陳林城

(廣東華路交通科技有限公司， 廣州 510420)

0 引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市噪音已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的正常生活，交通噪音是城市噪音污染的來(lái)源之一。超薄磨耗層是一種具有改善行駛質(zhì)量、降低噪音、提升安全特性等路面功能的養(yǎng)護(hù)措施，能夠節(jié)約建設(shè)成本，降低環(huán)境噪音，抗滑提升效果好等優(yōu)勢(shì)，因此在我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

對(duì)超薄磨耗層的已有諸多研究[1-4]，郭特紅[5]等對(duì)SMA-13、OGFC-13、NovaChip Type C和AC-13四種常用的超薄磨耗層瀝青混合料的路用性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：NovaChip Type C和SBS改性瀝青混合料具有較好的路用性能；陳華鑫[6]等對(duì)超薄磨耗層瀝青路面的層間抗剪性能進(jìn)行了研究；結(jié)果表明：層間抗剪強(qiáng)度順序?yàn)镹ovaChip>SMA>AC>OGFC。王玉江[7]研究了橡膠高粘改性瀝青開(kāi)級(jí)配抗滑(磨耗)層的降噪性能，結(jié)果表明：這種抗滑層具有良好的降噪效果。但是這些研究并沒(méi)有對(duì)比分析不同類(lèi)型的超薄磨耗層降噪效果，因此本文對(duì)不同礦料級(jí)配的超薄磨耗層的路用性能和降噪效果進(jìn)行試驗(yàn)研究，綜合考慮路用性能和降噪效果，提出了一種降噪耐久的超薄磨耗層類(lèi)型，為道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)決策提供參考。

1 試驗(yàn)材料檢測(cè)

1.1 瀝青

采用殼牌公司提供的SBS改性瀝青，并進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。

1.2 石料

粗集料采用5～10mm和3～5mm共兩檔輝綠巖，細(xì)集料采用0～3mm石灰?guī)r磨細(xì)的人工砂。對(duì)集料的壓碎值、粘附性、洛杉磯磨耗值、針片狀含量等性能指標(biāo)按照規(guī)范要求測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均符合規(guī)范要求，可以用于試驗(yàn)和實(shí)際施工使用。

1.3 礦粉和纖維

采用石灰?guī)r磨細(xì)得到的礦粉作為填料，SMA中使用的纖維為深圳市海川公司提供的木質(zhì)素纖維，對(duì)礦粉和纖維進(jìn)行性能檢測(cè)，均符合規(guī)范要求。

2 超薄磨耗層配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配的確定

超薄磨耗層是一種經(jīng)濟(jì)有效的路面養(yǎng)護(hù)措施，設(shè)計(jì)厚度為1.5～2.5cm[8]。它不僅能夠有效改善路面的行駛質(zhì)量，提升路面的抗滑性能，而且能夠節(jié)約建設(shè)成本，降低環(huán)境噪音，因此得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。在我國(guó)路面養(yǎng)護(hù)維修中已經(jīng)使用了多碎石瀝青路面SAC、法國(guó)BBM、開(kāi)級(jí)配OGFC、半開(kāi)級(jí)配N(xiāo)ovaChip、間斷級(jí)配 SMA、粗骨架高結(jié)合料瀝青混合料CMHB等十幾種超薄磨耗層級(jí)配。但是在抗滑、降噪和耐久性方面，并不是所有的級(jí)配都能夠加以應(yīng)用，本文主要選取在我國(guó)超薄磨耗層中應(yīng)用較廣的OGFC-10、NovaChip Type B-10和SMA-10三種級(jí)配類(lèi)型進(jìn)行分析。三種級(jí)配瀝青混合料級(jí)配匯總和級(jí)配曲線(xiàn)如表2和圖1所示。

表1 殼牌SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 超薄磨耗層礦料級(jí)配

圖1 三種超薄磨耗層礦料級(jí)配曲線(xiàn)

2.2 最佳油石比的確定

使用馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，對(duì)三種級(jí)配的瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到三種不同級(jí)配類(lèi)型瀝青混合料的最佳油石比。在最佳油石比的情況下，三種瀝青混合料的試驗(yàn)指標(biāo)如表3所示。

2.3 路用性能檢測(cè)

