余 芳，韋 明

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程加速，硬化鋪裝過(guò)多，越來(lái)越多的城市出現(xiàn)了用水緊缺現(xiàn)象及雨季出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象。2012年4月，在“2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇”中，“海綿城市”概念被首次提出。2015年3月，3部委確定包括南寧、濟(jì)南在內(nèi)的16個(gè)城市獲得中央財(cái)政補(bǔ)貼，用于海綿城市建設(shè)。海綿城市建設(shè)中，除建設(shè)必要的給排水管網(wǎng)外，如何讓占城市面積20%～30%的道路和廣場(chǎng)成為“海綿道路”則是關(guān)鍵問(wèn)題之一。OGFC（即大孔隙開級(jí)配排水式瀝青磨耗層）路面表現(xiàn)出較好的滲水、防滑、降噪等特點(diǎn)，是解決這一問(wèn)題的有效方案。

OGFC路面內(nèi)部連通的孔隙增加了排水通道，快速排出路面積水，提高降雨期間路面摩擦系數(shù)，提升道路通行安全；同時(shí)該路面的多孔結(jié)構(gòu)為輪胎對(duì)空氣形成的壓縮與抽吸提供了消散渠道，從而可降低行車噪音，是潮濕多雨地區(qū)的城市道路路面表層較好的選擇。本文針對(duì)OGFC－13混合料的路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 原材料性質(zhì)

1.1 瀝青

瀝青是瀝青混合料的結(jié)合料，它的性能指標(biāo)直接關(guān)系到混合料的路用性能。由于OGFC屬于大空隙路面結(jié)構(gòu)，在日照、雨水及使用過(guò)程中老化得較快，因此應(yīng)選用高黏改性瀝青以提高混合料路用性能。本次試驗(yàn)中，基質(zhì)瀝青選用殼牌70＃重交通石油瀝青，加入交通部公路科學(xué)研究院開發(fā)的適用于排水瀝青混合料的高黏度添加劑HVA，摻量為瀝青質(zhì)量的12%，改性前后瀝青技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

由表1可看出，摻入HVA后瀝青的技術(shù)指標(biāo)得到明顯的改善，軟化點(diǎn)提高了27.4℃，說(shuō)明HVA改性瀝青的高溫性能更好，同時(shí)針入度和延度均符合要求。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)表

1.2 集料

考慮到潮濕多雨地區(qū)瀝青路面要求有良好的水穩(wěn)定性，粗、細(xì)集料均應(yīng)采用與瀝青具有良好粘附性能的堿性集料。此外，OGFC作為城市道路路面表層需要有優(yōu)良的抗滑性能，粗集料不能使用易磨光的石料。本次試驗(yàn)粗集料采用廣西百色產(chǎn)輝綠巖碎石，分為10～15mm及5～10mm兩檔，集料表面無(wú)雜質(zhì)、無(wú)明顯的風(fēng)化現(xiàn)象，細(xì)集料采用0～5mm的石灰?guī)r石屑。粗細(xì)集料物理技術(shù)性能如表2、表3所示。

表2 粗集料物理技術(shù)性能表

表3 細(xì)集料物理技術(shù)性能表

由表2可看出，輝綠巖與瀝青的粘附性達(dá)到5級(jí)，磨光值達(dá)到55，均滿足《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ169－2012）中對(duì)年平均降雨量在1 000mm以上地區(qū)的快速路和主干路表面層所用粗集料的要求，其余各項(xiàng)指標(biāo)也均符合規(guī)范。

1.3 填料

在瀝青混合料中加入礦粉（有時(shí)也可用一部分消石灰、水泥代替礦粉），以提高集料－瀝青體系的粘附性，改善混合料的抗水損害性能。本次試驗(yàn)采用由潔凈的石灰?guī)r磨細(xì)而成的礦粉作為填料，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如表4所示，符合規(guī)范要求。

1.4 纖維

OGFC的多空隙結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致混合料在施工過(guò)程中出現(xiàn)瀝青析漏，在混合料中加入纖維穩(wěn)定劑是防止瀝青析漏的有效措施。本次試驗(yàn)為了驗(yàn)證纖維對(duì)混合料性能的影響，分別采用不摻加纖維、摻量為0.2%的木質(zhì)素纖維和摻量為0.2%的聚酯纖維三種情況進(jìn)行比較。

表4 填料技術(shù)性能表

2 礦料級(jí)配及油石比

2.1 礦料的級(jí)配

試驗(yàn)按照規(guī)范要求進(jìn)行OGFC－13型礦料級(jí)配設(shè)計(jì)，確定該瀝青混合料的各種集料的摻加比例為m1（10～15mm輝綠巖）∶m2（5～10mm輝綠巖）∶m3（石灰?guī)r石屑）∶m4（礦粉）＝16%∶53%∶28%∶3%，混合料合成級(jí)配見下頁(yè)表5。

表5 OGFC－13混合料集料級(jí)配表

2.2 油石比的確定

選定礦料級(jí)配后，采用馬歇爾方法確定瀝青混合料的最佳油石比。本次試驗(yàn)選擇3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%這5個(gè)油石比，分別成型馬歇爾試件，每組5個(gè)。根據(jù)規(guī)范要求測(cè)定混合料的毛體積密度、穩(wěn)定度、流值，計(jì)算其空隙率、礦料間隙率和有效瀝青飽和度，以此綜合確定最佳油石比。在最佳油石比條件下拌合混合料，通過(guò)空隙率測(cè)定、馬歇爾試驗(yàn)、肯塔堡飛散損失試驗(yàn)、析漏試驗(yàn)等進(jìn)行配合比驗(yàn)證，其試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 OGFC－13混合料配合比檢驗(yàn)結(jié)果表

