排水性瀝青混合料路用性能研究

李 寅

（湖南中大檢測技術集團有限公司，湖南 長沙 410000）

排水性瀝青路面的應用可以有效降低交通噪聲，并減少交通事故的發(fā)生。隨著道路網(wǎng)絡的全面覆蓋，交通噪聲也持續(xù)干擾著人們的正常生活，城市交通產(chǎn)生的交通噪聲尤其嚴重。對于交通事故，路面抗滑能力欠缺是主要原因之一，特別是雨雪天氣，路面積水不能快速排出，輪胎和路面摩擦力大大降低，如果此時車輛還是高速行駛就極易發(fā)生漂移，進而導致交通事故[1]。而排水性瀝青路面可在很大程度上避免這些事件的發(fā)生。文章研究的OGFC即屬于排水性瀝青混合料中的一種。

1 排水瀝青混合料路面（OGFC）概述

排水瀝青混合料路面是粗集料占比在75%～85%、空隙率在15%～25%的一種瀝青路面[2]。排水瀝青混合料屬于開級配混合料中的一種，其內部結構中有著許多的能夠給下雨天路表積水提供足夠排水通道的孔隙以及連通孔隙。經(jīng)過多年的建設經(jīng)驗，可以明顯發(fā)現(xiàn)，雨雪天氣中排水瀝青混合料路面的路面水漂以及水霧現(xiàn)象都可以大大減少，這都緣于其優(yōu)越的排水性能[3]。排水瀝青混合料路面不僅可以有效提升路面能見度，而且還能有效加大汽車輪胎和路面之間的摩擦力，路面過往車輛的安全性也因此得到了有效保證。另外，排水瀝青混合料路面還能吸收行駛車輛發(fā)生的一部分噪聲以及車輛輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的噪聲，這一特點是普通的密集配以及半開級配瀝青混合料所不具備的。據(jù)學者研究，排水瀝青混合料路面可以將噪聲降至3～6dB[4]。但排水瀝青混合料路面也有一定的問題，其對瀝青的性能要求極高，一旦使用的瀝青質量不過關，那么鋪設路面投入使用之后非常容易出現(xiàn)早期損壞，而且后續(xù)使用中，空隙率也會在高溫以及荷載作用的沖擊之下降低，進而導致其路面的排水功能受到影響。

2 原材料

排水瀝青混合料路面使用的原材料是改性瀝青，一般情況使用的瀝青膠結料主要是摻量為5%的SBS改性瀝青以及日本產(chǎn)的12%的TPS高黏改性瀝青。5%的SBS改性瀝青的技術指標：軟化點為81.3℃，25℃針入度為68.7mm，5℃延度為37.5cm，60℃動力黏度為5767Pa·s。TFOT殘留物：質量損失為0.05%，針入度比為84.1%，軟化點為86.8℃，5℃延度為30.8cm。12%的TPS高黏改性瀝青的技術指標：軟化點為84.7℃，25℃針入度為51.2mm，5℃延度為42.8cm，60℃動力黏度為32582Pa·s。TFOT殘留物：質量損失為0.07%，針入度比為86.4%，5℃延度為40.5cm。

其使用的集料則是用到了石灰?guī)r技術指標，這主要是由排水瀝青混合料路面的高空隙率特點所致。故此，為了保證排水瀝青混合料路面的質量，其鋪設時粗集料含量相對較高，通常都是在80%以上?？梢哉f集料的質量以及配比直接決定了路面的排水性能。