按照規(guī)范要求，成型不同級(jí)配類(lèi)型的瀝青混合料馬歇爾和車(chē)轍試件，對(duì)試件進(jìn)行凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度比、動(dòng)穩(wěn)定度、馬歇爾殘留穩(wěn)定度、小梁彎曲和鋪砂法試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表3 三種不同級(jí)配類(lèi)型最佳油石比對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)指標(biāo)

表4 三種不同級(jí)配類(lèi)型瀝青混合料路用性能檢測(cè)結(jié)果

采用改性瀝青時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度規(guī)范規(guī)定的最大值是3 000次/mm，從表4可知，三種不同級(jí)配類(lèi)型的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均大于規(guī)范規(guī)定的最大值，其中SMA-10動(dòng)穩(wěn)定度最大，達(dá)到了6 647次/mm，具有極佳的高溫穩(wěn)定性；NovaChipTypeB-10具有較好的高溫穩(wěn)定性，動(dòng)穩(wěn)定度和SMA-10相差不大，是SMA-10的87.8%；而OGFC-10的高溫穩(wěn)定性較差，動(dòng)穩(wěn)定度僅為3 504次/mm，是SMA-10的 52.7%。

水損害是瀝青路面常見(jiàn)的病害之一，因此瀝青混合料應(yīng)具有良好的水穩(wěn)定性，從而保證瀝青路面的壽命和服務(wù)功能。浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度規(guī)范規(guī)定的最大值為85%，由表4可知，三種不同級(jí)配類(lèi)型瀝青混合料殘留穩(wěn)定度大小關(guān)系順序?yàn)镾MA-10>NovaChip Type B-10>OGFC-10，且其殘留穩(wěn)定度均大于85%的規(guī)范要求。凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度比規(guī)范要求的最大值是80%， NovaChip Type B的凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度比最大，OGFC-10的凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度比最小，但三種瀝青混合料的凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度比均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。因此，對(duì)于三種瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果表明均能滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的要求，但三種瀝青混合料的水穩(wěn)定性方面NovaChip Type B-10和SMA-10較好，OGFC-10的水穩(wěn)定性則不太理想。

瀝青混合料低溫彎拉應(yīng)變和低溫抗裂性能具有正相關(guān)關(guān)系，低溫彎拉應(yīng)變?cè)酱?，低溫抗裂性能越好。采用改性瀝青時(shí)，冬溫區(qū)和冬冷區(qū)的彎曲應(yīng)變規(guī)范規(guī)定不小于2 500με，由表4可知，OGFC-10低溫彎曲應(yīng)變是最小的，為2 552με，用于超薄磨耗層罩面時(shí)，當(dāng)溫度變化幅度較大時(shí)，易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。這是因?yàn)橛捎贠GFC-10空隙率較大，降低了應(yīng)力松弛極限溫度，從而引起了彎拉應(yīng)變變??；而NovaChip Type B-10和SMA-10則具有較大的低溫彎曲應(yīng)變。

用鋪砂法測(cè)定成型的車(chē)轍板構(gòu)造深度，由表4可知，試驗(yàn)結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定構(gòu)造深度大于0.55mm的要求，構(gòu)造深度大小關(guān)系為OGFC-10>NovaChip Type B-10>SMA-10。由于OGFC-10采用開(kāi)級(jí)配，從而具有較高的表面構(gòu)造深度，SMA-10的構(gòu)造深度較差，僅為OGFC-10的58.8%；NovaChip Type B-10的構(gòu)造深度雖然沒(méi)有OGFC的好，但是它比SMA-10瀝青路面提高了50%，達(dá)到了1.5mm，這表明NovaChip Type B-10也具有較好的抗滑性能。

3 超薄磨耗層降噪試驗(yàn)

由于實(shí)驗(yàn)室無(wú)法模擬實(shí)際行車(chē)過(guò)程中的噪音，對(duì)三種級(jí)配瀝青路面超薄磨耗層試驗(yàn)段采用DT28852型噪音計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交通噪音測(cè)試，對(duì)比三種級(jí)配的超薄磨耗層降噪效果。試驗(yàn)時(shí)，在土路肩位置放置聲壓計(jì)，距離路面高度為1.0m，測(cè)試哈弗H6以不同速度通過(guò)三種超薄磨耗層時(shí)的最大噪音值，其結(jié)果如表5所示；對(duì)三種路面不同行駛速度下的噪音值對(duì)比，得到OGFC-10、NovaChip Type B-10相對(duì)于SMA-10的噪音降低值和OGFC-10相對(duì)于NovaChip Type B-10噪音降低值，其結(jié)果如圖2所示。

