郭榮增 鄭卜源 林建岳 王鄧煌輝 嚴(yán)偉浩

華南理工大學(xué)廣州學(xué)院（510800）

0 前言

大空隙瀝青路面結(jié)構(gòu)具有顯著的透水功能，使路面積水充分下滲，同時(shí)減少雨后道路積水。OGFC是一種開級(jí)配抗滑層混合料，其空隙率一般為15%～25%。 大空隙路面結(jié)構(gòu)對(duì)于減少路表積水，增加輪胎與面層間的摩擦力，降低雨天行車事故的發(fā)生概率，具有顯著成效。 大空隙瀝青混合料設(shè)計(jì)孔隙率應(yīng)大于15%，才能保證路面暢通透水。 為了防止空隙率被灰塵雜物堵塞，混合料的初始空隙率應(yīng)達(dá)到20%甚至更大[1]。 根據(jù)文獻(xiàn)查閱，為了更好地對(duì)比大空隙瀝青混合料的極限性能，文章將用25%的空隙率為控制目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 材料特性

1.1 瀝青

文章所研究的瀝青混合料中的瀝青采用的是基質(zhì)（石油）瀝青（以下簡稱基質(zhì)瀝青）、乳化瀝青（PC-3）（以下簡稱乳化瀝青）、SBS 改性瀝青。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)表明，其三種不同瀝青的三大指標(biāo)符合規(guī)范要求。

1.2 礦料性能

文章采用的集料是輝綠巖礦料，其各項(xiàng)性能參數(shù)經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)均符合規(guī)范要求， 故這里不作陳述，各集料密度情況列見表1、表2。

表1 瀝青密度結(jié)果

2 混合料配合比設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室所用集料篩分（水篩法）情況見表3。

表2 集料密度結(jié)果

因?qū)嶒?yàn)室中10～20 mm 檔的集料含有較多的大粒徑 （13.2 mm 以上） 礦料， 故采用將其分檔篩出10～13.2 mm、13.2～16 mm、16～20 mm 三擋集料備用。 已有研究表明，空隙率與2.36 mm 通過率具有良好的線性關(guān)系[2]，即通過控制2.36 mm 通過率可有效地調(diào)整混合料的空隙率。 故結(jié)合馬歇爾試件的空隙率，調(diào)整文章的目標(biāo)空隙率下的級(jí)配。

文章以何柏安[3]對(duì)OGFC-13 透水瀝青路面研究確定的OGFC-13 級(jí)配為基準(zhǔn)，對(duì)瀝青混合料級(jí)配進(jìn)行調(diào)整。 根據(jù)篩分（水篩法）情況可知，礦料表面含有較多的礦粉，影響最終級(jí)配曲線，故將碎石清洗，去除表面礦粉。最終確定文章的OGFC-13 透水瀝青路面混合料配合比設(shè)計(jì)為：碎石（13.2～16 mm）：碎石（10～13.2 mm）：碎石（5～10 mm）：機(jī)制砂：礦粉=4%：35%：47%：11%：3%，油石比為 4.7%，瀝青混合料的空隙率為25%。

表3 集料篩分情況

表4 最終級(jí)配表

表5 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 混合料目標(biāo)配合比級(jí)配圖

3 路用性能試驗(yàn)

3.1 高溫穩(wěn)定性

為了研究基質(zhì)瀝青、 乳化瀝青、SBS 改性瀝青三種瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，利用擊實(shí)法制備馬歇爾試件， 尺寸為 φ101.6 mm×63.5 mm 圓柱體，輪碾成型制備車轍板試件，尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，試驗(yàn)溫度為60 ℃。 根據(jù)設(shè)定的25%為目標(biāo)空隙率，進(jìn)行同一油石比和同一級(jí)配下三種瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)，見表5。

從上述穩(wěn)定度數(shù)據(jù)可看出，由于空隙率較大，導(dǎo)致三種瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度都偏小，基質(zhì)瀝青和乳化瀝青混合料穩(wěn)定度基本相同，都難以達(dá)到規(guī)范要求值，而SBS 改性瀝青混合料的穩(wěn)定度在三種瀝青中最好，且滿足規(guī)范要求（≥3.5 KN）。 從動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)可看出，SBS 改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最大，滿足規(guī)范要求（≥3 000 次·mm-1）。 另外兩種瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度與SBS 改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度相差較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到規(guī)范要求。 由此看出，空隙率為25%的大空隙透水瀝青混合料以基質(zhì)瀝青和乳化瀝青作為瀝青材料，其瀝青混合料高溫性能達(dá)不到規(guī)范要求。

3.2 低溫抗裂性

為了研究基質(zhì)瀝青、乳化瀝青、SBS 改性瀝青三種瀝青混合料的低溫抗裂性，利用輪碾法成型車轍板，并切割成 300 mm×30 mm×35 mm （誤差±2 mm）的小梁試件，在保證試驗(yàn)溫度為15 ℃和－10 ℃的條件下， 以 50 mm/min 的加載速率進(jìn)行單點(diǎn)加載，計(jì)算試件破壞時(shí)的抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量，見表6、表7。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出：在低溫情況下，SBS 改性瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度相比另外兩種瀝青混合料較好。此外，在空隙率為25%時(shí)，基質(zhì)瀝青和乳化瀝青混合料在輪輾成型、切割成小梁后，試件邊角出現(xiàn)大顆粒礦料掉粒，其中基質(zhì)瀝青混合料掉粒最為嚴(yán)重， 乳化瀝青混合料次之，SBS 改性瀝青混合料不明顯。 這說明在25%的空隙率的條件下，瀝青黏度不足會(huì)導(dǎo)致其不能有效黏結(jié)粗集料，如圖2 所示。

表6 15 ℃條件下的彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表7 －10 ℃條件下的彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖2 各瀝青混合料小梁情況

3.3 透水性能

表8 透水系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

上述試驗(yàn)過程中，由于試驗(yàn)溫度過高，基質(zhì)瀝青與乳化瀝青的黏性偏小，制作車轍板時(shí)，瀝青溫度冷卻較慢，存在部分瀝青不能黏附于集料表面，直接流向車轍板底部，形成瀝青沉于車轍板底部的現(xiàn)象，導(dǎo)致車轍板底部無法形成通孔，因此基質(zhì)瀝青及乳化瀝青混合料的滲透系數(shù)僅供參考。 通過觀察SBS 改性瀝青混合料車轍板板底的情況及實(shí)際滲水試驗(yàn)的情況，SBS 改性瀝青的滲透系數(shù)符合試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，試驗(yàn)結(jié)果能反映SBS 改性瀝青對(duì)應(yīng)空隙的透水情況。

4 結(jié)論

基質(zhì)瀝青和乳化瀝青混合料的透水性能因?yàn)r青混合料中瀝青沉于車轍板底部，以致底部無法形成通孔，導(dǎo)致滲透系數(shù)達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，兩者的透水性能相比SBS 改性瀝青較差，且其路用性能不佳。SBS 改性瀝青混合料相比另外兩種瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、抗車轍能力、低溫抗裂能力較好，故SBS改性瀝青更適合作為大空隙透水瀝青混合料的材料。但由于文章采用的是25%的極限空隙率的瀝青混合料，SBS 改性瀝青混合料雖然高溫穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，但其性能僅略高于規(guī)范要求，為保證路面結(jié)構(gòu)的使用性能，不建議將SBS 改性瀝青混合料的路用空隙率定為25%。