排水性瀝青路面應用越來越廣泛，各國對這種排水路面的組成設計標準不盡相同，但是設計思想基本一致，都是在合適的原材料原則的基礎上通過一定的礦料結構搭配，得到達到一定空隙率的排水性瀝青混合料。本文由排水性瀝青混合料的不同配合比設計，做出試件，通過空隙率與力學性能、高溫穩定性能、低溫抗裂性能和水穩性能的各種路用性能評測，得到排水性瀝青混合料的設計方法，為工程應用提供參考。
1 原材料與設計參數
1.1 瀝青
本文選擇了目前常用的SBS改性瀝青（PG70-28）進行室內試驗，其基質瀝青為克拉瑪依AH-90。作為對比，選擇了日本生產的TPS改性瀝青，基質瀝青為殼牌AH-90重交通瀝青。其主要技術性質見表1。
表1 瀝青的技術性質試驗結果
|
試驗項目 |
克拉瑪依AH-90 |
殼牌AH-90 |
SBS改性瀝青 |
TPS改性瀝青 |
|
針入度(25℃,100g,5s)/0.1mm |
83 |
95 |
72 |
62 |
|
延 度〔5cm/min,10℃)/cm |
33 |
30 |
47 |
65 |
|
延 度〔5cm/min,15℃)/cm |
>150 |
>150 |
— |
— |
|
軟化點(R&B)/℃ |
45.5 |
44.2 |
71.3 |
82.8 |
|
閃點(COC)/℃ |
327 |
374 |
322 |
368 |
|
動力粘度(60℃)/Pa·s |
262 |
213 |
5728 |
587240 |
從表中可以看到，兩種基質瀝青的性能基本一致，但通過不同改性劑的作用性能發生較大變化。TPS改性瀝青的各項性能均優于SBS改性瀝青，且瀝青的60℃動力粘度非常大。針對SBS改性瀝青粘度較低的特點，在混合料試驗中添加一定量的木質素纖維穩定劑以提高瀝青與礦料的裹覆力，減少瀝青膠漿的高溫流淌。
1.2 配合比
綜合分析瀝青混合料的各項體積指標和力學指標后，確定3種礦料的級配范圍如表2所示。綜合流淌試驗和飛散試驗確定的最大和最小瀝青用量，最終確定最佳瀝青用量如表2所示。
表2 礦料級配和油石比
|
篩孔尺寸(mm) |
油石比(%) |
通過質量百分率(%) |
|
26.5 |
19.0 |
16.0 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
級配A
(VV=18%) |
5.2 |
100 |
99.7 |
87.0 |
53.5 |
22.3 |
16.7 |
15.3 |
12.8 |
9.7 |
6.9 |
5.6 |
4.9 |
級配B
(VV=20%) |
5.0 |
100 |
99.7 |
86.3 |
51.1 |
18.3 |
12.7 |
11.7 |
10.0 |
8.1 |
6.2 |
5.4 |
4.7 |
級配C
(VV=22%) |
4.8 |
100 |
99.7 |
85.5 |
48.7 |
14.5 |
8.7 |
8.0 |
7.3 |
6.4 |
5.6 |
5.2 |
4.6 |
|
級配上限 |
— |
100 |
100 |
92 |
83 |
59 |
31 |
21 |
17 |
15 |
12 |
11 |
7 |
|
級配下限 |
— |
100 |
95 |
80 |
64 |
37 |
10 |
10 |
9 |
6 |
6 |
5 |
3 |
2 路用性能測試
為了全面了解排水性瀝青混合料的排水功能與其他路用性能之間的關系，即空隙率與力學性能、高溫穩定性能、低溫抗裂性能和水穩性能之間的關系，在試驗室制備了不同的試件進行相應的測試。作為對比，每種試驗都選擇了SBS改性瀝青和TPS改性瀝青進行試驗，兩種混合料的礦料級配相同。SBS改性瀝青混合料中添加了混合料總質量0.3%的木質素纖維。選擇的礦料級配有3種，其空隙率分別控制在18%，20%和22%。礦料級配和瀝青用量如表2所示。
2.1 力學性能
采用馬歇爾試驗進行不同瀝青和不同空隙率的比較，試驗結果見表3。
表3 排水性瀝青混合料的馬歇爾試驗結果
|
試驗項目 |
SBS改性瀝青混合料 |
TPS改性瀝青混合料 |
|
級配A |
級配B |
級配C |
級配A |
級配B |
級配C |
|
總空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
連通空隙率/% |
13.1 |
16.4 |
20.1 |
13.1 |
16.4 |
20.2 |
|
穩定度/kN |
6.62 |
5.79 |
4.71 |
7.82 |
6.37 |
6.02 |
|
流值/0.1mm |
44.6 |
39.5 |
33.9 |
46.8 |
38.0 |
22.3 |