表5 不同級(jí)配超薄磨耗層噪音測(cè)試結(jié)果

圖2 三種超薄磨耗層降噪效果對(duì)比

(1)表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著行車(chē)速度的增大，路面噪音也逐漸增大。三種級(jí)配瀝青路面的降噪效果大小關(guān)系是OGFC-10>NovaChip Type B-10>SMA-10。OGFC-10瀝青路面較SMA-10路面降噪達(dá)4～7 dB，NovaChip Type B-10較SMA-10路面降噪達(dá)2～5 dB。輪胎自身的振動(dòng)和輪胎與路面之間的空氣壓縮產(chǎn)生了車(chē)輛行駛過(guò)程中的噪音，因此，當(dāng)輪胎把空氣壓縮時(shí)，空隙率較大的路面結(jié)構(gòu)，空氣可以進(jìn)入到面層的開(kāi)口空隙中，降低了輪胎對(duì)空氣的壓縮比，減小了行駛過(guò)程中造成的噪音；空隙率較小的路面結(jié)構(gòu)，路面表面幾乎沒(méi)有開(kāi)口空隙，空氣的壓縮比較大，行駛噪音大。

(2)由圖2可看出， OGFC-10和NovaChip Type B-10瀝青路面相對(duì)于SMA-10瀝青路面的降噪效果，和車(chē)輛的行駛速度成正相關(guān)關(guān)系；OGFC-10相對(duì)于NovaChip Type B-10瀝青路面，隨著車(chē)速的增大，降噪效果越不明顯。這是由于OGFC-10和NovaChip Type B-10相對(duì)于SMA-10瀝青路面開(kāi)口空隙多，當(dāng)車(chē)輛行駛速度越快時(shí)，空隙可以更好地降低輪胎對(duì)空氣的壓縮，從而減小了空氣壓縮造成的噪音；OGFC-10相對(duì)于NovaChip Type B-10的降噪效果和車(chē)速成負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，雖然OGFC-10的空隙比NovaChip Type B-10大，但是路面表層空隙卻相差不大，當(dāng)車(chē)速越快，空氣只能進(jìn)入到面層表層的開(kāi)口空隙中，使得開(kāi)口空隙對(duì)空氣的壓縮降低效果有限。

4 結(jié)論

(1)試驗(yàn)結(jié)果表明，SMA、OGFC、NovaChip Type B瀝青混合料的路用性能均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，但SMA瀝青混合料高溫穩(wěn)定性最好，其動(dòng)穩(wěn)定度是OGFC瀝青混合料的189.7%，是NovaChip Type B的113.9%；SMA和NovaChip Type B瀝青混合料具有較好的低溫抗裂性能，而OGFC瀝青混合料低溫彎曲應(yīng)變較差；NovaChip Type B-10和SMA-10水穩(wěn)定性較好，OGFC-10的水穩(wěn)定性則不太理想。

(2)現(xiàn)場(chǎng)交通噪音試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，SMA路面降噪效果不太理想，OGFC-10和NovaChip Type B瀝青路面降噪達(dá)2～7dB，具有較好的降噪效果。

(3)OGFC-10和NovaChip Type B瀝青路面相對(duì)于SMA路面的降噪效果隨著車(chē)速的增加而增大，因此在交通條件好、行車(chē)速度快的路段使用OGFC-10和NovaChip Type B瀝青路面的降噪效果較好。

(4)綜上所述，本文推薦使用NovaChip Type B瀝青混合料為降噪耐久的超薄磨耗層。

本文分析了SMA、OGFC、NovaChip Type B三種瀝青混合料的路用性能和降噪效果，建議進(jìn)一步試驗(yàn)研究空隙率和降噪效果之間的關(guān)系，以在保證路用性能的前提下，探索最佳的降噪空隙率。