高粘瀝青在多孔排水路面的應(yīng)用

徐強

摘要：為研究高粘瀝青在多孔排水路面的應(yīng)用，文章分析了改性劑摻量對兩種改性瀝青性能的影響，確定最佳摻量下的性能較優(yōu)異的改性劑制備高粘瀝青，并通過車轍試驗、彎曲試驗、凍融劈裂試驗等試驗檢測高粘瀝青混合料力學(xué)性能，同時對高粘瀝青混合料的抗滑性能、排水性能等進行實驗分析，發(fā)現(xiàn)高粘瀝青混合料能夠滿足排水性瀝青路面施工要求，各項路用性能優(yōu)勢顯著，具有應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：多孔排水路面;改性劑;高粘瀝青;路用性能

0 引言

近年來，我國高速公路的建設(shè)取得了快速發(fā)展，目前我國高速公路里程達到14.26萬 km，其中國家高速公路里程為10.55萬 km，我國形成了全球最大的高速公路網(wǎng)路，總里程穩(wěn)居世界第一。雖然高速公路建設(shè)發(fā)展如此之快，但仍存在一些問題尚未解決，如雨水天氣時路面積水造成路面濕滑，導(dǎo)致交通事故率陡增，大量積水甚至導(dǎo)致城市內(nèi)澇。隨著道路交通的發(fā)展，公路從業(yè)者開始致力于追求更加舒適、環(huán)保、安全的道路環(huán)境。

排水瀝青路面具有良好的排水降溫降噪功能，能夠提高行車舒適性，增強道路的使用品質(zhì)。排水瀝青路面也稱透水瀝青路面，是通過將粒徑較大的粗集料互相擠嵌形成骨架孔隙結(jié)構(gòu)，經(jīng)過壓實作用之后將孔隙率保持在20%左右，其內(nèi)部的空隙可構(gòu)成排水通道有利于排出路面積水。但排水瀝青混合料中細集料較少，粗集料含量較多，這會造成集料間的瀝青接觸面較小，空隙率較大，其粘聚力遠低于普通密級配混合料[1]，因此混合料的抗飛散性能、水穩(wěn)定性能、耐久性能不佳是排水瀝青路面發(fā)展的一大障礙。

通過匯總國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及大量工程實踐可知，高粘改性瀝青能夠顯著提高排水性瀝青混合料的抗水損壞、抗車轍、抗飛散損壞以及抗裂性能。高粘瀝青與普通改性瀝青相比，具有較高的60 ℃黏度，即使在排水瀝青混合料中也能產(chǎn)生較大的粘結(jié)力，同時也能提高排水瀝青混合料的抗老化和抗結(jié)構(gòu)性損害能力。因此本文以期開發(fā)一種高粘瀝青改性劑，制備混合料并檢測其性能指標，通過對比規(guī)范要求以評價混合料路用性能，為今后我國排水瀝青路面應(yīng)用提供參考經(jīng)驗，對提升我國道路交通安全性、舒適性具有參考意義。

1 原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標對改性后瀝青的性能有重要影響，因此基質(zhì)瀝青各項指標必須符合規(guī)范要求。本文采用東海牌70#基質(zhì)瀝青，其主要技術(shù)指標見表1。

1.2 改性劑

SBS是排水性路面中應(yīng)用較為廣泛的高粘改性劑成分之一，多摻配增粘樹脂、增塑劑等組分制備高粘改性劑。研究表明，橡膠類物質(zhì)可改善瀝青混凝土的低溫性能，但與SBS等改性劑相比，對高溫性能的貢獻不大[2]。根據(jù)以往經(jīng)驗，初步確定使用SBS、40目廢舊輪胎橡膠粉兩種高粘改性劑進行試驗。橡膠粉、SBS改性劑基本性能指標分別如表2、表3所示。

1.3 礦料

因條件限制，本研究采用粗細集料均為石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨細制得。根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42-2005）對礦料進行基本性能試驗，技術(shù)要求根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范中高速公路、一級公路表面層，氣候分區(qū)1-3-2確定。試驗結(jié)果如表4所示。

