不同瀝青膠結(jié)料開級配抗滑排水表層的性能對比研究

黃正華

(畢節(jié)公路管理局，貴州 畢節(jié) 551700)

1 瀝青材料

(1)TPS高粘改性瀝青

TPS高粘改性瀝青是日本大有建設(shè)株式會社研發(fā)的直投式高粘瀝青混合料添加劑，廣泛應(yīng)用于日本排水路面中，是一種優(yōu)良的瀝青增粘產(chǎn)品。其組成由12%TPS改性劑與88%基質(zhì)瀝青摻配而成，在一些研究中，為進一步提高其60℃粘度，其組成為6%TPS改性劑與94%SBS改性瀝青摻配的用法。

(2)SK高粘改性瀝青

SK高粘瀝青為韓國SK公司生產(chǎn)的聚合物改性劑與SK70號基質(zhì)瀝青摻配而成的瀝青成品，是一種較為成熟的高粘瀝青材料。上述兩種高粘瀝青性能對比如下，其中60 ℃粘度是高粘瀝青主要技術(shù)指標(biāo)，采用布洛克菲爾德粘度的試驗方法。

本次對比試驗用高粘瀝青日本高瀝青采用12%TPS改性劑與88%基質(zhì)瀝青摻配而成，韓國高粘瀝青采用進口高粘SK改性瀝青，技術(shù)指標(biāo)對比如下：

表1 高粘改性瀝青常規(guī)指標(biāo)檢測結(jié)果

(3)路面用環(huán)氧瀝青

路用環(huán)氧瀝青其主要技術(shù)來源于橋面用環(huán)氧瀝青，由于路面服役狀況相比橋面更為寬松，環(huán)氧瀝青中環(huán)氧的摻量可進一步降低，其成本降低也更容易在道路中推廣應(yīng)用。橋面一般環(huán)氧樹脂：固化劑：瀝青比例接近1∶1∶2，而路面環(huán)氧瀝青三組分控制在1∶1∶(5～8)之間，環(huán)氧樹脂和固化劑也采用國產(chǎn)環(huán)氧瀝青，本文排水路面所采用的環(huán)氧瀝青中環(huán)氧樹脂：固化劑：瀝青比例為1∶1∶4.2，其性能指標(biāo)如下。

表2 路用環(huán)氧瀝青常規(guī)指標(biāo)檢測結(jié)果

2 配合比設(shè)計及性能比較

2.1 礦料級配選擇

(1)級配選擇

級配的選擇是排水路面配合比設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)美國新一代開級配抗滑表層PFC報告、日本《排水性路面技術(shù)指針》、現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)推薦的級配為基礎(chǔ)，選取級配公共區(qū)域，確定級配合成通過率，本文采用級配通過率要求如表3所示，目標(biāo)空隙率確定為18%～23%。

表3 確定級配合成通過率

2.2 油石比確定

油石比確定是配合比設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文初試油石比將采用參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)，按照公式(1)和(2)計算混合料的初試瀝青用量。并采用采用瀝青混合料析漏試驗和飛散試驗曲線來確定最佳瀝青用量。

A=(2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+ 0.3e+0.6f+1.6g)/48.74

(1)

Pb=h×A

(2)

式中：h為瀝青膜厚；A為集料的總表面積；a、b、c、d、e、g為礦料分別在4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0.075 mm篩孔的通過率。

選擇計算環(huán)氧瀝青膜厚度17μm，韓國和日本高粘瀝青選擇14μm，最佳油石比結(jié)果如表4所示。

表4 不同瀝青排水路面油石比確定結(jié)果

圖1 環(huán)氧瀝青最佳油石比確定

2.3 混合料性能指標(biāo)比較

(1)混合料性能試驗

按照表4配合級配和表4確定的最佳瀝青用量進行混合料成型，韓國SK高粘改性瀝青、日本TPS改性瀝青室溫下冷卻脫模后即可開展相關(guān)試驗，環(huán)氧瀝青需要進行固化，將成型的試件放置在120 ℃烘箱16 h養(yǎng)生后冷卻至室溫脫模后試驗，混合性能試驗主要包括水穩(wěn)定性試驗、高溫性能試驗、低溫性能試驗和粘結(jié)性能試驗。測定馬歇爾試驗穩(wěn)定度、流值, 評價混合料的力學(xué)穩(wěn)定性，采用高溫車轍試驗和小梁低溫彎曲試驗分析混合料的高、低溫穩(wěn)定性，通過殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比比較混合料水穩(wěn)定性，通過滲水性能以及擺值測定其路用功能，試驗結(jié)果見表5。