由表6可看出：摻加纖維會(huì)導(dǎo)致混合料最佳油石比增大，這是纖維吸附油分的特質(zhì)所決定的。也正因?yàn)槔w維的加入，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、流值都有所改善，使得瀝青混合料的承載能力和抗變形能力有效增強(qiáng)。同時(shí)纖維具有填充混合料中的間隙的作用，混合料空隙率比之前略小，但都符合OGFC混合料空隙率在18%～25%之間的要求。

3 OGFC－13混合料路用性能試驗(yàn)分析

在各種自然因素和人為因素作用下，瀝青路面的物理、力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生較大的變化。本次研究主要從高溫、滲水、水穩(wěn)定性、抗剪性能等幾方面研究OGFC－13混合料的路用性能。

3.1 路面的高溫穩(wěn)定性

在夏季高溫時(shí)，城市道路的瀝青路面不僅要承受垂直應(yīng)力還需要承受很大的水平作用力，如果混合料高溫性能不足，將會(huì)導(dǎo)致路面產(chǎn)生較大的剪切變形，影響行車的安全和舒適性。按照規(guī)范要求，本次試驗(yàn)采用試驗(yàn)溫度為60℃的車轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)OGFC－13瀝青混合料在高溫下抵抗塑性流動(dòng)變形的能力。車轍試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 OGFC－13混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果表

從上表中可以看出，無(wú)論是否添加纖維，采用高黏改性瀝青的OGFC瀝青混合料，均能達(dá)到規(guī)范規(guī)定的動(dòng)穩(wěn)定度＞3 000次的要求。其中，聚酯纖維在瀝青混合料中無(wú)定向的分布且互相搭接，起到橋接的作用，尤其是在車轍形成的后期，它能限制混合料的側(cè)向流動(dòng)變形，顯著提高混合料的抗車轍性能。

3.2 路面的透水性

本研究采用輪碾機(jī)成型的車轍試驗(yàn)試件，脫模架起進(jìn)行滲水試驗(yàn)。通過(guò)滲水試驗(yàn)（見表8）可知，加入纖維后，OGFC混合料的透水性略有降低，這主要是纖維的加入導(dǎo)致混合料空隙率減小所致。

表8 OGFC－13混合料的滲水試驗(yàn)結(jié)果表

3.3 路面的水穩(wěn)定性

瀝青混合料水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)經(jīng)歷兩個(gè)階段：首先采取水煮法等評(píng)價(jià)瀝青與集料的粘附性能；其次采用浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)等評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)定性能。如前所述，本次研究中輝綠巖與HVA改性瀝青的粘附性能達(dá)到5級(jí)，即第一階段的水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)符合要求。要評(píng)價(jià)OGFC混合料利用內(nèi)部較大的空隙將雨水迅速排走的同時(shí)能夠保持路面結(jié)構(gòu)良好的整體性，不至于發(fā)生松散、剝落等病害就需要進(jìn)行第二階段的檢測(cè)。本次采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)測(cè)試了OGFC－13瀝青混合料的抗水損害能力，測(cè)試結(jié)果如表9所示。

表9 OGFC－13混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果表

由表9可看出，摻加纖維后混合料空隙率降低，OGFC抗水損害能力有所提高。同組試件的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比凍融劈裂強(qiáng)度比的值大，主要是因?yàn)榻?jīng)過(guò)凍融循環(huán)后，各混合料的劈裂強(qiáng)度均有所下降，但凍融劈裂強(qiáng)度比都在80%以上，仍然滿足規(guī)范要求。

3.4 混合料的抗剪強(qiáng)度

瀝青混合料是一種具有較強(qiáng)流變性的材料。當(dāng)溫度升高時(shí)，瀝青混合料的勁度模量降低，在剪應(yīng)力的作用下，易產(chǎn)生推移等破壞。本次研究采用靜壓成型圓柱體試件，利用單軸貫入試驗(yàn)儀在60℃和1mm／min的加載條件下測(cè)定瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度。

表10 OGFC－13混合料的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

由表10可以看出，摻入0.2%聚酯纖維和0.2%木質(zhì)素纖維后OGFC混合料的抗剪強(qiáng)度分別有20.3%和15.4%的提高。這是因?yàn)?，高黏改性瀝青與纖維結(jié)合形成更高的粘滯度，以及纖維在混合料中的有效分散和擴(kuò)散荷載作用，使得混合料的粘滯阻力增大，結(jié)構(gòu)整體性更強(qiáng)，因此纖維混合料的粘結(jié)力比普通混合料的要大。這進(jìn)一步說(shuō)明，纖維的加入有利于混合料抗剪性能的改善。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用高黏添加劑HVA改性瀝青的OGFC路面具有良好的透水性、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗剪性能，完全符合海綿城市建設(shè)中對(duì)路面的要求。

（2）OGFC混合料中加入聚酯纖維或木質(zhì)素纖維，路用性能均有所提高。從經(jīng)濟(jì)性考慮，摻加木質(zhì)素具有造價(jià)相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)。

（3）應(yīng)對(duì)排水型路面容易堵塞等問(wèn)題進(jìn)行深入的研究與技術(shù)改進(jìn)，確保海綿城市的可持續(xù)發(fā)展。