山區(qū)高速公路排水性瀝青路面材料特性研究

李廣俊

（招商局重慶公路工程檢測(cè)中心有限公司， 重慶 400067）

0 引言

隨著西南地區(qū)交通網(wǎng)的完善，山區(qū)地區(qū)高速公路的修建數(shù)量逐漸增加。由于重慶山區(qū)公路路線受地形地質(zhì)影響，道路多為曲線且縱斷面坡度較大，給行車安全與舒適性帶來(lái)不利。特別在高溫多雨季節(jié)，路面排水工作量加大，雨水在光滑路表面形成水膜的可能性增大，導(dǎo)致產(chǎn)生水漂的危險(xiǎn)性加大，且路面未及時(shí)排出的積水產(chǎn)生的行車濺水和水霧也大大影響了行車安全[1]。針對(duì)多雨山區(qū)高速公路路面排水的設(shè)計(jì)中，盡可能考慮將路面排水的效率提高，保持路面的抗滑性能，進(jìn)一步提高雨天行車安全，提出了排水性瀝青路面。

由于排水性瀝青路面為多孔骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，路面空隙率大，一般在20%至25%之間，雨水能快速通過(guò)路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)中連通空隙排出路面，從而消除路面積水；且排水性瀝青路面的表面紋理粗糙，即使在雨天中也難以形成水膜，提高了道路行車安全，對(duì)道路的抗滑性能產(chǎn)生積極作用，不僅如此，由于表面結(jié)構(gòu)紋理粗糙，還可以減少道路白天太陽(yáng)光和夜晚車輛燈光造成眩光[1,2]。因此在多雨山區(qū)高速公路路面設(shè)計(jì)中選擇排水性瀝青路面更為合理。

1 排水性瀝青路面原材及性能要求

排水性瀝青路面具有大孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，粗集料用量多、細(xì)集料含量少，瀝青混合料的強(qiáng)度是通過(guò)混合料自身粘結(jié)作用與集料間的嵌擠力形成的[4]。因此對(duì)粗集料的技術(shù)性能有較高的要求；且瀝青結(jié)合料的性質(zhì)是影響混合料的水穩(wěn)定性及路面耐久性的重要因素，所以對(duì)結(jié)合料的技術(shù)性能提出高要求。

1.1 瀝青

排水性瀝青路面的大孔隙結(jié)構(gòu)，較普通瀝青路面更易受到日光與空氣等外界不利因素影響，且雨天中路面結(jié)構(gòu)空隙與車輛輪胎間會(huì)產(chǎn)生更大的水壓力，對(duì)瀝青混合料中瀝青產(chǎn)生剝離作用，若瀝青與填料的粘附性不好，混合料容易產(chǎn)生剝落與松散現(xiàn)象。粗集料之間的嵌擠力和瀝青與填料之間的粘結(jié)力是排水性瀝青混合料承支撐路面壓力的主要來(lái)源，其中瀝青與集料之間的粘結(jié)力主要依靠瀝青的性質(zhì)[3]，所以對(duì)排水性瀝青路面瀝青選擇應(yīng)選用高粘改性瀝青。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀表明，高粘改性瀝青能夠顯著提高排水性瀝青混合料的抗車轍能力和水穩(wěn)定性，提高路面耐久性能，特別適用于高溫多雨的重交通高速公路路面。目前，常用的排水性瀝青路面采用的瀝青材料，包括殼牌生產(chǎn)的成品高粘改性瀝青、TPS（TAFPACK-Super）高粘改性瀝青和HVA（High Viscosity

Additive）高粘改性瀝青。

本文根據(jù)《JTG E20-2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》選擇三種高粘改性瀝青進(jìn)行延度、軟化點(diǎn)、針入度及粘度等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其中兩種高粘瀝青為在殼牌70#基質(zhì)瀝青添加不同比例高粘改性劑，TPS 是深圳海川新材料科技有限公司以熱塑性橡膠、粘結(jié)性樹(shù)脂和增塑劑等為主要成分，專為大空隙瀝青混凝土路面而研發(fā)的高粘改性劑；另一種為成品瀝青，為殼牌公司生產(chǎn)高粘改性瀝青。

三種高粘改性瀝青對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如下表2.1。

表2 .1 不同高粘改性瀝青技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

由表2-1 可知，在70#基質(zhì)瀝青中加入SBS+15%TPS，能夠大大提高瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)，60℃動(dòng)力粘度是評(píng)價(jià)高粘改性瀝青混合料耐流動(dòng)性的重要指標(biāo)[3]，其中SBS+15%TPS 高粘改性瀝青達(dá)到145881Pa·s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范中20000Pa·s，說(shuō)明SBS+15%TPS 高粘改性瀝青高溫穩(wěn)定性好、強(qiáng)度大以及抗變形能力好，在重慶山區(qū)高溫多雨情況下，SBS+15%TPS 高粘改性瀝青仍然能夠滿足要求；另一方面，除殼牌高粘改性瀝青，兩個(gè)SBS+TPS 高粘改性瀝青的60℃動(dòng)力粘度值遠(yuǎn)大于規(guī)范值，考慮將粘度改性瀝青的技術(shù)要求中的60℃動(dòng)力粘度值提高。

1.2 集料

1.2.1 粗集料

排水性瀝青路面粗集料用量較多，占集料總量的80%以上；保證排水性瀝青路面大孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是基于粗集料之間的嵌擠作用，所以對(duì)粗集料的選擇尤為關(guān)鍵。