表5 排水路面混合料性能對比

(2)路用性能分析

① 高溫穩(wěn)定性方面，路用環(huán)氧瀝青OGFC-13高溫動穩(wěn)定度均明顯高于韓國高粘瀝青OGFC-13以及日本高粘瀝青 PAC -13，體現(xiàn)出良好的抗剪切和抗壓特性。力學(xué)特性方面，如馬歇爾穩(wěn)定度環(huán)氧瀝青也具有一定優(yōu)勢。

②粘結(jié)性能方面，路用環(huán)氧瀝青OGFC-13、韓國高粘瀝青OGFC-13以及日本高粘瀝青 PAC -13三者飛散數(shù)據(jù)均遠(yuǎn)低于規(guī)范不超過20%的要求，韓國高粘瀝青OGFC-13飛散值最低，表明粘結(jié)性能最好。環(huán)氧瀝青雖然強度高，但在試驗過程中受到持續(xù)的撞擊，環(huán)氧樹脂本身具有一定的脆性，因此，試驗沒有獲取預(yù)期的飛散值。

③水穩(wěn)定性方面，殘留穩(wěn)定度MS0和劈裂強度比TSR數(shù)據(jù)表明，環(huán)氧瀝青在經(jīng)歷48h高溫浸泡和凍融循環(huán)后性能下降不明顯，在抵抗水損害方面具有一定優(yōu)勢。

④低溫性能方面，低溫小梁試驗表明，受到開級配本身結(jié)構(gòu)的影響，三種瀝青混合料的低溫小梁彎曲應(yīng)變基本滿足規(guī)范的要求，韓國高粘瀝青OGFC-13低溫小梁數(shù)據(jù)最優(yōu)，表明塑料改性類材料具有較好的彈性低溫性能更優(yōu)。

⑤路用性能方面，對于級配相同而采用不同膠結(jié)料的排水瀝青混合料，空隙率在20%左右，其擺值和滲水系數(shù)均差別不大，表明排水路面的滲水系數(shù)和擺值與空隙率和材料表面的紋理構(gòu)造相關(guān)，與瀝青膠結(jié)料基本無關(guān)。

3 結(jié) 論

(1)對比分析路用環(huán)氧瀝青OGFC-13、韓國高粘瀝青OGFC-13以及日本高粘瀝青 PAC -13路用性能，各項指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

(2)在體現(xiàn)力學(xué)特性方面，如馬歇爾穩(wěn)定度、高溫動穩(wěn)定度路用環(huán)氧瀝青OGFC-13均明顯高于韓國高粘瀝青OGFC-13以及日本高粘瀝青 PAC -13；在體現(xiàn)瞬時沖擊方面如飛散試驗以及低溫性能上，韓國高粘瀝青OGFC-13以、日本高粘瀝青 PAC -13更為出色。

(3)日本高粘瀝青在其使用方式以及適用結(jié)構(gòu)上形成了與PA結(jié)構(gòu)很好的相容性，就本文試驗結(jié)果分析而言，韓國高粘瀝青各項指標(biāo)均優(yōu)于日本高粘瀝青。

(4)對于級配相同而采用不同膠結(jié)料的排水瀝青混合料，其滲水系數(shù)和擺值與空隙率和材料表面的紋理構(gòu)造相關(guān)，與瀝青膠結(jié)料基本無關(guān)。

[1] 公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范(JTG D50-2006)[S].2006.

[2] 倪富健，徐浩，冷真，等．瀝青性質(zhì)對排水性瀝青混合料性能的影響[J]．交通運輸工程學(xué)報，2003，3(4):1-4．