3 路用性能試驗

3.1 高溫穩(wěn)定性試驗

（1）瀝青及改性劑摻量的影響。該次研究中，高溫車轍試驗主要涉及了5%摻量的SBS改性瀝青、12%的TPS改性瀝青和不同摻量的TPS改性瀝青。另外，為了進一步提升混合料的穩(wěn)定性，還在其中加入了0.3%的木質纖維TPS，其摻量分別為8%、10%、12%、14%和16%。具體試驗結果如圖1所示。從圖中不難看出，瀝青混合料中動穩(wěn)定值相對較小的是由SBS改性瀝青以及8%TPS改性瀝青構成的瀝青混合料。TPS摻量在10%的時候，排水瀝青動穩(wěn)定度直接達到了質的飛躍，其動穩(wěn)定度為4489次/mm，比8%TPS改性瀝青混合料高出1522次/mm，這與相關試驗規(guī)程一致[5]。可看出，在一定數(shù)值范圍內，排水瀝青混合料的動穩(wěn)定度是隨TPS摻量的增加而增加的，而且當TPS摻量低于12%時，動穩(wěn)定性的增幅相對來說是較大的，但是在12%以上的時候，動穩(wěn)定性的增幅開始慢慢趨于平緩。故此，筆者認為，12%的TPS改性劑是相對來說最優(yōu)的摻量值。

圖1 不同膠結料對應的評價動穩(wěn)定

（2）空隙率的影響。文章借助謝倫堡析漏試驗以及肯塔堡飛散試驗兩個試驗來對混合料的最優(yōu)油石比進行試驗。在試驗中，空隙率和OGFC的瀝青混合料高溫性能的研究主要使用摻量12%的TPS改性瀝青來進行，具體結果如表1、圖2所示。從中不難看出，在幾個混合料中動穩(wěn)定度比較低的為合成級配5，動穩(wěn)定性最大的為級配3，而且排水性瀝青混合料的動穩(wěn)定度及其空隙率的增加會先增加到一定數(shù)值之后開始減小。隨著混合料級配的變化，排水性瀝青混合料的動穩(wěn)定度發(fā)生明顯變化，這與排水性瀝青自身結構相關。

表1 五種級配對應的空隙率及油石比

圖2 空隙率與動穩(wěn)定的關系

3.2 水穩(wěn)定性試驗

（1）瀝青用量的影響。在試驗中使用的膠結料是TPS摻量12%的改性瀝青，集料組成是級配3，瀝青用量分別為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%以及5.5%。另外，為了提高混合料的穩(wěn)定性，還在其中摻入了0.3%的木質纖維，試驗結果如圖3所示。從圖3可以明顯看到排水性瀝青混合料水穩(wěn)定性和瀝青用量的相關性，瀝青混合料試件的浸水殘留度隨油石比的增加呈現(xiàn)出增加的趨勢，當?shù)竭_一定數(shù)值之后開始慢慢減小?；旌狭现腥绻麨r青含量比較少，集料表面瀝青膜就會很薄，容易遭到破壞。但是如果使用的瀝青量過大，又會影響混合料的穩(wěn)定性，其浸水殘留穩(wěn)定就會相對較低。

（2）空隙率的影響。為分析空隙率對排水性瀝青混合料的影響，筆者進行了浸水馬歇爾試驗，在試驗中使用的是合成級配5中礦料級配以及最優(yōu)油石比，具體結果如表2所示。從表2可以清晰看到，進水殘留穩(wěn)定度最小的為級配1、級配4、級配5這3種瀝青混合料。這主要是因為殘留穩(wěn)定度和級配即混合料空隙率相關。筆者認為，如果要按照浸水殘留穩(wěn)定度小于80%來控制，建議將排水性瀝青混合料的空隙率限定在16%～23%。

4 結束語

在高溫車轍試驗中，筆者發(fā)現(xiàn)12%的TPS改性劑摻量是最佳摻量，此摻量能讓排水性瀝青混合料保持最優(yōu)高溫性能。此外，各種瀝青及其改性劑摻量和其高溫性能直接相關且TPS改性的混合料高溫性能明顯比SBS好得多。在水穩(wěn)定性試驗中，瀝青的使用量和混合料的水穩(wěn)定性呈拋物線關系，其最佳狀態(tài)是油石比為4.5%時，筆者強烈推薦將排水性瀝青混合料中的瀝青使用量限定在4.0%～5.0%。空隙率和混合料的高溫性能以及水穩(wěn)定性直接相關，當混合料孔隙率控制在19%～22%時，混合料的高溫穩(wěn)定以及水穩(wěn)定性能最佳。

圖3 油石比與殘留穩(wěn)定度關系

表2 空隙率與殘留穩(wěn)定度關系 單位：%