排水性瀝青混合料的抗車轍能力與敏感性分析

沈曉青 李海兵

摘 要：將排水性瀝青混合料運(yùn)用在瀝青路面，不僅能快速排除表層積水、降低行車噪音，還具有抗車轍能力強(qiáng)等特點(diǎn)。文章結(jié)合我國(guó)排水性瀝青混合料，對(duì)抗車轍能力以及敏感性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

關(guān)鍵詞：排水瀝青；混合料；抗車轍能力；敏感性

排水性瀝青混合料路面是指運(yùn)用空隙率較大的級(jí)配混合料鋪筑的路面。因?yàn)闉r青混合料中粗料較多，表面粗糙、空隙率大，所以該類路面能有效降低滑溜，具有雨天不積水、提升行車識(shí)別能力、降低行車噪音等優(yōu)點(diǎn)。本文通過使用APA瀝青路面分析儀對(duì)SMA瀝青馬蹄脂碎石與DA排水性混合料進(jìn)行重載條件與標(biāo)準(zhǔn)條件車載分析，利用車轍深度對(duì)DA混合料加載水平、抗車轍能力、加載次數(shù)以及敏感性進(jìn)行了分析，進(jìn)而識(shí)別混合料用于排水性瀝青道路的合理性，為道路使用排水性瀝青混合料提供依據(jù)。

1 排水性瀝青混合料試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案。在此次試驗(yàn)中，共使用了9種材料。9種瀝青材料的針入度、剪切黏度、軟化點(diǎn)滿足規(guī)范要求，所用集料分別是5-10毫米輝綠巖、10-15毫米輝綠巖、0-5毫米的石灰?guī)r，磨細(xì)的石灰?guī)r礦粉是它的主要填料，各檔礦粉與集料滿足技術(shù)指標(biāo)以及施工規(guī)范要求。

在試驗(yàn)方案中，使用的是APA對(duì)抗車轍能力進(jìn)行分析，試件的尺寸為：高75毫米、直徑150毫米，使用壓實(shí)旋轉(zhuǎn)儀確保瀝青混合料成型，而標(biāo)準(zhǔn)試件的壓實(shí)程度則參照NCAT取值，為了明確成型對(duì)混合料抗車轍能力構(gòu)成的影響，可以選用100次與75次的壓實(shí)次數(shù)進(jìn)行對(duì)比。在APA車轍試驗(yàn)中，它的加載水平為445N，溫度為60度，加載次數(shù)達(dá)到8000次，另外也可以選用890N、次數(shù)為24000次進(jìn)行模擬與對(duì)比。當(dāng)混合料的抗車轍評(píng)價(jià)指標(biāo)使用8000次時(shí)，抗車轍能力滿足施工標(biāo)準(zhǔn)以及要求。以此類推，如果使用3個(gè)平行的試件對(duì)其APA試驗(yàn)，就會(huì)得到3個(gè)深度測(cè)試值，然后再取平均值；如果某個(gè)試件深度測(cè)試值和平均值之間的偏差大于30%時(shí)，必須剔除該值，另外求得平均值；如果出現(xiàn)2個(gè)試件測(cè)試值和平均值差距超過30%，那么這組數(shù)據(jù)無效。

1.2 瀝青組成影響。當(dāng)試驗(yàn)溫度60度，加載次數(shù)與水平分別為8000次、445N時(shí)，不同材料的DA混合料測(cè)試結(jié)果也會(huì)不同。從試驗(yàn)結(jié)果可知，雖然使用了SBS瀝青改性、高模量、高黏度瀝青，混合料車轍深度依然會(huì)大于4毫米，所以不能滿足AASHTO TP63-03要求。同時(shí)，我們也可以看出混合料的抗車轍深度和零剪切的關(guān)系非同一般，在零剪切黏度上升的情況下，DA車轍深度也會(huì)隨之降低。在這期間，瀝青膠結(jié)最主要的作用是保障DA骨架孔隙的穩(wěn)定性。所以在混合料中，通常使用的是黏度較高的瀝青混合料。為了確保DA混合料深度低于4毫米，剪切黏度必須大于70000Pa.s。

當(dāng)集料比例相對(duì)較高時(shí)，由于集料缺乏黏結(jié)點(diǎn)，黏結(jié)作用會(huì)被弱化，由于DA混合料的整體性結(jié)構(gòu)不佳，所以抗車轍能力也會(huì)隨之受到影響。從這個(gè)角度來看：DA混合料的空隙率最好設(shè)計(jì)在20%左右，為了確保DA混合料空隙率，對(duì)于礦質(zhì)混合料的級(jí)配，通過率必須大于16%。