從表3可以看出，對于相同的混合料，連續空隙率隨混合料的總空隙率增大而增大，相同礦料級配的SBS改性瀝青混合料與TPS改性瀝青混合料的空隙率和連續空隙率非常相近，說明瀝青結合料種類的變化不會影響混合料的空隙率，即瀝青結合料種類不會使混合料的透水性能發生改變。隨著空隙率的增加穩定度值逐漸減小，對于同一種級配來說，TPS改性瀝青混合料的穩定度要高于SBS改性瀝青混合料，說明TPS改性瀝青混合料的力學強度較好。
2.2 高溫穩定性能
高溫穩定性能是公路路面性能的主要評價指標，研究表明，由于排水性瀝青混合料中礦料顆粒的嵌擠作用和使用高粘結力的瀝青結合料，使得混合料具有相對與普通瀝青混凝土較高的抗高溫變形能力。課題組利用高溫車轍試驗來評價排水性瀝青混合料高溫穩定性試驗結果見表4。
表4 排水性瀝青混合料的車轍試驗結果
|
試驗項目 |
SBS改性瀝青混合料 |
TPS改性瀝青混合料 |
|
級配A |
級配B |
級配C |
級配A |
級配B |
級配C |
|
總空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
動穩定度DS/(次/mm) |
3154 |
4732 |
3972 |
4123 |
7463 |
6427 |
|
60min變形量/mm |
3.78 |
2.75 |
3.67 |
2.85 |
1.69 |
2.25 |
從表4可以看出，不同的瀝青對相同的瀝青混合料表現出差異較大的高溫穩定性能，當空隙率為20%時，SBS改性瀝青的DS值比TPS改性瀝青DS值小，同樣前者的60min變形量也比后者大。造成這一結果的原因是由于TPS改性瀝青的性能優于SBS改性瀝青所致。對于同一種改性瀝青，隨空隙率的改變，排水性瀝青混合料表現出不同的高溫性能，當空隙率為20%時混合料的高溫性能最好，而空隙率變大或變小都會使高溫性能降低。
2.3 低溫抗裂性能
采用小梁低溫彎曲試驗對排水性瀝青混合料的低溫性能進行評價得到的彎曲應變指標，一般彎曲應變越大，混合料的抗低溫收縮性能越好。表5給出了兩種改性瀝青排水性混合料的低溫彎曲試驗結果。
表5 排水性瀝青混合料低溫彎曲試驗結果
|
試驗項目 |
SBS改性瀝青混合料 |
TPS改性瀝青混合料 |
|
級配A |
級配B |
級配C |
級配A |
級配B |
級配C |
|
總空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
低溫彎曲應變(-10℃)/μe |
2423.2 |
2216.7 |
1894.5 |
2497.3 |
2305.8 |
1915.3 |
|
彎曲勁度模量/MPa |
3775.6 |
3978.5 |
4127.4 |
3795.6 |
3914.6 |
4127.3 |
從表5可以看出，兩種改性瀝青對相同的瀝青混合料的低溫抗裂性能在同一個水平上，說明對于SBS和TPS改性瀝青，對同一種混合料類型，其混合料表現相同的低溫特性。對于同一種改性瀝青，排水性瀝青混合料的低溫抗裂性能會隨空隙率的增大而降低。
2.4 水穩定性
排水性瀝青混合料的水穩定性能用殘留穩定度和凍融劈裂強度比進行表示。試驗結果見表6。
表6 排水性瀝青混合料水穩定試驗結果
|
試驗項目 |
SBS改性瀝青混合料 |
TPS改性瀝青混合料 |
|
級配A |
級配B |
級配C |
級配A |
級配B |
級配C |
|
總空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
殘留穩定度/% |
93.7 |
91.3 |
84.8 |
93.8 |
91.7 |
83.4 |
|
凍融劈裂強度比/% |
86.7 |
85.4 |
78.8 |
87.6 |
85.9 |
79.6 |
從表6可以看出，在相同的空隙率下，SBS和TPS改性瀝青混合料的水穩定性基本在同一個水平上。由于凍融劈裂試驗比馬歇爾殘留穩定度試驗的條件更為苛刻，所以得到的評價指標結果更能反映出材料的水穩定性能。根據凍融劈裂強度比測試結果，TPS改性瀝青混合料的水穩定性略高于SBS改性瀝青混合料。對于同一種改性瀝青，排水性瀝青混合料的水穩性能會隨空隙率的增大而降低。
3 結論
本文針對排水性瀝青路面的原材料、混合料的配合比以及混合料的路用性能進行了室內研究，結合試驗結果，得出了以下結論：
（1）由于排水性瀝青混合料的空隙較大，為了能有足夠厚的瀝青油膜以增加耐久性，以及防止混合料在儲存、運輸和攤鋪過程中產生的瀝青流淌和離析，應采用高粘度改性瀝青，而粘度稍低的SBS改性瀝青可通過添加木質素纖維的方式使其達到所用瀝青要求。
（2）當空隙率為20%時，排水性瀝青混合料的高溫性能最好，而空隙率變大或變小都會使高溫性能降低。空隙的增加會使瀝青混合料的低溫抗裂性能、水穩性能降低，但總體上排水性瀝青混合料的低溫抗裂及水穩性可以滿足使用要求。
參考文獻：
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