王強(qiáng)，姚鴻儒，李健，牛曉偉，曹亞?wèn)|

（1.上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海 200433 2.上海城建日瀝特種瀝青有限公司，上海 200231）

排水瀝青路面作為一種安全降噪的環(huán)境友好型生態(tài)路面，在國(guó)外已有大量應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也有長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐，但一直沒(méi)有得到大規(guī)模的應(yīng)用。究其原因，在于排水瀝青鋪裝特殊的骨架空隙結(jié)構(gòu)，要求瀝青膠結(jié)料具有優(yōu)異的黏韌性、耐老化、抗飛散等性能，雖然高黏度改性瀝青技術(shù)已相當(dāng)成熟，但還存在一些問(wèn)題。在交叉口轉(zhuǎn)彎車(chē)輛多，排水路面細(xì)集料少，路面承受剪切扭轉(zhuǎn)力的共同作用，容易發(fā)生飛散現(xiàn)象[1]。且車(chē)輛經(jīng)過(guò)交叉口時(shí)，車(chē)速較慢，路面更容易出現(xiàn)車(chē)轍損壞。因此排水性路面交叉口需要特殊設(shè)計(jì)，提高路面抗剪切扭轉(zhuǎn)變形能力以及抗荷載能力。以下幾個(gè)方案可有效應(yīng)對(duì)排水路面交叉口病害情況：

（1） 在交叉口區(qū)域采用抗荷載性能更佳的SMA 或AC 級(jí)配瀝青混合料。損失了鋪裝的一致性和排水瀝青鋪裝的排水降噪功能，但成本較低。

（2） 降低排水瀝青鋪裝的空隙率，從通常的20%降低到17%。在保有排水降噪功能的同時(shí)提高了抗飛散能力，成本基本一致。但如果是有重載交通的場(chǎng)所，此方案的提升能力有限。

（3） 采用環(huán)氧瀝青的排水瀝青鋪裝。反應(yīng)性的環(huán)氧瀝青樹(shù)脂提高了混合料的強(qiáng)度，保證功能性的同時(shí)提高了抗飛散能力，但成本很高，且對(duì)施工作業(yè)的要求很高。此外，由于是熱固性材料，將來(lái)銑刨后的回收料難以循環(huán)利用，而且環(huán)氧瀝青混合料容易發(fā)生開(kāi)裂。

（4）表面強(qiáng)化工藝（TopCoat）。采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）之類(lèi)的樹(shù)脂材料涂布在排水瀝青鋪裝表面，此方案基本不降低排水瀝青路面的功能性，且具有很好的抑制飛散的效果。添加了顏料的MMA 使鋪裝變成彩色鋪裝，具有景觀和標(biāo)識(shí)的效果。但是，TopCoat 一般難以與瀝青混合料同時(shí)施工，需要額外的封交時(shí)間和養(yǎng)生時(shí)間，而且有難聞的氣味。

（5） 半柔性鋪裝，在瀝青混合料母體中摻加剛性材料水泥砂漿或灌注水泥砂漿，能夠提高瀝青混合料的抗車(chē)轍能力，同時(shí)改善瀝青混合料的低溫抗裂性和耐久性。此種路面結(jié)構(gòu)通過(guò)骨料之間的相互嵌擠作用和灌入的水泥膠漿共同形成材料強(qiáng)度，提高了路面抵抗荷載作用的能力。但與TopCoat 一樣，需要額外的封交時(shí)間和養(yǎng)生時(shí)間，而且成本較高。

（6） 采用性能更優(yōu)的高黏度改性瀝青，既保證了交叉口具有良好的抵抗交通荷載的能力，同時(shí)還可保證交叉口路面的排水性能，而且具有很好的抗開(kāi)裂能力。

對(duì)比以上幾種方法，半柔性鋪裝和密級(jí)配的瀝青混合料都是犧牲了交叉口處的排水性能來(lái)提高其抗扭轉(zhuǎn)能力，這違背了排水瀝青鋪裝的初衷；半柔性鋪裝和TopCoat 需要在原來(lái)的排水瀝青鋪裝之后再增加一道工序，工期更長(zhǎng)。因此推薦第六種方法，從膠結(jié)料的角度改善排水瀝青鋪裝的抗扭轉(zhuǎn)飛散能力。為此本研究開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)門(mén)用于交叉口、匝道等小轉(zhuǎn)彎半徑處的抗扭轉(zhuǎn)性能更優(yōu)的高黏度改性瀝青，即抗扭轉(zhuǎn)型高黏度改性瀝青（以下稱(chēng)抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青），并評(píng)價(jià)其混合料路用性能。

