瀝青路面新型封水材料性能研究

趙春香

摘要：文章論述了新型封水材料的組成，通過馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，研究灌注該新型封水材料的瀝青混合料在靜水壓狀態(tài)下的水穩(wěn)定性，并通過滲水儀對其滲水性能進(jìn)行研究，以水煮法分析了瀝青與骨料的粘結(jié)性。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;新型封水材料;路用性能;粘附性

0 引言

瀝青路面是常采用的路面結(jié)構(gòu)形式。但一般情況下，運營期間的瀝青路面容易出現(xiàn)不同的早期破壞，而導(dǎo)致早期破壞出現(xiàn)的原因主要是水損害[1]。水損害一旦產(chǎn)生，將會隨著時間的推移而不斷增大，使瀝青路面的使用性能有所降低，因此預(yù)防瀝青路面的水損害以及對其進(jìn)行處治是非常有必要的。

1 新型封水材料

集料是一種粒徑不一的由破碎巖經(jīng)人工處理之后的碎石材料，其在瀝青混合料中具有較大的占比。按相關(guān)試驗要求，本文選取石灰?guī)r作為粗集料，選取機制砂以及天然砂作為細(xì)集料[2]。

在瀝青混合料中一般采取礦粉作為填料，其主要起填充作用，本文選取石灰?guī)r粉料作為礦粉。礦料的級配將會對瀝青混合料的使用性能造成影響，為滿足其密實度以及空隙率的要求，文中礦料所選取的合成級配如圖1所示。

從整體上看，AC-16改性瀝青混合料是密集型的合成級配。

本文在固化劑中加入了環(huán)氧樹脂，使其在固化之后具有較好的韌性。加入環(huán)氧樹脂的固化劑具有較高的強度以及較穩(wěn)定的化學(xué)性能等。

在對路面進(jìn)行修補時常采用乳化瀝青，其在常溫條件下可拌和石料一起使用。本試驗所采用的乳化瀝青性質(zhì)如表1所示。

2 路用性能研究

2.1 靜水壓狀態(tài)下的水穩(wěn)定性

當(dāng)水滲透進(jìn)瀝青混合料中時，將會降低其內(nèi)部礦料與瀝青的粘結(jié)力，使其整體強度有所下降，因此對于瀝青混合料的水穩(wěn)定性可以由其在靜水壓力作用下力學(xué)性能降低的幅度進(jìn)行表示[3]。本文選取了浸水馬歇爾試驗以及凍融劈裂試驗作為測定瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗。

2.1.1 馬歇爾試驗

水損害瀝青混合料時其抗剝落的能力可以用馬歇爾穩(wěn)定度進(jìn)行評價，其表示方法常采用殘留穩(wěn)定度。對于瀝青混合料而言，水穩(wěn)定性與殘留穩(wěn)定度成正比?，F(xiàn)多要求瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度在70%～85%之間。

當(dāng)瀝青混合料灌注了新型封水材料時，其殘留穩(wěn)定度相對于普通瀝青混合料而言有所提高，并且瀝青混合料在五種灌注量下的殘留穩(wěn)定度均比80%大。對于普通瀝青混合料而言其具有88%的殘留穩(wěn)定度;當(dāng)瀝青混合料中灌注了400 ml/m2的新型封水材料時其殘留穩(wěn)定度上升到了95%，之后隨著灌注量的不斷提高，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度僅有較小幅度的上升。為增加灌注量，本文有意增加了瀝青混合料試塊的空隙率，使其具有1 000 ml/m2以上的新型封水材料灌注量，但相比于骨料而言，該封水材料的強度較小，因此在瀝青混合料中增加灌注量時導(dǎo)致其殘留穩(wěn)定度有所降低，不過均能滿足規(guī)范要求。該種情況表明，對于瀝青混合料的水穩(wěn)定性而言，灌注新型封水性材料能夠使其耐水性能有所提高（見圖2）。

從圖3可看出，普通瀝青混合料的穩(wěn)定度隨著浸水時間的增加而有所降低，在0.5 h時其穩(wěn)定度為6.90 kN，在48 h時其穩(wěn)定度為6.20 kN。當(dāng)瀝青混合料中灌入新型封水材料時比起普通瀝青混合料其穩(wěn)定度有較大的提高，并且當(dāng)增大其灌注量時，該瀝青混合料的穩(wěn)定度表現(xiàn)出先上升后降低的趨勢，其穩(wěn)定度最大是在600 ml/m2灌注量時，在此之后隨著灌注量的增加其穩(wěn)定度不斷減少。綜合上述分析可知，對于瀝青混合料而言，新型封水材料能提高其殘留穩(wěn)定度。

