一種保水性路面路用性能的研究

耿超海

（新疆交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行三處 烏魯木齊市 830021）

瀝青路面吸熱能力非常強(qiáng)，尤其是在炎熱的夏季，瀝青路面溫度最高可達(dá)60～70℃，為了降低夏季瀝青路面溫度、減少路面車轍、緩解城市熱島效應(yīng)，降溫型路面將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

保水式路面是降低路面溫度的一種技術(shù)，20世紀(jì)90年代，日本開始研究低吸熱型的保水式鋪裝，1994年研發(fā)出保水式聯(lián)鎖塊鋪裝，1998年又開發(fā)出了保水性瀝青混合料系的鋪裝類型，其原理是通過在大空隙瀝青混合料中添加高吸水率的保水性材料，利用保水性材料吸收并保存降雨，或者通過路表灑水的蒸發(fā)、氣化降低路面溫度。

對(duì)保水降溫路面中的保水材料進(jìn)行研究，擬開發(fā)出一種具有高效降溫的保水材料，將其應(yīng)用于大孔隙路面結(jié)構(gòu)中而成為一種新型的保水降溫型路面，使其保水性路面符合路用性能的要求。

1 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

選用的保水性材料為粉體、消石灰、水，其中粉體包括礦渣粉末和粉煤灰。保水性材料的技術(shù)指標(biāo)見表1。

采用SBS改性瀝青，粗集料采用陜西商洛所產(chǎn)玄武巖，細(xì)集料選用陜西涇陽石灰?guī)r石屑，填料為石灰石礦粉。其材料技術(shù)性質(zhì)均符合實(shí)驗(yàn)規(guī)程的技術(shù)要求。

表1 原材料成分及技術(shù)指標(biāo)

1.2 保水材料組成比例

保水性材料是一種膠凝體，其主要成分是粉煤灰及礦渣粉末在固態(tài)堿性物質(zhì)的促進(jìn)下生成的，膠凝體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有許多的微型孔，保水材料利用這些微型孔吸附水分。保水材料的性能會(huì)隨原材料性質(zhì)變化而變化，也會(huì)隨各組分比例的不同而改變，即粉煤灰細(xì)度、礦渣粉末的粒徑、保水性乳漿的值、保水材料的各組分比例等。擬采用以下比例配制保水材料，見表2。

1.3 母體瀝青混合料

保水路面的大孔隙結(jié)構(gòu)稱之為母體結(jié)構(gòu)，保水路面之所以能發(fā)揮其功能性主要是因?yàn)楣嘧⑵渲械谋Ｋ牧?，母體結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)路面的性能也有著非常重要的作用，母體結(jié)構(gòu)的路用性能、油石比、空隙率必須滿足實(shí)驗(yàn)規(guī)程的要求。適合保水性路面的母體結(jié)構(gòu)很多，例如排水性路面、降噪路面、透水性路面等，即大孔隙的路面結(jié)構(gòu)都可以作為保水路面母體結(jié)構(gòu)。在此前課題研究的基礎(chǔ)上，比較各種路面結(jié)構(gòu)的功能、材料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特性，本課題選擇OGFC作為保水性路面的母體結(jié)構(gòu)。OGFC目標(biāo)空隙率控制在20%左右，OGFC瀝青混合料的具體指標(biāo)要求見表3。

表3 OGFC瀝青混合料設(shè)計(jì)要求

日本在設(shè)計(jì)保水性路面母體結(jié)構(gòu)方面有著成熟的經(jīng)驗(yàn)，借鑒其成熟的理論，按照粘附在礦料表面的瀝青膜，以中間級(jí)配附近±3%左右，暫時(shí)確定3個(gè)級(jí)配，根據(jù)公式計(jì)算出瀝青的用量，然后再計(jì)算出試件的空隙率，最后優(yōu)化出礦料的級(jí)配范圍，采用的OGFC瀝青混合料級(jí)配見表4。

表4 OGFC混合料礦料級(jí)配

按此級(jí)配成型的混合料試件進(jìn)行飛散實(shí)驗(yàn)及析漏試驗(yàn)，最終確定瀝青的最佳用量為5%。

2 保水性路面材料路用性能

2.1 高溫穩(wěn)定性

保水性路面瀝青混合料與OGFC瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比情況見表5。

表5 車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，OGFC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為5214次·mm-1，而保水性路面瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為9600次·mm-1。容易得出保水性路面混合料的高溫穩(wěn)定性要比OGFC混合料的高溫穩(wěn)定性好。這是因?yàn)樵贠GFC結(jié)構(gòu)中加入保水性材料，保水性材料與母體結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，使得保水性路面的剛性變大，在高溫下有著更強(qiáng)的抗剪切抵抗力，以致有著更強(qiáng)的抗車轍能力，所以保水性路面瀝青混合料有著更好的高溫穩(wěn)定性。

2.2 水穩(wěn)定性

保水性路面瀝青混合料與OGFC瀝青混合料的馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比情況見圖1、圖2。

從圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出保水性路面瀝青混合料與OGFC瀝青混合料的浸水、未浸水馬歇爾穩(wěn)定度存在以下關(guān)系：保水性路面瀝青混合料＞OGFC。說明灌入的保水性材料使得母體結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性得到提高。

從圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出灌注保水性材料的母體結(jié)構(gòu)的殘留穩(wěn)定度在87%左右，凍融劈裂強(qiáng)度比在85%左右，遠(yuǎn)高于規(guī)范要求值。保水性路面混合料與OGFC混合料有著相同的礦料及礦料級(jí)配，但其殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比有著如下關(guān)系：殘留穩(wěn)定度保水性瀝青混合料＞OGFC、凍融劈裂強(qiáng)度比保水性瀝青混合料＞OGFC，說明保水性路面結(jié)構(gòu)中的保水材料會(huì)提高母體結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性，并且保水材料的灌入也會(huì)增強(qiáng)母體結(jié)構(gòu)的抗水損害能力。

