郝培文+李國鋒+翟瑞鑫+李文輝+徐亦航

0 引言

隨著中國交通事業(yè)的發(fā)展，人們對道路性能的要求越來越高。尤其是高等級公路路面，不僅需要足夠的強度以抵御行車荷載的反復作用，還需要具備良好的表面功能滿足行車舒適性和安全性；而透水性路面獨有的抗滑、降噪和透水功能可以很好地滿足這些要求。

由于中國道路交通量大，氣候條件復雜，國外對透水性路面混合料的設計方法不能完全適用于國內(nèi)的實際情況?；诖耍疚尼槍ν杆月访婵障堵蚀笏斐傻幕旌狭侠匣?、松散等情況，采用聚合物改性的方法研發(fā)高粘度改性瀝青，進而進行配合比設計，并驗證其技術(shù)性能[1]。

1 原材料

試驗所用粗集料為輝綠巖碎石，含10～15 mm和5～10 mm兩檔集料，基本性能見表1。細集料為輝綠巖石屑，含2.6～5 mm和0～2.6 mm兩檔集料，基本性能見表2。礦粉為摻20%消石灰的石灰石礦粉，基本性能見表3。

基質(zhì)瀝青采用埃索AH-70重交道路瀝青，根據(jù)規(guī)范對其技術(shù)指標進行測試[2]，結(jié)果見表4。

高粘度改性瀝青是在基質(zhì)瀝青中摻加線型SBS改性劑、粉末狀SBR改性劑和PE改性劑制得的。具體步驟是：加熱瀝青，加入3種不同劑量的改性劑，在規(guī)定溫度下手動攪拌15 min；然后保持該溫度用高速剪切機以4 000～5 000 r·min-1剪切30 min；隨后在120 ℃下放置15～20 min使其充分溶脹，即得到所需的高粘度改性瀝青。

2 配合比設計

2.1 礦料最大粒徑

透水瀝青路面的透水性和降噪性與其空隙率和孔隙構(gòu)造密切相關(guān)。一般孔隙小時降噪效果好，但透水較慢且易堵塞。日本相關(guān)研究表明，鋪筑相同厚度透水性路面，最大粒徑較小的路面降噪效果優(yōu)于最大粒徑較大的路面。歐洲多數(shù)國家也主張選用最大粒徑相對較小的級配，如8～10 mm。但如果主要考慮透水功能和防止堵塞，則宜選取最大粒徑相對較大的級配。綜合考慮各因素，本文級配公稱最大粒徑選用13.2 mm。

2.2 礦料級配

根據(jù)規(guī)范最大公稱粒徑13.2 mm的級配范圍，逐級篩分粗、細集料后回配3種級配（級配1、2、3），級配曲線如圖1所示。

根據(jù)公式（1）計算最佳瀝青用量，并用馬歇爾穩(wěn)定度法校正。預估3種級配的瀝青用量分別為5.7%、5.5%、5.2%，制備馬歇爾試件測量其空隙率?？紤]到路面耐久性要求，混合料空隙率盡量控制在20%左右，2.36 mm通過率控制在10%～18%[3]。因此，級配2最為接近，故選用級配2作為設計級配。

10～15 mm輝綠巖、5～10 mm輝綠巖、石屑（0～2.6 mm）、礦粉之間的比例為46.7 37.6 10.2 5.5。合成級配見表5。

2.3 最佳瀝青用量

采用流淌試驗確定最佳瀝青用量。選取5組瀝青用量，分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，配置一定比例的混合料；在140 ℃～150 ℃溫度下拌和均勻，均勻攤開在42 cm×27 cm的瓷盤中，稱重，在165 ℃烘箱中放置1 h；然后趁熱移到另一容器中稱重，二者質(zhì)量之差除以烘前總質(zhì)量即為流淌損失率。結(jié)果見表6和圖2，其中曲線拐點即為設計的最佳瀝青用量。

