李國智

(山西呂梁環(huán)城高速公路管理有限公司，山西 呂梁 033000)

瀝青路面發(fā)生的累積變形，如車轍、擁包、滑移等病害，均與瀝青混合料設(shè)計抗剪強度不能抵抗高溫時段路表車輪作用下的最大剪應(yīng)力，而出現(xiàn)一系列的病害。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，交通量和交通荷載向多軸次、重軸載、高輪壓、多渠化的特點發(fā)展，最終導(dǎo)致采用較舊經(jīng)驗鋪筑的瀝青路面破壞時間大幅度提前，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，采用現(xiàn)代手段從根本上解決瀝青路面抗車轍、抗擁包等病害迫在眉睫。

寧夏某黃河大橋橋面鋪裝下面層采用AC-20C中粒式瀝青混凝土，設(shè)計碎石采用石質(zhì)堅硬、耐磨、清潔、不含風(fēng)化顆粒、近立方體的顆粒石灰?guī)r碎石。為了進(jìn)一步提高工程質(zhì)量，對該黃河大橋中面層已備部分石灰?guī)r和寧夏馮黨溝石料場紅砂巖的性能指標(biāo)進(jìn)行了對比分析。

1 理論分析

從路面力學(xué)受力分析可知，路面結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力發(fā)生在1～9 cm，如圖1，且隨著車輛軸載的增大和輪胎接觸壓力的增加，路面剪應(yīng)力也隨之增大，剪應(yīng)力峰值在路面深度9 cm以下才會出現(xiàn)衰減。因此，黃河大橋隨著車輛軸載增加，瀝青上、下面層(4 cm+6 cm厚)產(chǎn)生失穩(wěn)性車轍的可能性就會增加。上面層采用紅砂巖SBS改性瀝青混合料后，下面層采用抗車轍性能更為優(yōu)越的瀝青混合料，即紅砂巖SBS改性瀝青混合料，將會大幅度提高橋面的整體抗車轍抗變形能力。

圖1 雙圓荷載最大剪應(yīng)力隨深度變化圖

2 兩種集料的性能比較

2.1 兩種集料的物理指標(biāo)比較

對黃河公路大橋已選定的套門溝石料場石灰?guī)r、馮黨溝石料場紅砂巖的物理指標(biāo)進(jìn)行了對比。瀝青選用SBS改性瀝青，抗剝落劑為北京科寧遠(yuǎn)大路橋有限公司生產(chǎn)的KN-1型抗剝落劑。試驗結(jié)果見表1。

表1 兩種集料的物理指標(biāo)試驗結(jié)果

由表1可知，馮黨溝石料場紅砂巖與套門溝石料場石灰?guī)r相比，馮黨溝石料場紅砂巖具有低壓碎值、低吸水率、低水洗后<0.075 mm含量、低軟石含量、低針片狀的優(yōu)點。雖然紅砂巖與SBS改性瀝青的黏附性為4級(未摻抗剝落劑)，但摻0.4%抗剝落劑后，也可以達(dá)到與石灰?guī)r相同的黏附性能等級。

2.2 兩種集料的高溫壓碎值比較

紅砂巖的壓碎值比石灰?guī)r低，表明紅砂巖具有更高的抗壓強度，可以更好的承載瀝青層頂面向下傳遞的水平、豎向荷載，而瀝青路面下面層混合料拌和過程中，集料需要加熱至180 ℃后再進(jìn)行拌和。依據(jù)多年經(jīng)驗，部分集料在高溫加熱后會出現(xiàn)集料崩解、裂解、壓碎值下降等現(xiàn)象。所以，進(jìn)行了兩種集料的高溫壓碎值試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 兩種集料的高溫壓碎值試驗結(jié)果

從表2可以得出，兩種集料4 h180 ℃高溫作用后，套門溝石料場石灰?guī)r集料壓碎值存在衰減的現(xiàn)象，而馮黨溝石料場紅砂巖壓碎值未衰減。表明紅砂巖具有在瀝青混合料拌和過程中，經(jīng)180 ℃高溫作用后，仍可保持集料不發(fā)生崩解、強度不發(fā)生降低的特性，其性能優(yōu)于石類巖。

3 兩種集料拌和的瀝青混合料性能比較

3.1 高溫性能比較

對已選定的套門溝石料場石灰?guī)r、馮黨溝石料場紅砂巖拌和的混合料進(jìn)行車轍性能試驗。油石比均選用最佳油石比，石灰?guī)rAC-20瀝青混合料最佳油石比選用4.4%，紅砂巖AC-20瀝青混合料最佳油石比選用4.3%，級配見表3。車轍試驗結(jié)果見表4。