2.3 低溫抗裂性

低溫抗裂性能是瀝青混合料路用性能中的重要指標(biāo)，通過低溫彎曲實(shí)驗(yàn)對(duì)低溫性能進(jìn)行驗(yàn)證。保水性瀝青混合料的低溫彎曲指標(biāo)見表6。

由表6可知，保水性路面瀝青混合料勁度模量＜OGFC瀝青混合料勁度模量，說明保水性路面材料破壞時(shí)的能量大，其抗裂性能就越好；勁度模量小、最大彎拉應(yīng)變大，說明低溫破壞應(yīng)變能密度就

大，因此，保水性瀝青路面混合料低溫抗裂性能＞OGFC瀝青混合料低溫抗裂性。

2.4 路面保水性能

保水性路面保水能力的大小通常用保水量來評(píng)價(jià)，室內(nèi)保水量計(jì)算公式如下：

式中：W—5cm厚保水性路面的保水量。

M1—5cm厚的車轍試驗(yàn)板在水中浸泡24h后車轍板+水質(zhì)量。

M2—浸泡24h的車轍板在60℃烘箱內(nèi)烘24h后的烘干質(zhì)量。

A—車轍板橫截面積。

分別測(cè)試了試件浸水24h、48h、72h三種不同時(shí)間后的保水量，如圖3所示。

由圖3可以看出，兩種類型的路面均具有一定的保水能力，保水性路面的保水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于OGFC路面；保水24h后，保水路面基本不會(huì)再吸水，基本達(dá)到了保水路面的吸水上限。正是由于保水路面結(jié)構(gòu)中灌入保水性材料，保水材料具有較好的吸水、保水能力，使得保水路面的保水量＞OGFC路面。

2.5 路面降溫性能

采用自制光照模擬裝置對(duì)保水性路面、OGFC路面進(jìn)行室內(nèi)模擬光照試驗(yàn)，測(cè)試不同類型試件表面溫度，評(píng)價(jià)保水性路面阻熱效果。本次試驗(yàn)研究中制備了2組試件：一組為5cm保水性路面車轍板試件；另一組試件是5cmOGFC車轍板試件。為了試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，通過調(diào)整裝置中支架的高度，使得光照3h后OGFC車轍板試件表面溫度約70℃。路面經(jīng)加熱燈加熱3h后，對(duì)試件灑水處理，然后用優(yōu)利德科技有限公司生產(chǎn)的數(shù)字測(cè)溫儀（UT320系列）測(cè)試路表面溫度，測(cè)試結(jié)果見表7。

表7 路面降溫性能對(duì)比

由表7可以看出：保水性路面在碘鎢加熱燈下連續(xù)加熱3h后，路面溫度要比OGFC路面低11℃。這是因?yàn)闉⑺蟊Ｋ访娴谋Ｋ饔?，在之后幾小時(shí)內(nèi)，保水材料內(nèi)部的水分會(huì)被慢慢蒸發(fā)，通過蒸發(fā)吸熱來達(dá)到降溫的效果。從表7可以看出：保水性路面在灑水后的5h之內(nèi)，能起到持續(xù)的降溫效果，其路面溫度較OGFC路面溫度低10℃左右；但12h之后，兩種類型路面的溫度差異就不大了，這主要是因?yàn)檫B續(xù)加熱下，保水性路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分已完全被蒸發(fā)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)再作灑水處理才能保持降溫的效果［9］。對(duì)此現(xiàn)象，不會(huì)因保水時(shí)間而影響路面的持久性降溫，因?yàn)樵谧匀滑F(xiàn)象中，太陽照射時(shí)間一般每天不超過10h，太陽高強(qiáng)度照射時(shí)間不超過3h，本實(shí)驗(yàn)是模擬高強(qiáng)度的太陽直射，5h內(nèi)都能有很好的降溫效果，因此可以推斷出，在一天的光照時(shí)間內(nèi)，路面可以很好地發(fā)揮降溫功能。此外，保水性路面還可以在夜間吸收大氣的水蒸氣，路面人工灑水，或者是大氣降水等得到水源的補(bǔ)充，使保水性路面擁有持續(xù)性降溫功能。

3 結(jié)語

（1）保水性瀝青混合料有著很強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性，其動(dòng)穩(wěn)定度約為9600次·mm-1，60min車轍深度為1.25mm，而OGFC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度在5214次·mm-1左右，60min車轍深度為1.701mm。不論從動(dòng)穩(wěn)定度還是變形深度方面保水性路面瀝青混合料都具有不錯(cuò)的高溫穩(wěn)定性。

（2）保水性瀝青混合料的低溫抗裂性能（-10℃的破壞拉伸應(yīng)變、勁度模量）、水穩(wěn)定性比OGFC瀝青混合料要好。

（3）保水性路面具有較好的保水功能，浸水24h的保水量為2.8kg／m3。保水性路面在灑水后的5h之內(nèi)，較OGFC路面溫度低10℃左右，且能持續(xù)起到較好的降溫作用，保水路面擁有持續(xù)的降溫功能。

（4）文中所提出的保水性路面可實(shí)際應(yīng)用于風(fēng)景旅游景區(qū)道路鋪裝、城市綠道鋪裝、自行車道鋪裝以及露天廣場(chǎng)鋪裝等場(chǎng)所。如果保水性路面得到大面積的推廣后，對(duì)于降低城市熱島效應(yīng)、改善居民生活環(huán)境起到非常重要的作用。