唐小燕

福建南平路橋養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福建 南平 353000

0 引言

OGFC 是一種典型的排水路面級配類型，相較于密級配瀝青混合料（AC）最大的區(qū)別在于空隙率的不同，具有較少的細(xì)集料，因此能夠達(dá)到較大的空隙率（20%左右），形成了一種排水結(jié)構(gòu)，從而具有優(yōu)良的排水性能，尤其在多雨地區(qū)，車輛行駛在OGFC 路面時，不會由于摩擦力的減小而產(chǎn)生打滑漂移等危險，提高道路行駛的安全性。此外，排水瀝青混合料由于大量的孔洞存在，可以吸收車輛行駛過程中產(chǎn)生的噪音，從而達(dá)到降噪功能［1］。然而，由于缺乏足夠的細(xì)集料填充瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可能會降低路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性。

為了提高OGFC 的強(qiáng)度及耐久性，大量學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究［2-4］,旨在尋找提高OGFC 性能的方式。OGFC 具有較少的細(xì)集料填充成分，造成瀝青結(jié)合料與粗集料具有更大的接觸面積，因此兩者之間的粘結(jié)力對于OGFC 的整體性能起到了至關(guān)重要的作用。Ruiz 等人研究了不同標(biāo)號的基質(zhì)瀝青對OGFC 耐久性的影響，推薦采用70#瀝青用于交通量大及炎熱地區(qū)［5］。杜宇兵研究了膠粉改性瀝青及高粘改性瀝青的性能，認(rèn)為高粘改性瀝青具有更好的綜合性能［6］。采用改性劑來提高瀝青結(jié)合料的性能，從而提高OGFC 的路用性能是目前最常采用的方式。然而，添加劑的加入勢必會產(chǎn)生一定的不良影響，可能會降低OGFC 的某種性能，因此有必要對不同瀝青結(jié)合料對OGFC 的綜合性能進(jìn)行研究。

本研究主要通過一系列室內(nèi)試驗評估不同瀝青結(jié)合料對OGFC 路用性能及滲水性能的影響規(guī)律。首先通過高溫車轍試驗，低溫梁彎曲試驗以及浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗研究了多種瀝青混合料對排水瀝青混合料路用性能的影響。其次通過路面滲水儀評價了不同瀝青結(jié)合料對OGFC 滲水性能的影響，最后分析不同瀝青結(jié)合料OGFC 的適用情況及優(yōu)劣。

1 原材料

1.1 集料

試驗采用礦質(zhì)集料選用福建產(chǎn)玄武巖，依據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42-2005）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實施手冊》（JTG F40-2004）對其常規(guī)性能指標(biāo)進(jìn)行測定，均滿足規(guī)范要求。

1.2 瀝青結(jié)合料

瀝青結(jié)合料對排水路面的性能影響很大，本次試驗所用瀝青為70#基質(zhì)瀝青、殼牌SBS 改性瀝青，具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.3 高粘改性瀝青結(jié)合料

試驗所用的高粘改性瀝青為SBS 改性瀝青中復(fù)配高粘改性劑制備，高粘改性劑呈淡黃色，密度為0.8g/cm3的圓餅顆粒，熔點(diǎn)為160℃～170℃。

高粘改性瀝青的制備過程為：首先將SBS 改性瀝青恒溫至170℃，稱取一定量的高粘改性劑（8%），緩慢加入SBS 改性瀝青中，通過磁力攪拌器在恒溫條件下先以1000r/min 進(jìn)行初攪，再以3000r/min 進(jìn)行二次攪拌以使高粘改性瀝青與瀝青混合均勻，從而制得試驗用的高粘改性瀝青（HVB）。

2 配合比設(shè)計

為制備排水瀝青混合料，采用玄武巖集料與多種瀝青結(jié)合料制備OGFC-13 瀝青混合料，目標(biāo)空隙率為20%。首先將集料保溫在180℃下4h 至恒溫，基質(zhì)瀝青、SBS 改性瀝青及高粘改性瀝青分別以150℃和170℃加熱至流動態(tài)。由于高粘改性瀝青粘度較大，因此成型溫度控制在180℃左右。OGFC-13 級配如表2 所示，HVB、SBS、70#最佳瀝青用量分別為4.6%、4.5%和4.5%。

表1 瀝青結(jié)合料技術(shù)性能

表2 OGFC-13 級配 %

3 路用性能及滲透性能研究

3.1 高溫穩(wěn)定性

高溫車轍試驗?zāi)康氖菫榱嗽谑覂?nèi)模擬實際路面上由于車輛荷載作用對瀝青路面造成的永久變形。根據(jù)規(guī)范要求首先制備300mm×300mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件，將試件于60℃條件下保溫6h 至恒溫，然后經(jīng)過21 次/min 車輪往復(fù)碾壓1h，以位移傳感器記錄中部的豎向位移。本次試驗條件選用60℃下0.7MPa 的荷載力，以動穩(wěn)定度作為OGFC-13 高溫抗變形能力的評價指標(biāo)。對三種瀝青結(jié)合料按最佳油石比制備標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件后進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果如表3 所示。