粗集料的顆粒形狀、技術(shù)性質(zhì)及級(jí)配對(duì)排水路面瀝青混合料的性能有著重要影響。首先，粗集料的壓碎值與混合料間嵌擠作用有關(guān)，壓碎值越小，粗集料的抗擠壓能力越好，混合料的嵌擠強(qiáng)度越大；粗集料的針片狀顆粒含量越多，會(huì)降低混合料之間的粘結(jié)作用，且被壓碎的集料顆粒越多，會(huì)堵塞空隙，影響排水效果；因排水性瀝青路面經(jīng)常受到雨水沖刷，為保證路面的耐久性能，集料應(yīng)與瀝青具有良好的粘附性[4,6]。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)排水性瀝青路面選用的粗集料為玄武巖和花崗巖。參照國(guó)內(nèi)外排水性瀝青路面研究現(xiàn)狀，并結(jié)合重慶山區(qū)高速公路技術(shù)指標(biāo)，提出山區(qū)高速公路排水性瀝青路面用粗集料技術(shù)要求，并選用重慶遠(yuǎn)洋綜合石料廠生產(chǎn)的玄武巖碎石進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下表2-2 所示。

表2 .2 山區(qū)高速公路排水瀝青路面粗集料技術(shù)指標(biāo)

排水性瀝青路面的排水性能主要與其連通空隙率有關(guān)，而連通空隙與集料的最大粒徑有關(guān)。國(guó)外研究表明[4]，采用較高含量的改性瀝青路面，選用較大粒徑的粗集料能夠延長(zhǎng)路面使用壽命，增大路面的構(gòu)造深度，提高路面抗滑能力。但一般我國(guó)排水性瀝青路面采用集料的最大粒徑為13.2mm，所以為提高路面使用壽命，增強(qiáng)排水能力，不妨考慮采用16mm 的集料。

1.2.2 細(xì)集料

排水性瀝青路面混合料所用細(xì)集料所占比例較少，一般可以采用石屑、天然砂和機(jī)制砂。不同的細(xì)集料表面情況不同，與瀝青拌合而成的混合料的性能就有所不同。石屑是人工破碎過(guò)程中得到的，具有表面粗糙，棱角多，與瀝青的粘附性好的特點(diǎn)，可以提高瀝青混合料的穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度[41]；天然砂主要是石英，具有耐久性好，施工易壓實(shí)的特點(diǎn)，但天然砂表面棱角少，與瀝青的粘附性差；機(jī)制砂是由制砂機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的，表面粗糙、棱角性好。本文試驗(yàn)采用的細(xì)集料為石灰?guī)r的碎石，其性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.3。

表2 .3 山區(qū)高速公路排水瀝青路面細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

排水性瀝青混合料的空隙率與細(xì)集料2.36mm 的通過(guò)率有關(guān)。由圖2-1 可知，若保證排水性瀝青路面空隙率20%～25%之間，細(xì)集料中2.36mm 的含量最好控制在20%左右，我國(guó)細(xì)集料規(guī)范控制2.36mm 含量通過(guò)率在10%～22%，建議將范圍值提高至15%～22%。

1.3 填料

礦粉也可以稱作填料，通常采用石粉，也可以用粉煤灰，消石灰和水泥一定量替換石粉。作為礦粉，應(yīng)該滿足一定的潔凈、干燥和自由流動(dòng)性。

對(duì)于排水瀝青路面而言，提高其水穩(wěn)性的措施之一，采用消石灰和水泥替代部分或全部礦粉[10]。國(guó)內(nèi)外研究證明，摻加石灰或水泥活性大且具有同瀝青相反酸堿性的物質(zhì)做礦料，能夠提高瀝青混合料的抗水損害性能，減緩瀝青混合料的老化，但是水泥成分較為復(fù)雜、活性比消石灰低且相對(duì)密度較消石灰更大，即摻配比例更大，不建議使用[6]。將混合料中礦料分別摻加1.0%消石灰、3.0%消石灰、2.5%水泥、4.5%水泥進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)3.0%消石灰標(biāo)準(zhǔn)劈裂強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度最優(yōu)，說(shuō)明3%消石灰摻量是混合料抗水損性能指標(biāo)最優(yōu)摻量，這與《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中摻量上限2%相悖，故可否考慮將技術(shù)規(guī)范中的摻量提高。

2 結(jié)論

①對(duì)于山區(qū)排水性瀝青路面的瀝青材料技術(shù)指標(biāo)要求，應(yīng)重點(diǎn)考慮60℃動(dòng)力粘度，規(guī)范中要求的20000Pa·s 遠(yuǎn)不滿足現(xiàn)近高粘改性瀝青的發(fā)展，故考慮提高60℃動(dòng)力粘度指標(biāo)要求。

②現(xiàn)行國(guó)內(nèi)排水性瀝青路面粗集料的最大粒徑為13.2mm，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提高路面使用壽命，增強(qiáng)排水能力，不妨考慮采用16mm 的集料。

③細(xì)集料含量與路面空隙率有關(guān)，為保證排水性瀝青路面空隙率最優(yōu)，建議將細(xì)集料用量范圍從10%～22%提高到15%～22%。

④關(guān)于填料的選擇，推薦使用3%消石灰，對(duì)提高混合料水穩(wěn)定性有顯著影響。