不同瀝青結(jié)合料對排水路面滲透及路用性能影響研究

唐小燕

福建南平路橋養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福建 南平 353000

0 引言

OGFC 是一種典型的排水路面級配類型，相較于密級配瀝青混合料（AC）最大的區(qū)別在于空隙率的不同，具有較少的細(xì)集料，因此能夠達(dá)到較大的空隙率（20%左右），形成了一種排水結(jié)構(gòu)，從而具有優(yōu)良的排水性能，尤其在多雨地區(qū)，車輛行駛在OGFC 路面時(shí)，不會由于摩擦力的減小而產(chǎn)生打滑漂移等危險(xiǎn)，提高道路行駛的安全性。此外，排水瀝青混合料由于大量的孔洞存在，可以吸收車輛行駛過程中產(chǎn)生的噪音，從而達(dá)到降噪功能［1］。然而，由于缺乏足夠的細(xì)集料填充瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可能會降低路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性。

為了提高OGFC 的強(qiáng)度及耐久性，大量學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究［2-4］,旨在尋找提高OGFC 性能的方式。OGFC 具有較少的細(xì)集料填充成分，造成瀝青結(jié)合料與粗集料具有更大的接觸面積，因此兩者之間的粘結(jié)力對于OGFC 的整體性能起到了至關(guān)重要的作用。Ruiz 等人研究了不同標(biāo)號的基質(zhì)瀝青對OGFC 耐久性的影響，推薦采用70#瀝青用于交通量大及炎熱地區(qū)［5］。杜宇兵研究了膠粉改性瀝青及高粘改性瀝青的性能，認(rèn)為高粘改性瀝青具有更好的綜合性能［6］。采用改性劑來提高瀝青結(jié)合料的性能，從而提高OGFC 的路用性能是目前最常采用的方式。然而，添加劑的加入勢必會產(chǎn)生一定的不良影響，可能會降低OGFC 的某種性能，因此有必要對不同瀝青結(jié)合料對OGFC 的綜合性能進(jìn)行研究。

本研究主要通過一系列室內(nèi)試驗(yàn)評估不同瀝青結(jié)合料對OGFC 路用性能及滲水性能的影響規(guī)律。首先通過高溫車轍試驗(yàn)，低溫梁彎曲試驗(yàn)以及浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)研究了多種瀝青混合料對排水瀝青混合料路用性能的影響。其次通過路面滲水儀評價(jià)了不同瀝青結(jié)合料對OGFC 滲水性能的影響，最后分析不同瀝青結(jié)合料OGFC 的適用情況及優(yōu)劣。

1 原材料

1.1 集料

試驗(yàn)采用礦質(zhì)集料選用福建產(chǎn)玄武巖，依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊》（JTG F40-2004）對其常規(guī)性能指標(biāo)進(jìn)行測定，均滿足規(guī)范要求。

1.2 瀝青結(jié)合料

瀝青結(jié)合料對排水路面的性能影響很大，本次試驗(yàn)所用瀝青為70#基質(zhì)瀝青、殼牌SBS 改性瀝青，具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.3 高粘改性瀝青結(jié)合料

試驗(yàn)所用的高粘改性瀝青為SBS 改性瀝青中復(fù)配高粘改性劑制備，高粘改性劑呈淡黃色，密度為0.8g/cm3的圓餅顆粒，熔點(diǎn)為160℃～170℃。

高粘改性瀝青的制備過程為：首先將SBS 改性瀝青恒溫至170℃，稱取一定量的高粘改性劑（8%），緩慢加入SBS 改性瀝青中，通過磁力攪拌器在恒溫條件下先以1000r/min 進(jìn)行初攪，再以3000r/min 進(jìn)行二次攪拌以使高粘改性瀝青與瀝青混合均勻，從而制得試驗(yàn)用的高粘改性瀝青（HVB）。

2 配合比設(shè)計(jì)

為制備排水瀝青混合料，采用玄武巖集料與多種瀝青結(jié)合料制備OGFC-13 瀝青混合料，目標(biāo)空隙率為20%。首先將集料保溫在180℃下4h 至恒溫，基質(zhì)瀝青、SBS 改性瀝青及高粘改性瀝青分別以150℃和170℃加熱至流動態(tài)。由于高粘改性瀝青粘度較大，因此成型溫度控制在180℃左右。OGFC-13 級配如表2 所示，HVB、SBS、70#最佳瀝青用量分別為4.6%、4.5%和4.5%。

