適應(yīng)凍融環(huán)境的排水降噪瀝青混合料優(yōu)化設(shè)計

劉宇

（1.中鐵投資集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.中鐵京西（北京）高速公路發(fā)展有限公司，北京 102308）

排水降噪瀝青路面的空隙率達(dá)到18%以上，具有大空隙特征，近年來在高速公路和城市快速路中應(yīng)用廣泛[1]。排水降噪瀝青路面一般用于南方多雨地區(qū)，可提高雨天行車安全性；或者作為交通噪聲污染路段的路面表面層，可提高公路沿線居民的居住舒適度[2,3]。對于冬季凍融地區(qū)，由于排水降噪瀝青路面的空隙率較大，冰雪被車輛碾壓擠入內(nèi)部空隙中，在凍脹作用下對路面結(jié)構(gòu)造成一定損傷[4]。高黏度添加劑作為關(guān)鍵原材料，對排水降噪瀝青混合料的抗飛散性能影響顯著[5]。混合料級配、纖維、外界環(huán)境條件等因素亦對排水降噪瀝青混合料耐久性產(chǎn)生較大影響[6～8]。因此，通過材料優(yōu)化提高排水降噪瀝青混合料耐久性，更加適應(yīng)北方寒冷地區(qū)。

一、試驗(yàn)設(shè)計

（一）原材料

1.瀝青

采用SBS改性瀝青與高黏度添加劑復(fù)合改性方案制備高黏度改性瀝青，作為排水降噪瀝青混合料的膠結(jié)料。高黏度改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 高黏度改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

2.粗集料

粗集料采用玄武巖，主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 粗集料主要技術(shù)指標(biāo)

3.細(xì)集料

細(xì)集料采用石灰?guī)r，主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)

4.礦粉

礦粉采用石灰?guī)r磨細(xì)礦粉，主要技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 礦粉主要技術(shù)指標(biāo)

（二）凍融循環(huán)試驗(yàn)方法

采用上述原材料制備排水降噪瀝青混合料，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。考慮到極端高低溫、浸水等客觀環(huán)境條件，采用凍融循環(huán)試驗(yàn)?zāi)M北方地區(qū)冬、夏季的氣候及溫度循環(huán)，試驗(yàn)條件為低溫-18℃和高溫水浴60℃交替循環(huán)。具體的試驗(yàn)方法如下：

1.按照規(guī)范要求成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，每組試件不少于4個；

2.試件飽水處理：飽水浸泡0.5h，然后真空飽水15min，恢復(fù)常壓浸水0.5h，完成試件飽水；

3.試件凍融處理：在-18℃下冰凍16h，然后將試件放入60℃水浴箱融化8h，此為一次循環(huán)；

4.重復(fù)步驟3凍融循環(huán)過程，直到達(dá)到試驗(yàn)所需循環(huán)次數(shù)為止；

5.按照規(guī)范要求開展肯塔堡飛散試驗(yàn)，得到肯塔堡飛散損失；

6.考慮到重復(fù)性試驗(yàn)誤差，飛散損失絕對值合理波動可能對數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生一定影響，以未凍融試件的飛散損失作為基準(zhǔn)值，分別計算不同凍融循環(huán)次數(shù)后的飛散損失增長率，作為抗凍融性能評價指標(biāo)。

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）公稱最大粒徑對抗凍融性能的影響

分別測試PAC-10、PAC-13、PAC-16排水降噪瀝青混合料測試飛散損失。測試結(jié)果顯示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，排水降噪瀝青混合料的飛散損失呈現(xiàn)增長趨勢，飛散損失增長率逐漸增大。在凍融循環(huán)6次～8次時，飛散損失增長趨勢更加明顯，其余時候飛散損失增長相對平緩。對比不同公稱最大粒徑的飛散損失增長率可知，小粒徑排水降噪瀝青混合料抗凍融性能優(yōu)于大粒徑排水降噪瀝青混合料。原因可能是小粒徑排水降噪瀝青混合料油石比較大，集料表面裹附的瀝青膜較厚，集料顆粒之間的黏結(jié)強(qiáng)度較高。此外，小粒徑排水降噪瀝青混合料集料粒徑較為均勻，在試驗(yàn)過程中受撞擊時不易發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，同樣有利于提高抗凍融性能。

（二）纖維對抗凍融性能的影響

分別測試未摻加纖維和外摻0.1%聚酯纖維的PAC-13排水降噪瀝青混合料測試飛散損失。

隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，無論是否摻加纖維，排水降噪瀝青混合料的飛散損失均呈增長趨勢，飛散損失增長率逐漸增大。相比之下，摻加纖維的排水降噪瀝青混合料抗凍融性能更好，在相同凍融循環(huán)次數(shù)下其飛散損失增長率小于未摻加纖維的排水降噪瀝青混合料。纖維在集料骨架之間縱橫交錯，起到吸附、穩(wěn)定、加筋等作用，增大了集料顆粒之間的粘結(jié)力，提高了承受外界荷載作用的能力，有利于提升排水降噪瀝青混合料抗凍融性能。

（三）凍融條件對抗凍融性能的影響

分別測試飽水凍融和無水凍融條件下PAC-13排水降噪瀝青混合料飛散損失。無水凍融是指馬歇爾試件冰凍處理后置于60℃烘箱融化而非60℃水浴箱融化，其他試驗(yàn)條件不變。

隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，無水凍融條件下排水降噪瀝青混合料的飛散損失增長率更小。無水凍融條件下混合料在冰凍時僅是材料溫度降低，由于沒有水分結(jié)冰膨脹，集料顆粒不會受到或是輕微受到冰晶的膨脹力作用，對集料骨架結(jié)構(gòu)損傷較小，飛散損失增長率較低。在無水凍融條件下，水分與瀝青分子的置換作用也較弱，對集料顆粒之間粘結(jié)力的削弱也較少。上述因素均有利于提高排水降噪瀝青混合料的抗凍融性能。

三、結(jié)語

本文分析了公稱最大粒徑、纖維、凍融條件等因素對排水降噪瀝青混合料飛散損失增長率的影響，發(fā)現(xiàn)較小粒徑、摻加纖維、無水凍融等措施均有利于提高排水降噪瀝青混合料的抗凍融性能。因此，在我國北方凍融環(huán)境中，可采用小粒徑混合料級配，摻加一定量的纖維，及時除雪清冰保證路面干燥，提高排水降噪瀝青混合料的抗凍融性能。