排水瀝青混合料水穩(wěn)定性能研究

羅 強(qiáng)

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

0 引 言

排水瀝青路面采用大空隙的級(jí)配，與傳統(tǒng)的瀝青路面有著明顯的不同[1-2]。大空隙特征，表明排水路面可以很好地排水，抗滑，同時(shí)也可以降低噪聲，可以滿足現(xiàn)在當(dāng)下城市功能中對(duì)道路交通的新要求[3]。水損害是排水路面的主要病害之一，具體損害方式主要為排水路面在水或凍融循環(huán)作用下，由于汽車車輪荷載作用，進(jìn)入排水混合料中的水產(chǎn)生水壓力[4-6]，滲入到瀝青與集料表面，使得瀝青黏結(jié)力降低，導(dǎo)致?lián)p壞。凍融劈裂試驗(yàn)采用真空飽水、凍融和高溫水浴，較大了模擬了水損害的形成[7]。據(jù)此本文根據(jù)排水瀝青路面的核心訴求，選用了凍融劈裂試驗(yàn)（TSR），基于不同種改性劑、不同處理方式（干法、濕法）、對(duì)比分析了當(dāng)下最常見(jiàn)的排水瀝青混合料的對(duì)抗水損性能，以及干濕法不同工藝之間的差距。

1 材料與試驗(yàn)

1.1 結(jié)合料

排水瀝青混合料改性劑種類繁多，一般改性劑是與基質(zhì)瀝青先制成成品改性瀝青（即濕法），然后再制備改性瀝青混合料[8]。其中直投式改性劑是直接投放于集料中，制備出改性瀝青混合料（即干法）。

結(jié)合料選用70#基質(zhì)瀝青。技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 集料

本次研究所選取集料來(lái)自江蘇某產(chǎn)地，集料類型與尺寸規(guī)格如下：玄武巖1#，10～15 mm；玄武巖2#，5～10 mm；石灰?guī)r3#，0～5 mm；礦粉為石灰?guī)r研磨而成。物理指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 集料與礦粉的物理指標(biāo)

1.3 試驗(yàn)

根據(jù)路用性能的水穩(wěn)定性要求，選用了凍融劈裂試驗(yàn)（T0729—2011標(biāo)準(zhǔn)）。每組3次平行試驗(yàn)并取平均值，當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)變異率大于5%進(jìn)行第4次試驗(yàn)。

2 干濕法對(duì)比的凍融劈裂試驗(yàn)

2.1 干法試驗(yàn)結(jié)果

本文所用到的四種直投式改性劑的化學(xué)組成均為高分子樹(shù)脂（因涉及商業(yè)秘密，現(xiàn)隱藏其品牌和配方，現(xiàn)用A、B、C和D代替）。四種改性劑的特點(diǎn)如下：A和B具有較好的干拌熔融性，即高溫粘度較低，容易拌和，B為一種增粘樹(shù)脂；C為聚乙烯類常用的濕法改性劑；D改性劑有效SBS改性成分較高，此外，四種改性劑在常溫下的硬度、高溫時(shí)的黏度與以及外形均有明顯區(qū)別[9-10]。與基質(zhì)瀝青和常規(guī)改性瀝青（4.5%摻量SBS），制備得到8種干法瀝青混合料（其中7.5%摻量SBS為濕法工藝，其黏度過(guò)大無(wú)法采用干法工藝，僅做濕法對(duì)比）。具體凍融劈裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

圖1 不同改性劑干法改性瀝青混合料TS R試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比不同改性劑與不同原樣瀝青進(jìn)行改性，從圖1可以看出，4.5%摻量SBS改性抗水損性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青改性。對(duì)基質(zhì)瀝青改性而言，B與A改性劑TSR值較高，表明其干法抗水損性能好于C與D，從上圖原樣劈裂強(qiáng)度也可看出，B原樣劈裂強(qiáng)度較低，但TSR值較高，印證了其良好的水穩(wěn)定性能。但基質(zhì)改性總體性能低于4.5%摻量SBS。對(duì)4.5%摻量SBS常規(guī)改性瀝青改性而言，B改性劑改性試驗(yàn)值高于7.5%摻量SBS，且其原樣劈裂強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度也均高于7.5%摻量SBS，體現(xiàn)了抗水損性能優(yōu)異。C、D與常規(guī)改性瀝青改性，其性能相比于與基質(zhì)瀝青改性存在一定的波動(dòng)性，根據(jù)拌合效果分析，與兩種改性劑干法拌合均勻性有關(guān)。