日本對(duì)排水瀝青鋪裝研究和應(yīng)用較多，目前已將高黏度改性瀝青列入規(guī)范[2]。但抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青還屬于標(biāo)準(zhǔn)外產(chǎn)品。東亞道路、日瀝、大有等公司開(kāi)發(fā)了抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青，其公司標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 日本抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青技術(shù)要求

由表1可知，日本幾家公司的抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青技術(shù)要求基本一致，25 ℃針入度控制在10～30 1/10 mm，黏韌性的測(cè)試溫度為40 ℃。通過(guò)參考日本的技術(shù)指標(biāo)，開(kāi)發(fā)抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青，研究影響排水瀝青混合料抗扭轉(zhuǎn)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，并采用旋回式車(chē)轍試驗(yàn)和靜扭試驗(yàn)評(píng)價(jià)其抗扭轉(zhuǎn)性能。

1 試驗(yàn)方法

改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度、薄膜加熱老化、閃點(diǎn)、黏韌性、與粗集料的剝離面積率分別按照T0604、T0606、T0605、T0609、T0611、T0624、T0616 測(cè)試[3]；-20 ℃彎曲工作量試驗(yàn)方法參考DB 32/T 2678—2014 附錄F[4]。瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度按照T0719 測(cè)試[3]。

1.1 剪切應(yīng)力

采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）進(jìn)行正弦振蕩試驗(yàn)。設(shè)定的試驗(yàn)條件使瀝青膠結(jié)料的受力狀態(tài)盡可能與其在旋回式車(chē)轍試驗(yàn)中的受力狀態(tài)對(duì)應(yīng)。試驗(yàn)溫度與旋回式車(chē)轍試驗(yàn)一致，為60 ℃。

由于試驗(yàn)溫度大于30 ℃，采用直徑為25 mm的平板流變儀，板間隙2 mm。進(jìn)行PG分級(jí)測(cè)試時(shí)，頻率為10 rad/s 是為了與車(chē)輛速度80～100 km/h對(duì)應(yīng)；且頻率對(duì)材料的粘彈性有很大的影響，有必要根據(jù)扭轉(zhuǎn)發(fā)生的受力條件設(shè)定頻率，設(shè)定為1.1 rad/s。根據(jù)頻率確定線(xiàn)性粘彈區(qū)，從而確定應(yīng)變量為5%[5]。

1.2 旋回式車(chē)轍試驗(yàn)

為研究排水瀝青鋪裝的抗扭轉(zhuǎn)飛散能力，采用旋回式車(chē)轍試驗(yàn)儀評(píng)價(jià)排水性瀝青混合料對(duì)小轉(zhuǎn)彎半徑扭轉(zhuǎn)作用造成的骨料飛散的抵抗能力[6]。在試件表面施加強(qiáng)制的扭轉(zhuǎn)作用，試件受力發(fā)生骨料飛散，從而產(chǎn)生車(chē)轍，通過(guò)千分尺測(cè)定變形量來(lái)表征材料抵抗扭轉(zhuǎn)的能力。為保證試驗(yàn)溫度，整個(gè)設(shè)備放在步入式控溫試驗(yàn)箱中，設(shè)備見(jiàn)圖1。

采用的試件尺寸與測(cè)試動(dòng)穩(wěn)定度的車(chē)轍試件相同（30 cm×30 cm×5 cm），旋回車(chē)轍試驗(yàn)條件見(jiàn)表2。試驗(yàn)選用統(tǒng)一類(lèi)型級(jí)配OGFC-13，空隙率為20%，成型車(chē)轍板進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)研究。以變形量達(dá)到10 mm 的時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料抵抗扭轉(zhuǎn)的能力[7]。

圖1 旋回式車(chē)轍試驗(yàn)儀

表2 旋回式車(chē)轍試驗(yàn)條件

1.3 靜扭試驗(yàn)

旋回式車(chē)轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)小轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)輪胎對(duì)瀝青混合料的動(dòng)態(tài)飛散作用，而車(chē)輛在停車(chē)等情況下轉(zhuǎn)向時(shí)的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)對(duì)瀝青混合料也有很強(qiáng)的剝離作用。為評(píng)價(jià)瀝青混合料的抵抗靜態(tài)扭轉(zhuǎn)的能力，采用實(shí)際的車(chē)輪進(jìn)行靜扭試驗(yàn)，試驗(yàn)條件見(jiàn)表3，設(shè)備照片見(jiàn)圖2。測(cè)試扭轉(zhuǎn)前后時(shí)間的質(zhì)量損失。

圖2 靜扭試驗(yàn)設(shè)備

表3 靜扭試驗(yàn)條件

2 結(jié)果與分析

2.1 影響抗扭轉(zhuǎn)性能的關(guān)鍵膠結(jié)料技術(shù)指標(biāo)