由表6和圖2可初定瀝青最佳用量為5.3%。通過飛散試驗和馬歇爾穩(wěn)定度試驗驗證，發(fā)現(xiàn)混合料在20%空隙率的條件下能保持最大瀝青用量不流淌，磨耗損失不超過14%，馬歇爾穩(wěn)定度達到5 kN，完全滿足要求，故最佳瀝青用量定為5.3%。

3 路用性能分析

3.1 吸聲性

影響路面噪聲的因素包括輪胎和路面狀況。為評價透水性路面降噪性能，本研究采用輪胎落下法進行測試。制備3種不同類型混合料車轍板試件，尺寸為30 cm×30 cm×5 cm，采用普通小汽車輪胎（185/70R13），氣壓為0.2 N·mm-2，使輪胎從650 mm高臺自由落下[4]，二者撞擊的聲音用德國進口SLA-301噪聲水平分析儀測試，試驗用具如圖3所示，結(jié)果如表7所示。

從表7中數(shù)據(jù)可知，透水性瀝青路面的噪聲水平分別比AC、SMA型路面要低3.8 dB和3.3 dB，與國外實測透水降噪路面降噪約4 dB的結(jié)果接近。

測試不同類型瀝青混合料產(chǎn)生的噪聲，對1/3倍頻程進行頻譜分析，結(jié)果如圖4～6所示。

從3種混合料頻譜結(jié)果來看，AC-13和SMA-13兩種瀝青混合料的噪聲分布在1 600～2 000 Hz范圍內(nèi)；而透水性瀝青混合料產(chǎn)生的噪聲分布在630～800 Hz內(nèi)，大大降低了噪聲的尖銳度，更易于被人接受。

3.2 透水性

采用定水頭方法測定透水性瀝青混合料的透水系數(shù)，利用自制透水儀（圖7），從儀器上部注入水，水通過試件從底部流出，持續(xù)加水直到加水與溢水達到平衡，計量混合料的出水量及時間，計算達西定律的透水系數(shù)KT。

KT=Q·L/[s·H·（t2-t1）] （2）

式中：Q為溢流出水量；L為試件厚度；s為試件截面積；H為水頭；t1為試驗開始時間；t2為試驗結(jié)束時間。

按上述方法試驗并計算的結(jié)果如表8所示。

由表8可知，該設計測得的混合料透水系數(shù)遠遠超過日本《透水性路面技術(shù)指南》規(guī)定的不小于0.01的要求，透水能力較強。

3.3 抗滑性

中國現(xiàn)行的瀝青路面設計規(guī)范主要從2個方面表征路面抗滑性：摩擦系數(shù)和路表構(gòu)造深度。本研究采用擺式儀和灌砂法分別對試件抗滑性進行測定，測試結(jié)果見表9。

分析表9可知，透水瀝青路面的摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度遠超規(guī)范要求，比普通AC、SMA瀝青混合料路面要大，具有更加優(yōu)良的抗滑性能。

4 結(jié)語

（1）采用添加一定劑量的SBS、SBR、PE粉末制成的高粘度改性瀝青，與集料拌和生產(chǎn)透水性瀝青混合料，當空隙率控制在20%左右時，其馬歇爾穩(wěn)定度和磨耗損失均能完全滿足規(guī)范要求。

（2）與AC類和SMA類瀝青混合料相比，透水性瀝青混合料具有更好的降噪性能，產(chǎn)生的噪聲約為前兩者的1/3～1/2。

（3）室內(nèi)采用定水頭方法，利用自制透水儀測定透水瀝青混合料的透水系數(shù)，結(jié)果遠遠超過日本規(guī)范的要求，說明透水性瀝青混合料具有很好的透水性能。

（4）擺式儀和灌砂法試驗結(jié)果表明，透水性瀝青路面抗滑性能良好。

參考文獻：

[1] 徐亦航. 排水性瀝青路面技術(shù)性能研究[D].西安：長安大學，2007.

[2] JTJ 052—2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[3] 尹永勝.低噪音瀝青路面的研究[D].西安：長安大學，2005.

[4] 董雨明.隧道抗滑低噪聲水泥混凝土路面研究[D].西安：長安大學，2004.