1.3 試驗(yàn)條件影響。在不同的條件下，混合料的車轍深度結(jié)果也會(huì)不同。在溫度60度，加載次數(shù)8000次時(shí)，加載水平從445N變成675N時(shí)，混合料的車轍深度就會(huì)增加1倍；當(dāng)加載次數(shù)從8000次上升到24000次時(shí)，車轍深度一般會(huì)隨之增加。在其他條件不變，溫度從60度上升到70度時(shí)，混合料車轍深度也會(huì)增加1倍。當(dāng)溫度60度，加載水平是445N時(shí)，次數(shù)為8000次，壓實(shí)次數(shù)從50次上升到75次、100次時(shí)，空隙率就會(huì)從20.3%下降成19.6%、19.2%，車轍深度也會(huì)由3.73毫米下降成2.30毫米、2.19毫米。這也說明了混合料在到達(dá)一定的密實(shí)性后，如果繼續(xù)施加次數(shù)，就會(huì)影響混合料空隙率以及車轍深度。從DA混合料的角度來看，使用75次的壓實(shí)次數(shù)最為合理。

2 排水性瀝青混合料現(xiàn)狀與試驗(yàn)方法

2.1 排水性瀝青混合料研究現(xiàn)狀。在歐洲，排水性瀝青混合料又被稱為多孔性與排水性瀝青混合料，在美國(guó)，它被簡(jiǎn)稱為OGFC，對(duì)于日本，公路建設(shè)通常不需要排水設(shè)施，而是通過自然滲透的方式，讓雨水滲透到地基和路面，所以又被稱為透水性路面。

在粗集料應(yīng)用中，粗集料的最大粒徑和排水路面有很大關(guān)系，在美國(guó)，OGFC的面層厚度一般在20-25毫米之間，所以粗集料的最大粒徑在10毫米左右。對(duì)于歐洲的排水路面，由于路面較厚，所以粗集料粒徑控制在10到20毫米之間。日本排水路面厚度高達(dá)40到50毫米，最大粒徑在13到20毫米之間。針對(duì)粗集料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，除了要整合抗車轍能力與抗滑性能，歐洲與美國(guó)聲明不能使用易磨光、純石灰?guī)r的集料。

細(xì)集料則是0.075到2.36毫米的集料，在2.36毫米的通過率中，歐洲將最大范圍定為30%，實(shí)際上在15%左右；美國(guó)規(guī)定的界限相對(duì)狹小，在5%到15%之間；日本的瀝青路面最初規(guī)定為8%到25%，為了讓其擁有充足的空隙率，一般取15%。一般情況下，細(xì)集料用量不多，在排水性填料中，歐美通常使用水泥或者消石灰，如果加入適量消石灰，不僅能避免瀝青由集料引發(fā)的剝落，還能延緩老化。針對(duì)這點(diǎn)，日本建設(shè)方強(qiáng)烈要求將石灰?guī)r礦粉作為填料，或者利用水泥與消石灰進(jìn)行代替。

在瀝青膠結(jié)料應(yīng)用中，早在上個(gè)世紀(jì)八十年代，歐洲就開始應(yīng)用直餾瀝青，只是其耐久性不夠。針對(duì)耐久性不足的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外通過加大瀝青對(duì)于集料的握裹力，避免瀝青流淌，現(xiàn)已使用SBS、PE、EVA等一系列改性瀝青，或者纖維等穩(wěn)定劑進(jìn)行改進(jìn)。在很長(zhǎng)一段時(shí)間，美國(guó)使用直餾瀝青，受其他國(guó)家的路面研究影響，尤其是美國(guó)應(yīng)用廢氣輪胎以來，越來越的人開始應(yīng)用改性瀝青。

在空隙率研究中，歐洲的排水路面最初是15%，為了保障排水功能，避免孔隙堵塞造成的不良影響，通常將設(shè)計(jì)的空隙率控制在20%左右。在美國(guó)的路面施工中，由于水性粒徑不大，在抗滑性能為主的情況下，微小的堵塞根本不會(huì)對(duì)抗滑性能構(gòu)成影響，所以空隙率在15%之上。對(duì)于歐洲、日本，為了讓噪音控制與排水效果更加有效，空隙率從15%上升為20%。

2.2 排水性混合料試驗(yàn)方式。在排水性瀝青混合料抗車轍能力和敏感性分析中，混合料配合比的試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：測(cè)定空隙率、損失試驗(yàn)、滲水性、透水性、車轍試驗(yàn)、析漏試驗(yàn)等。其中，部分試驗(yàn)和SM規(guī)定的方法一致，排水性瀝青空隙率是最主要的控制指標(biāo)。在混合料設(shè)計(jì)中，吸音特性與透水性與空隙率有很大的聯(lián)系，所以必須掌握配合比中的空隙率。

3 結(jié)語

從公路施工情況來看，排水性路面因其良好的排水性、高效的降音效果，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)保工作中。但是，我們也應(yīng)該看到，受各種因素影響，抗車轍能力與敏感性依然存在很多問題。因此，在實(shí)際工作中，必須整合實(shí)際情況，從根本上為排水性路面提供更加寬廣的條件。

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