表3 級配設(shè)計結(jié)果

表4 兩石料場集料拌和混合料的高溫性能試驗結(jié)果

由表4可知，相同級配的情況下，采用馮黨溝石料場的紅砂巖相比套門溝石料場石灰?guī)r拌和的混合料，動穩(wěn)定度可提高約30%。主要原因為馮黨溝石料場紅砂巖具有較好粒形，并通過水洗后，集料較為潔凈，與添加抗剝落劑的SBS改性瀝青拌和后可以形成較好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，而套門溝石料場石灰?guī)r的粒形較差，在型成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)過程中，過多的針片狀集料將對混合集料骨架的形成產(chǎn)生一定的干涉作用，路表面荷載向下傳遞的過程中，將不能很好的通過集料骨架向下傳遞，而通過中間瀝青膠漿向下傳遞時，將有可能產(chǎn)生流動性車轍等病害。

3.2 抗水損壞性能比較

對黃河公路大橋第YS1合同段已選定的套門溝石料場石灰?guī)r、馮黨溝石料場紅砂巖拌和的混合料進(jìn)行了抗水損壞性能試驗，試驗結(jié)果見表5。

表5 兩石料場集料抗水損壞性能試驗結(jié)果

從抗水損壞角度講，紅砂巖和石灰?guī)r的殘留穩(wěn)定度相差不大，而在極度嚴(yán)格的凍融劈裂循環(huán)后，兩種集料的抗水損壞性能產(chǎn)生一定的偏差，但對于寧夏干旱地區(qū)，紅砂巖的抗水損壞性能也可以滿足當(dāng)?shù)氐臍夂蛞蟆?/p>

4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

該黃河大橋橋面下面層中粒式瀝青混合料總量為2 288.76 m3，粗集料由石灰?guī)r更換為紅砂巖后，每方混凝土費用增加84.13元，總增加建安費19.26萬元。

依據(jù)設(shè)計圖紙，該黃河大橋一個車道上累計當(dāng)量軸次為1 228.5萬次，路面設(shè)計交通等級為重交通等級，瀝青路面車轍最大剪應(yīng)力主要發(fā)生在1～9 cm內(nèi)，采用紅砂巖后，瀝青路面的抗車轍性能將大幅度提高。在瀝青路面設(shè)計周期15年內(nèi)，采用紅砂巖集料后至少可以減少一次因車轍而引起的中修(銑刨重鋪上下面層)，維修處治費用估算：1.4 km×31.5 m×150元/m2×1次=661.5萬元，折合一次維修處置費用為661.5萬元。如前期增加建安費19.26萬元，將至少減少一次維修處治次數(shù)，節(jié)約維修養(yǎng)護(hù)費用642.24萬元(661.5-19.26=642.24)，總體節(jié)約維修費用可觀。

5 選用紅砂巖的可行性結(jié)論

(1)馮黨溝石料場紅砂巖與套門溝石料場石灰?guī)r相比，馮黨溝石料場紅砂巖具有低壓碎值、低吸水率、低水洗后<0.075 mm含量、低軟石含量、低針片狀的優(yōu)點，在原材料性能方面表現(xiàn)為優(yōu)質(zhì)集料。

(2)不管是常溫壓碎值、還是180 ℃高溫壓碎值，紅砂巖集料的壓碎值均優(yōu)于石灰?guī)r集料。

(3)采用兩種集料進(jìn)行瀝青混合料性能比較時，發(fā)現(xiàn)紅砂巖拌和的混合料抗車轍性能明顯優(yōu)秀于石灰?guī)r混合料，同時，在極度嚴(yán)格的凍融劈裂循環(huán)試驗后，紅砂巖拌和的混合料抵抗凍融劈裂循環(huán)能力也優(yōu)于石灰?guī)r混合料。

(4)從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，雖然采用紅砂巖鋪筑該黃河大橋的橋面下面層總增加建安費19.26萬元，但至少可以減少一次因車轍、破損而引起的中修，可節(jié)約維修養(yǎng)護(hù)費用642.24萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

(5)該黃河大橋選用紅砂巖集料拌和的瀝青混合料鋪筑橋面下面層相比石灰?guī)r優(yōu)勢明顯，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可行。