為研究影響抗扭轉(zhuǎn)性能的關(guān)鍵膠結(jié)料技術(shù)指標(biāo)，制作了六種抗扭轉(zhuǎn)性能不同的瀝青樣品，編號(hào)為A～F，測(cè)試其針入度、軟化點(diǎn)和-20 ℃彎曲工作量等膠結(jié)料性能，見(jiàn)表4，采用旋回式車(chē)轍試驗(yàn)測(cè)試其變形量達(dá)到10 mm 時(shí)所需時(shí)間。

由表4可知，以達(dá)到相同10 mm 變形時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)，從方案A 到方案F 的變形時(shí)間逐漸增大，但從針入度、軟化點(diǎn)、-20 ℃彎曲工作量三個(gè)膠結(jié)料的指標(biāo)上沒(méi)有看到任何明顯的變化規(guī)律。

由圖3可知，通過(guò)DSR 試驗(yàn)可得到高黏度改性瀝的儲(chǔ)能模量G’、損耗模量G’’、復(fù)數(shù)模量G*、剪切應(yīng)力等指標(biāo)。其中與10 mm 變形時(shí)間的相關(guān)關(guān)系最好的是剪切應(yīng)力，并進(jìn)行相關(guān)性分析得到R2=0.89。由此可見(jiàn)，隨著剪切應(yīng)力越大，變形量達(dá)到10 mm 時(shí)所需時(shí)間就越長(zhǎng)，瀝青混合料抵抗扭轉(zhuǎn)飛散的能力越強(qiáng)。

由圖4可知，剪切應(yīng)力與靜扭試驗(yàn)質(zhì)量損失呈現(xiàn)出很好的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2=0.95。剪切應(yīng)力越大，靜扭試驗(yàn)質(zhì)量損失越小，混合料抵抗靜扭剝離的能力越強(qiáng)。

表4 抗扭轉(zhuǎn)高黏改性瀝青基本性能指標(biāo)

圖3 剪切應(yīng)力與10 mm 變形時(shí)間的關(guān)系

圖4 剪切應(yīng)力與靜扭試驗(yàn)質(zhì)量損失的關(guān)系

2.2 抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青的膠結(jié)料性能

參考日本相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合上述研究，開(kāi)發(fā)了抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青，性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 新開(kāi)發(fā)抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青性能指標(biāo)

2.3 抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青的混合料性能

基于上述研究，將開(kāi)發(fā)的抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝與普通高黏度改性瀝青進(jìn)行對(duì)比（制備空隙率為20%的OGFC-13 瀝青混合料），測(cè)定其動(dòng)穩(wěn)定度與旋回車(chē)轍試驗(yàn)的變形量，見(jiàn)圖5、6。

圖5 膠結(jié)料對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的影響

圖6 膠結(jié)料對(duì)旋回車(chē)轍變形量的影響

由圖5可知，抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度是普通高黏度改性瀝青約2.5 倍，表現(xiàn)出明顯的高溫穩(wěn)定性能。由圖6的旋轉(zhuǎn)車(chē)轍試驗(yàn)可知，普通高黏度改性瀝青混合料在50 min 時(shí)已達(dá)到8 mm的變形，而抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青混合料的達(dá)到相同的8 mm 時(shí)需要約300 min，是普通高黏度瀝青混合料的6 倍。

動(dòng)穩(wěn)定度和旋回車(chē)轍試驗(yàn)表明，抗扭轉(zhuǎn)型高黏改性瀝青混合料具有較強(qiáng)的抗扭轉(zhuǎn)飛散能力和高溫穩(wěn)定性能。

3 結(jié)論

a）從提升瀝青膠結(jié)料性能的角度開(kāi)發(fā)出了抗扭轉(zhuǎn)型高黏度改性瀝青，應(yīng)用于小轉(zhuǎn)彎半徑的排水瀝青混合料。通過(guò)DSR 試驗(yàn)和旋回式車(chē)轍試驗(yàn)表明剪切應(yīng)力越大，變形量達(dá)到10 mm 時(shí)所需時(shí)間就越長(zhǎng)，瀝青混合料抵抗扭轉(zhuǎn)飛散的能力越強(qiáng)。

b）旋回式車(chē)轍試驗(yàn)和靜扭試驗(yàn)表明開(kāi)發(fā)的抗扭轉(zhuǎn)高黏瀝青混合料具有很好的抗飛散和抗扭轉(zhuǎn)效果。

c）與普通高黏瀝青排水瀝青混合料相比，抗扭轉(zhuǎn)型具有較強(qiáng)的抗扭轉(zhuǎn)飛散和高溫穩(wěn)定性。