表1 瀝青結(jié)合料技術(shù)性能

表2 OGFC-13 級配 %

3 路用性能及滲透性能研究

3.1 高溫穩(wěn)定性

高溫車轍試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱嗽谑覂?nèi)模擬實(shí)際路面上由于車輛荷載作用對瀝青路面造成的永久變形。根據(jù)規(guī)范要求首先制備300mm×300mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件，將試件于60℃條件下保溫6h 至恒溫，然后經(jīng)過21 次/min 車輪往復(fù)碾壓1h，以位移傳感器記錄中部的豎向位移。本次試驗(yàn)條件選用60℃下0.7MPa 的荷載力，以動穩(wěn)定度作為OGFC-13 高溫抗變形能力的評價(jià)指標(biāo)。對三種瀝青結(jié)合料按最佳油石比制備標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件后進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

由表3 中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，相比于70#基質(zhì)瀝青，SBS與HVB 制備的OGFC-13 瀝青混合料具有更高的高溫抗車轍性能，相較于70#依次提高了1.07 和1.31 倍。排水瀝青混合料缺乏足夠的細(xì)集料填充，具有較大的空隙率，會導(dǎo)致承載能力的部分喪失，因此一般選擇具有更好粘結(jié)力的改性瀝青作為結(jié)合料使用，通過更優(yōu)異的粘結(jié)性及流變性來提高瀝青混合料的高溫抗變形性能，試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，采用HVB 和SBS 有利于提高排水路面的高溫穩(wěn)定性。

表3 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的高溫性能

3.2 低溫穩(wěn)定性

低溫穩(wěn)定性的測試方法采用-10℃小梁彎曲試驗(yàn)，目的是為了模擬瀝青路面在低溫條件下抵抗開裂的能力。首先制備標(biāo)準(zhǔn)300mm×300mm×50mm的車轍板試件，通過切割機(jī)獲得尺寸為250mm×30mm×35mm的試件，待試件干燥后置于試驗(yàn)溫度下至試件-10℃恒溫，將試件按照規(guī)范置于臺座，通過萬能試驗(yàn)機(jī)以50mm/min進(jìn)行加載，記錄荷載及位移，以最大彎拉應(yīng)變作為低溫穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的低溫性能

低溫試驗(yàn)結(jié)果類似于高溫試驗(yàn)結(jié)果的特征，呈現(xiàn)出依次遞增的數(shù)據(jù)結(jié)果，表明相比較于70#基質(zhì)瀝青，SBS 和HVB 呈現(xiàn)出更好的低溫性能，依次提高了0.43 倍和0.79 倍，HVB 能夠在更大的彎拉應(yīng)變下破壞，表明具有更好的低溫抗開裂性能。

3.3 水穩(wěn)定性

OGFC-13 的水穩(wěn)定性能通過浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)（TSR）進(jìn)行測定。其中浸水馬歇爾試驗(yàn)是將制備好的馬歇爾試件分為兩組，一組置于60℃環(huán)境水浴中保溫48h，另一組為30min，以兩組穩(wěn)定度的比值作為浸水殘留穩(wěn)定度，用作抗水損壞性能的評價(jià)方法。TSR 是目前應(yīng)用較多的水穩(wěn)定性試驗(yàn)方法，以及簡單的操作手段與較好的相關(guān)性而被廣泛使用。試驗(yàn)將制備好的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件分為兩組，每組≮4 個(gè)，一組常溫保存，一組進(jìn)行真空飽水后置入冷藏箱中（-18℃）保溫16h，之后取出置入60℃恒溫水浴中保溫24h，之后再將兩組試件均置入25℃水域中保溫，測得兩次穩(wěn)定度的比值凍融劈裂強(qiáng)度比作為評價(jià)指標(biāo)。三組實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如表5，表6 所示。