2 高粘改性瀝青制備

為優(yōu)選一種經(jīng)濟適用的改性劑用于制備高粘瀝青，本文根據(jù)經(jīng)驗采用SBS、橡膠粉兩種改性劑，選擇6%、8%、10%三種摻量水平進行對比試驗，以確定改性劑摻量對兩種改性瀝青性能指標的影響。具體試驗方案如表5所示。

控制相容劑和穩(wěn)定劑摻量相同，改性劑摻量參照試驗方案，制備6份高粘瀝青試件，依次測定高粘瀝青的針入度、5 ℃延度、軟化點、60 ℃黏度。試驗結(jié)果如表6所示。

橡膠粉或SBS均可提高瀝青粘稠度。隨著改性劑摻量的增加，瀝青針入度降低，經(jīng)14%橡膠粉或SBS改性后，瀝青針入度降低0.1 mm左右。這可能是SBS分散在瀝青中形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會阻礙改性瀝青分子間相對運動，提高瀝青黏度，導(dǎo)致針入度下降、瀝青變硬。隨著膠粉摻量的增加，瀝青分子與膠粉中橡膠結(jié)構(gòu)的結(jié)合度增加，分散橡膠質(zhì)與橡膠?？臻g網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)合機率增加，導(dǎo)致針入度下降。

橡膠粉或SBS均可提高瀝青高低溫性能。隨著改性劑摻量的增加，延度和軟化點增大，改性劑摻量為14%時，延度增加至基質(zhì)瀝青的兩倍左右。這是因為橡膠粒子吸收了瀝青中的輕質(zhì)組分后發(fā)生溶脹，在高溫時發(fā)生裂解反應(yīng)，使瀝青含量相對增加，導(dǎo)致改性后的瀝青變稠，流動性下降，從而提升了高低溫性能。瀝青中摻加SBS改性劑會使瀝青變稠，彈性增加，同時瀝青組分間的粘附性增強，從而對高低溫性能有不同程度的提升[3]。

SBS改性瀝青各項性能指標均高于橡膠改性瀝青，這是因為高分子聚合物的彈性比膠粉粒子要好，且SBS改性劑可以與基質(zhì)瀝青相互交聯(lián)成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但橡膠改性劑無法達到這種功效，同時在低溫下膠粉粒子剛性較強，在集中應(yīng)力作用下極易斷裂[3]。

60 ℃黏度作為高粘瀝青性能的重要考慮指標，其數(shù)值越大則高溫條件下對集料的粘附性越好，兩種改性劑在摻量相同時，SBS改性劑的60 ℃黏度更高，且滿足《排水瀝青路面設(shè)計與施工技術(shù)細則》中高粘瀝青60 ℃動力黏度≥50 000 Pa·s。若在選取改性劑時綜合考慮經(jīng)濟性和技術(shù)指標，應(yīng)選用SBS改性劑，摻量為14%制備高粘瀝青。

3 高粘瀝青混合料路用性能研究

3.1 混合料配合比設(shè)計

路面的排水功能主要依靠內(nèi)部孔隙形成排水通道，但孔隙率較大時又會造成耐久性能不佳，因此在兼顧耐久性和排水功能性時，空隙率是關(guān)鍵的技術(shù)指標。18%～25%是國內(nèi)外比較普遍使用的空隙率，以20%最為常見，因此本文目標空隙率設(shè)定為20%。

依據(jù)推薦的級配范圍，進行級配設(shè)計，根據(jù)已經(jīng)確定的目標空隙率進行適當調(diào)整，得出最終設(shè)計級配如表7所示。

排水路面瀝青混合料中的大粒徑碎石粗集料比較多，若油石比過小會發(fā)生集料松散剝落的現(xiàn)象，若油石比過大則會導(dǎo)致析漏。因此為保證排水路面瀝青混合料的性能，確定最佳油石比尤為重要。選取油石比為3.7%～5.7%，以0.5%間隔變化成型馬歇爾試件，進行馬歇爾性能試驗。試驗結(jié)果如下頁表8所示。