2.1.2 凍融劈裂試驗

從實驗結(jié)果可知，普通瀝青混合料的凍融強度比為89%，當(dāng)在瀝青混合料中灌注了新型封水材料時其凍融劈裂強度上升到了95%以上，滿足相關(guān)規(guī)定對于凍融劈裂強度的要求。以定量角度對其進(jìn)行分析可知，在瀝青混合料中添加新型封水材料時，相比于普通瀝青混合料的凍融強度，其提高了約有6%。比起普通瀝青混合料，在瀝青混合料中灌注新型封水材料時能夠使其最大承載力有所提高。最大承載力值出現(xiàn)在600 ml/m2灌注量時，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增加灌注量將會使其最大承載力有所降低。表明在瀝青混合料中加入一定劑量的新型封水材料能夠使其水穩(wěn)定度有所提高，并且使其結(jié)構(gòu)強度有所上升，降低了病害發(fā)生的概率。

分析其凍融強度比可知（見圖4），隨著瀝青混合料中新型封水材料添加量的不斷提高，其凍融強度比也不斷上升。在600 ml/m2的添加量時，瀝青混合料的凍融強度比上升幅度趨于平緩，從數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為600 ml/m2的灌注量時其凍融強度比為97.20%，當(dāng)上升到800 ml/m2時其凍融強度比僅為97.60%，并且當(dāng)其灌注量提高到100 ml/m2時，其凍融強度比降低到了97.40%。綜上分析可知，在瀝青混合料中加入新型封水材料能夠使其具備較好的水穩(wěn)定性。

2.2 滲水性能

一般以滲透系數(shù)作為瀝青混合料滲水性能的評價參數(shù)[4]。本文采用標(biāo)準(zhǔn)路面滲水儀對灌注了新型封水材料瀝青混合料的滲水性能進(jìn)行研究。

從試驗結(jié)果可知（見圖5），普通瀝青混合料具有約為45 ml/min的滲水系數(shù)，對于同等級配條件下灌注了400 ml/m2新型封水材料的瀝青混合料而言，其滲水系數(shù)降低到了25 ml/min，該種情況表明瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的空隙被新型封水材料所填補，降低了空隙率，使水分的滲透被阻止，其抗?jié)B能力有所上升。

對于瀝青混合料而言，不同的新型封水材料灌注量對其滲水性能具有不同的影響。瀝青混合料的滲水性能隨著不斷增加的灌注量表現(xiàn)出不斷降低的趨勢。對于有600 ml/m2以上灌注量的瀝青混合料而言，因其空隙大都被封堵，使其滲水性能有所降低，曲線上表現(xiàn)為平直的趨勢。

2.3 瀝青與骨料的粘附性

瀝青在拌和石料時所產(chǎn)生的吸附能力稱為粘附性，是瀝青混合料的重要性質(zhì)[5]。本文采用水煮法研究瀝青的粘附性。試驗結(jié)果如表2所示。

從實驗結(jié)果可知，瀝青混合料在灌注了新型封水材料之后其集料表面覆蓋的瀝青薄膜僅具有較少的剝落程度，相比而言，普通瀝青混合料的剝落程度更大。

對于瀝青混合料中灌注了新型封水材料的試塊，其僅具有15.10%的剝落率，而普通瀝青混合料則具有24.74%的剝落率，比灌注了新型封水材料的瀝青混合料的剝落率大。分析原因可知，使用的新型封水材料中的堿性成分中和了基質(zhì)瀝青的酸性成分，使瀝青整體的堿性成分占比有所提高，使其粘結(jié)性有所上升，增強了集料表層中瀝青模抗剝落的能力，從而使得瀝青混合料的水穩(wěn)定性有所上升，抵抗水損害的能力有所提高。

3 結(jié)語

新型封水材料組成成分主要包括乳化瀝青以及添加了環(huán)氧樹脂的固化劑，是具有較高滲透性能的封水材料。通過上述分析可知，在瀝青混合料中加入該種封水材料，能夠使瀝青混合料的水穩(wěn)定性以及抗剝落能力有所提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘭 宏.瀝青路面水損害行為及機理研究[D].西安：長安大學(xué)，2011.

[2]劉 洋.瀝青路面水損害機理分析及對策研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué).

[3]鞏智利，魯澤建，薛衛(wèi)平.瀝青混合料復(fù)合添加劑的性能研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019，15（10）：99-101.

[4]屈婷婷.瀝青路面新型封水材料性能研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2014.

[5]范志強.瀝青路面水損害原因分析及防治措施[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012（3）：100-102.

收稿日期：2020-06-02