大空隙透水瀝青混合料（OGFC-13）的路用性能對比分析

郭榮增 鄭卜源 林建岳 王鄧煌輝 嚴(yán)偉浩

華南理工大學(xué)廣州學(xué)院（510800）

0 前言

大空隙瀝青路面結(jié)構(gòu)具有顯著的透水功能，使路面積水充分下滲，同時減少雨后道路積水。OGFC是一種開級配抗滑層混合料，其空隙率一般為15%～25%。 大空隙路面結(jié)構(gòu)對于減少路表積水，增加輪胎與面層間的摩擦力，降低雨天行車事故的發(fā)生概率，具有顯著成效。 大空隙瀝青混合料設(shè)計孔隙率應(yīng)大于15%，才能保證路面暢通透水。 為了防止空隙率被灰塵雜物堵塞，混合料的初始空隙率應(yīng)達(dá)到20%甚至更大[1]。 根據(jù)文獻(xiàn)查閱，為了更好地對比大空隙瀝青混合料的極限性能，文章將用25%的空隙率為控制目標(biāo)進(jìn)行對比分析。

1 材料特性

1.1 瀝青

文章所研究的瀝青混合料中的瀝青采用的是基質(zhì)（石油）瀝青（以下簡稱基質(zhì)瀝青）、乳化瀝青（PC-3）（以下簡稱乳化瀝青）、SBS 改性瀝青。 經(jīng)實驗檢測表明，其三種不同瀝青的三大指標(biāo)符合規(guī)范要求。

1.2 礦料性能

文章采用的集料是輝綠巖礦料，其各項性能參數(shù)經(jīng)試驗檢測均符合規(guī)范要求， 故這里不作陳述，各集料密度情況列見表1、表2。

表1 瀝青密度結(jié)果

2 混合料配合比設(shè)計

實驗室所用集料篩分（水篩法）情況見表3。

表2 集料密度結(jié)果

因?qū)嶒炇抑?0～20 mm 檔的集料含有較多的大粒徑 （13.2 mm 以上） 礦料， 故采用將其分檔篩出10～13.2 mm、13.2～16 mm、16～20 mm 三擋集料備用。 已有研究表明，空隙率與2.36 mm 通過率具有良好的線性關(guān)系[2]，即通過控制2.36 mm 通過率可有效地調(diào)整混合料的空隙率。 故結(jié)合馬歇爾試件的空隙率，調(diào)整文章的目標(biāo)空隙率下的級配。

文章以何柏安[3]對OGFC-13 透水瀝青路面研究確定的OGFC-13 級配為基準(zhǔn)，對瀝青混合料級配進(jìn)行調(diào)整。 根據(jù)篩分（水篩法）情況可知，礦料表面含有較多的礦粉，影響最終級配曲線，故將碎石清洗，去除表面礦粉。最終確定文章的OGFC-13 透水瀝青路面混合料配合比設(shè)計為：碎石（13.2～16 mm）：碎石（10～13.2 mm）：碎石（5～10 mm）：機(jī)制砂：礦粉=4%：35%：47%：11%：3%，油石比為 4.7%，瀝青混合料的空隙率為25%。

表3 集料篩分情況

表4 最終級配表

表5 高溫穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)

圖1 混合料目標(biāo)配合比級配圖

3 路用性能試驗

3.1 高溫穩(wěn)定性

為了研究基質(zhì)瀝青、 乳化瀝青、SBS 改性瀝青三種瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，利用擊實法制備馬歇爾試件， 尺寸為 φ101.6 mm×63.5 mm 圓柱體，輪碾成型制備車轍板試件，尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，試驗溫度為60 ℃。 根據(jù)設(shè)定的25%為目標(biāo)空隙率，進(jìn)行同一油石比和同一級配下三種瀝青混合料的馬歇爾試驗和車轍試驗，見表5。