2.2 濕法試驗(yàn)結(jié)果

四種直投式改性劑（A、B、C和D），與基質(zhì)瀝青和常規(guī)改性瀝青（4.5%摻量SBS），制備得到8種濕法瀝青混合料。具體凍融劈裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

在基質(zhì)瀝青中添加改性劑，濕法改性，從圖2看出，對(duì)混合料劈裂強(qiáng)度，TSR有大幅度提升。其中，提升幅度最大的是C改性劑，表明其抗水損害性能比其他改性劑優(yōu)異，且TSR值高于4.5%摻量SBS，體現(xiàn)了改性劑內(nèi)部有效改性成分改性效果良好。從原樣劈裂強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度遞增趨勢(shì)也反映了C有效的改性效果。在4.5%摻量SBS常規(guī)改性瀝青中添加改性劑，濕法改性，其TSR試驗(yàn)結(jié)果略有不同。B改性劑表現(xiàn)出良好性能，雖然原樣劈裂強(qiáng)度D較高，但其凍融后性能下降明顯。B、C和A改性劑的TSR均高于7.5%摻量SBS，表明整體抗水損性能優(yōu)于高黏改性瀝青混合料。

圖2 不同改性劑濕法改性瀝青混合料TS R試驗(yàn)結(jié)果

3 對(duì)比研究

為分析直投式改性劑干濕法改性對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)性能的影響，將四種改性劑與基質(zhì)瀝青和4.5%摻量SBS改性瀝青，制備得到的16種干濕法改性瀝青混合料試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理見(jiàn)圖3。采用不同工藝即干濕法對(duì)改性瀝青混合料所造成的TSR試驗(yàn)差值計(jì)算后見(jiàn)圖4。兩圖中中加號(hào)“+”左邊的B代表基質(zhì)瀝青即base asphalt，加號(hào)“+”右邊代表所選的改性劑。

圖3 不同改性劑干濕法改性瀝青混合料TS R試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比不同改性劑干濕法混合料水穩(wěn)性能，不難發(fā)現(xiàn)，濕法改性工藝優(yōu)于干法改性工藝，但不同改性劑干濕法差別不盡相同。從圖4可以看出，C改性劑在不同原樣瀝青中，干濕法TSR相差均很大，表明其抗水損性能亦相差很大。C濕法水穩(wěn)定性較優(yōu)，干法則較差，分析其原因是干法熔融性效果不佳，改性效果發(fā)揮不明顯。A與B改性劑干拌效果較好，在干濕法水穩(wěn)性能中也體現(xiàn)出來(lái)，見(jiàn)圖4，兩種改性劑干濕法TSR相差較小。D改性劑干濕法差距整體稍小于C改性劑，由于C改性劑濕法改性效果較好，而D改性劑有效SBS改性成分較高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)干濕法工藝和不同改性劑進(jìn)行了凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行水穩(wěn)定性能的研究分析，得到如下結(jié)論：

（1）對(duì)于水穩(wěn)定性而言，濕法改性總體優(yōu)于干法改性，用作被改性的原樣瀝青的情況下，SBS改性瀝青總體優(yōu)于基質(zhì)瀝青；對(duì)于高摻量（7.5%）的SBS改性瀝青而言，因黏度過(guò)大法選用干法工藝；干法工藝中，僅有B改性劑的干法方式能無(wú)論在基質(zhì)瀝青亦或是SBS改性瀝青中，均能獲得優(yōu)秀的干拌后的抗水損壞效果；

（2）改性劑的干拌熔融性對(duì)混合料的性能產(chǎn)生影響。對(duì)比四種改性瀝青混合料性能，B與A改性劑由于良好的干拌熔融性，其與相應(yīng)地濕法改性瀝青混合料性能差距較小，水穩(wěn)定性能整體性能優(yōu)于C與D改性劑；

（3）不具備濕法改性條件的項(xiàng)目推薦選用黏度較低干拌熔融性好的直投式改性劑（如增粘樹(shù)脂類改性劑B）；具有濕法工藝條件下無(wú)論是SBS改性瀝青，或是普通基質(zhì)瀝青，推薦選用聚乙烯類常用的濕法改性劑C。