由表8可知，當油石比為4.7%時，瀝青混合料馬歇爾試件的空隙率在20%左右，穩(wěn)定度為最大值，且其余各項指標均滿足規(guī)范要求，因此選取最佳油石比為4.7%。

3.2 高粘瀝青混合料力學(xué)性能研究

本文以車轍試驗、彎曲試驗和凍融劈裂試驗評價SBS改性瀝青混合料的高低溫性能及水穩(wěn)定性。SBS改性瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料試驗結(jié)果如表9所示。

高粘排水瀝青混合料的動穩(wěn)定度>6 000 次/mm，[JP2]約為基質(zhì)瀝青混合料的3倍，彎曲破壞應(yīng)變和凍融劈裂強度比也均高于后者，表現(xiàn)出良好的高低溫性能和水穩(wěn)定性。

4 高粘瀝青應(yīng)用效果分析

4.1 抗滑性能

按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中的試驗方法，本文采用英國ELE-6000型便攜式擺式儀測量高粘瀝青混合料成型的車轍試件的擺值[4]，以檢驗其抗滑性能，試驗結(jié)果如表10所示。

由表10可知，三次測得的高粘瀝青混合料BPN值均>60，滿足《公路路面驗收規(guī)范》中規(guī)定的高速公路的瀝青路面擺值應(yīng)>45 BPN的要求。說明高粘瀝青混合料具有比較好的微觀紋理，滿足路面的抗滑性能。

4.2 排水性能

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中的試驗方法，將高粘瀝青混合料碾壓成型后，利用路面滲水儀來測定其滲水系數(shù)，測定五次取平均值，以檢驗該混合料的排水性能[4]。試驗結(jié)果如表11所示。

根據(jù)表11可以發(fā)現(xiàn)，高粘瀝青混合料滲水系數(shù)為4 428.3 ml/min，遠超過技術(shù)標準≥3 600 ml/min的要求;滲水時間為5.3 s，遠低于技術(shù)標準≤6.7 s的要求，表明其具有很強的排水能力。

因此，將高粘瀝青應(yīng)用于排水性路面時，雨水能夠迅速滲入面層，有效減少水濺、水霧等問題，同時其抗滑性能良好，能夠提高行車的安全性，表明高粘瀝青應(yīng)用在排水路面中效果良好，可以推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

在目前建設(shè)“海綿城市”的理念下，本文對高粘瀝青在多孔排水路面的應(yīng)用進行研究，發(fā)現(xiàn)改性瀝青的摻量對制備的改性瀝青性能有影響，隨著摻量的升高，各項性能逐漸變好。通過車轍試驗、彎曲試驗和凍融劈裂試驗發(fā)現(xiàn)高粘瀝青用于排水瀝青混合料中，表現(xiàn)出良好的高、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性;通過高粘瀝青混合料排水性能和抗滑性能測試發(fā)現(xiàn)各項性能指標遠超過規(guī)范要求，路用性能良好。高粘瀝青排水路面是一種具有高端使用功能和環(huán)保品質(zhì)的路面類型，為建設(shè)更為舒適、環(huán)保、安全的道路交通提供了一種選擇，在國內(nèi)應(yīng)用前景廣闊，建議推廣應(yīng)用。[JP2]

參考文獻：

[1]劉東美，葉慶凡，于曉霞，等.排水路面高黏瀝青及其混合料性能試驗研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2019，34（2）：17-21.

[2]宋樂春，寧愛民，李志軍，等.排水性瀝青路面用高黏改性劑研究進展[J].中國膠粘劑，2017，26（12）：55-58.

[3]盧 杰.透水瀝青路面專用高粘度改性瀝青性能研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2018.

[4]張 嚴.排水性環(huán)氧瀝青混合料性能研究[D].南京：東南大學(xué)，2018.