從上述穩(wěn)定度數(shù)據(jù)可看出，由于空隙率較大，導(dǎo)致三種瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度都偏小，基質(zhì)瀝青和乳化瀝青混合料穩(wěn)定度基本相同，都難以達(dá)到規(guī)范要求值，而SBS 改性瀝青混合料的穩(wěn)定度在三種瀝青中最好，且滿足規(guī)范要求（≥3.5 KN）。 從動穩(wěn)定度數(shù)據(jù)可看出，SBS 改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度最大，滿足規(guī)范要求（≥3 000 次·mm-1）。 另外兩種瀝青混合料的動穩(wěn)定度與SBS 改性瀝青混合料動穩(wěn)定度相差較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到規(guī)范要求。 由此看出，空隙率為25%的大空隙透水瀝青混合料以基質(zhì)瀝青和乳化瀝青作為瀝青材料，其瀝青混合料高溫性能達(dá)不到規(guī)范要求。

3.2 低溫抗裂性

為了研究基質(zhì)瀝青、乳化瀝青、SBS 改性瀝青三種瀝青混合料的低溫抗裂性，利用輪碾法成型車轍板，并切割成 300 mm×30 mm×35 mm （誤差±2 mm）的小梁試件，在保證試驗溫度為15 ℃和－10 ℃的條件下， 以 50 mm/min 的加載速率進(jìn)行單點加載，計算試件破壞時的抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量，見表6、表7。

根據(jù)試驗結(jié)果得出：在低溫情況下，SBS 改性瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度相比另外兩種瀝青混合料較好。此外，在空隙率為25%時，基質(zhì)瀝青和乳化瀝青混合料在輪輾成型、切割成小梁后，試件邊角出現(xiàn)大顆粒礦料掉粒，其中基質(zhì)瀝青混合料掉粒最為嚴(yán)重， 乳化瀝青混合料次之，SBS 改性瀝青混合料不明顯。 這說明在25%的空隙率的條件下，瀝青黏度不足會導(dǎo)致其不能有效黏結(jié)粗集料，如圖2 所示。

表6 15 ℃條件下的彎曲試驗數(shù)據(jù)表

表7 －10 ℃條件下的彎曲試驗數(shù)據(jù)表

圖2 各瀝青混合料小梁情況

3.3 透水性能

表8 透水系數(shù)試驗數(shù)據(jù)

上述試驗過程中，由于試驗溫度過高，基質(zhì)瀝青與乳化瀝青的黏性偏小，制作車轍板時，瀝青溫度冷卻較慢，存在部分瀝青不能黏附于集料表面，直接流向車轍板底部，形成瀝青沉于車轍板底部的現(xiàn)象，導(dǎo)致車轍板底部無法形成通孔，因此基質(zhì)瀝青及乳化瀝青混合料的滲透系數(shù)僅供參考。 通過觀察SBS 改性瀝青混合料車轍板板底的情況及實際滲水試驗的情況，SBS 改性瀝青的滲透系數(shù)符合試驗?zāi)繕?biāo)，試驗結(jié)果能反映SBS 改性瀝青對應(yīng)空隙的透水情況。

4 結(jié)論

基質(zhì)瀝青和乳化瀝青混合料的透水性能因瀝青混合料中瀝青沉于車轍板底部，以致底部無法形成通孔，導(dǎo)致滲透系數(shù)達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，兩者的透水性能相比SBS 改性瀝青較差，且其路用性能不佳。SBS 改性瀝青混合料相比另外兩種瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、抗車轍能力、低溫抗裂能力較好，故SBS改性瀝青更適合作為大空隙透水瀝青混合料的材料。但由于文章采用的是25%的極限空隙率的瀝青混合料，SBS 改性瀝青混合料雖然高溫穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，但其性能僅略高于規(guī)范要求，為保證路面結(jié)構(gòu)的使用性能，不建議將SBS 改性瀝青混合料的路用空隙率定為25%。