由表5 可知，三種瀝青結(jié)合料制備的OGFC-13 殘留穩(wěn)定度相差不大，SBS 和HVB 優(yōu)于70#基質(zhì)瀝青，僅僅提高4.1%和3.3%，SBS 略優(yōu)于HVB，但基本相同。表6 為TSR 試驗(yàn)結(jié)果，可以觀察到與殘留穩(wěn)定度結(jié)果稍有不同，SBS 與HVB 的凍融劈裂強(qiáng)度比均優(yōu)于70#基質(zhì)瀝青，分別提高10.1%和12.4%，但HVB 的凍融劈裂強(qiáng)度比稍高于SBS，但依然相差不大，綜合殘留穩(wěn)定度和TSR 的試驗(yàn)結(jié)果可知，SBS 和HVB 的水穩(wěn)定性能均高于70#基質(zhì)瀝青，表明了改性瀝青有利于提高OGFC-13 的抗水損壞性能，且SBS 和HVB 的抗水損壞能力基本相同。

表5 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的殘留穩(wěn)定度

表6 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的TSR 結(jié)果

3.4 路面滲透性

排水路面的滲透性質(zhì)可以采用路面滲水儀進(jìn)行測定，通過記錄規(guī)定時(shí)間內(nèi)量筒內(nèi)水位的變化來判別不同瀝青混合料的滲透性。試驗(yàn)前制備不同瀝青結(jié)合料的標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件，清理測定位置的塵土，把路面滲水儀放置在測定位置，在滲水儀底座周圍涂抹密封膠，防止水分從側(cè)面溢出，影響測試結(jié)果，將量筒內(nèi)加入足量水并按照規(guī)范排出空氣后，記錄水位下降高度隨時(shí)間變化，計(jì)算路面滲水系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如表7 所示。

表7 不同瀝青結(jié)合料OGFC-13 的滲透性

由表3 結(jié)果可知HVB 在滲透性能上具有較為明顯的優(yōu)勢，可能是由于HVB 和SBS 制備的瀝青混合料空隙率及連通空隙率相對較大，有利于OGFC-13 表面水豎向的滲透，因此具有相對較大的滲水系數(shù)。

4 結(jié)論

本文研究了不同瀝青結(jié)合料對排水路面的路用性能及滲透性能影響?；隈R歇爾試驗(yàn)確定了不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13的最佳油石比，并在此條件下制備試驗(yàn)用試件，測定不同排水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性以及路面滲透性能，得出結(jié)論主要如下：

（1）高溫穩(wěn)定性結(jié)果表明HVB 和SBS 具有更高的高溫抗變形能力。主要是由于改性瀝青中由于改性劑的適量加入，提高了瀝青結(jié)合料的彈性水平以及粘度，使得改性瀝青能夠在較高的溫度下依然具有較高的強(qiáng)度，用于抵抗荷載作用產(chǎn)生的變形，且HVB 的效果最為明顯。

（2）低溫穩(wěn)定性結(jié)果表現(xiàn)出與高溫穩(wěn)定性相同的結(jié)果，表明改性劑的加入不僅提高了基質(zhì)瀝青的的高溫流變性，同時(shí)提高了結(jié)合料低溫敏感性，保證改性瀝青結(jié)合料在較低的溫度下能夠保有較好的松弛能力，防止瀝青過脆而產(chǎn)生的低溫開裂。

（3）水穩(wěn)定性結(jié)果表明改性劑的加入并沒有大幅度的提升瀝青結(jié)合料的抗水損壞性能，相較于70#基質(zhì)瀝青，SBS 和HVB 殘留穩(wěn)定度及TSR 結(jié)果僅僅存在小幅度的提高。兩種試驗(yàn)方法中SBS 和HVB 的結(jié)果存在不同，但相差很小，表明HVB和SBS 水穩(wěn)定性能基本相同。

（4）滲透試驗(yàn)結(jié)果表明三種瀝青結(jié)合料制備的瀝青混合料存在一定不同，排水性能順序?yàn)椋篐VB ＞SBS ＞70#，這可能是由于空隙率及連通空隙率的不同造成的。

（5）綜合三種不同的排水路面路用性能及滲透性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，HVB 具有更好的綜合性能，SBS 次之，70#基質(zhì)瀝青相對較差。