改變9.75 mm檔篩孔通過率，以此不斷增粗混合料級配，發(fā)現(xiàn)改變4.75 mm檔篩孔通過率時瀝青路面的抗滑性能變化顯著，即合理控制4.75 mm檔篩孔通過率是瀝青混合料抗滑性能設(shè)計的關(guān)鍵；⑤ 總結(jié)發(fā)現(xiàn)抗滑性能方面：SMA>GAC>AC，SMA-4和GAC-4及GAC-5具有優(yōu)良的抗滑性能及耐久性，推薦其作為路面抗滑層，條件具備時優(yōu)先選用SMA-4。

3 結(jié)論

(1)設(shè)計不同級配類型的瀝青路面抗滑層，重點通過改變9.5、4.75 mm兩檔篩孔通過率，采用抗滑性能衰減率評價其抗滑性能及耐久性，最終總結(jié)發(fā)現(xiàn)：改變4.75 mm檔篩孔通過率時瀝青路面的抗滑性能變化顯著，即合理控制4.75 mm檔篩孔通過率是瀝青混合料抗滑性能設(shè)計的關(guān)鍵。抗滑性能方面：SMA>GAC>AC，SMA-4和GAC-4及GAC-5具有優(yōu)良的抗滑性能及耐久性，推薦其作為路面抗滑層，條件具備時優(yōu)先選用SMA-4。并可適當(dāng)調(diào)整此級配中9.5、4.75 mm兩檔篩孔通過率為路面工程所使用。

(2)該文采用抗滑性能衰減率設(shè)計抗滑耐久型瀝青混合料可以為瀝青路面的抗滑設(shè)計提供新思路。