由表3 中的實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，相比于70#基質(zhì)瀝青，SBS與HVB 制備的OGFC-13 瀝青混合料具有更高的高溫抗車轍性能，相較于70#依次提高了1.07 和1.31 倍。排水瀝青混合料缺乏足夠的細(xì)集料填充，具有較大的空隙率，會導(dǎo)致承載能力的部分喪失，因此一般選擇具有更好粘結(jié)力的改性瀝青作為結(jié)合料使用，通過更優(yōu)異的粘結(jié)性及流變性來提高瀝青混合料的高溫抗變形性能，試驗結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，采用HVB 和SBS 有利于提高排水路面的高溫穩(wěn)定性。

表3 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的高溫性能

3.2 低溫穩(wěn)定性

低溫穩(wěn)定性的測試方法采用-10℃小梁彎曲試驗，目的是為了模擬瀝青路面在低溫條件下抵抗開裂的能力。首先制備標(biāo)準(zhǔn)300mm×300mm×50mm的車轍板試件，通過切割機(jī)獲得尺寸為250mm×30mm×35mm的試件，待試件干燥后置于試驗溫度下至試件-10℃恒溫，將試件按照規(guī)范置于臺座，通過萬能試驗機(jī)以50mm/min進(jìn)行加載，記錄荷載及位移，以最大彎拉應(yīng)變作為低溫穩(wěn)定性的評價指標(biāo)，試驗結(jié)果如表4 所示。

表4 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的低溫性能

低溫試驗結(jié)果類似于高溫試驗結(jié)果的特征，呈現(xiàn)出依次遞增的數(shù)據(jù)結(jié)果，表明相比較于70#基質(zhì)瀝青，SBS 和HVB 呈現(xiàn)出更好的低溫性能，依次提高了0.43 倍和0.79 倍，HVB 能夠在更大的彎拉應(yīng)變下破壞，表明具有更好的低溫抗開裂性能。

3.3 水穩(wěn)定性

OGFC-13 的水穩(wěn)定性能通過浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗（TSR）進(jìn)行測定。其中浸水馬歇爾試驗是將制備好的馬歇爾試件分為兩組，一組置于60℃環(huán)境水浴中保溫48h，另一組為30min，以兩組穩(wěn)定度的比值作為浸水殘留穩(wěn)定度，用作抗水損壞性能的評價方法。TSR 是目前應(yīng)用較多的水穩(wěn)定性試驗方法，以及簡單的操作手段與較好的相關(guān)性而被廣泛使用。試驗將制備好的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件分為兩組，每組≮4 個，一組常溫保存，一組進(jìn)行真空飽水后置入冷藏箱中（-18℃）保溫16h，之后取出置入60℃恒溫水浴中保溫24h，之后再將兩組試件均置入25℃水域中保溫，測得兩次穩(wěn)定度的比值凍融劈裂強(qiáng)度比作為評價指標(biāo)。三組實驗結(jié)果分別如表5，表6 所示。

由表5 可知，三種瀝青結(jié)合料制備的OGFC-13 殘留穩(wěn)定度相差不大，SBS 和HVB 優(yōu)于70#基質(zhì)瀝青，僅僅提高4.1%和3.3%，SBS 略優(yōu)于HVB，但基本相同。表6 為TSR 試驗結(jié)果，可以觀察到與殘留穩(wěn)定度結(jié)果稍有不同，SBS 與HVB 的凍融劈裂強(qiáng)度比均優(yōu)于70#基質(zhì)瀝青，分別提高10.1%和12.4%，但HVB 的凍融劈裂強(qiáng)度比稍高于SBS，但依然相差不大，綜合殘留穩(wěn)定度和TSR 的試驗結(jié)果可知，SBS 和HVB 的水穩(wěn)定性能均高于70#基質(zhì)瀝青，表明了改性瀝青有利于提高OGFC-13 的抗水損壞性能，且SBS 和HVB 的抗水損壞能力基本相同。

表5 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的殘留穩(wěn)定度

表6 不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13 的TSR 結(jié)果

3.4 路面滲透性

排水路面的滲透性質(zhì)可以采用路面滲水儀進(jìn)行測定，通過記錄規(guī)定時間內(nèi)量筒內(nèi)水位的變化來判別不同瀝青混合料的滲透性。試驗前制備不同瀝青結(jié)合料的標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件，清理測定位置的塵土，把路面滲水儀放置在測定位置，在滲水儀底座周圍涂抹密封膠，防止水分從側(cè)面溢出，影響測試結(jié)果，將量筒內(nèi)加入足量水并按照規(guī)范排出空氣后，記錄水位下降高度隨時間變化，計算路面滲水系數(shù)。試驗結(jié)果如表7 所示。

表7 不同瀝青結(jié)合料OGFC-13 的滲透性

由表3 結(jié)果可知HVB 在滲透性能上具有較為明顯的優(yōu)勢，可能是由于HVB 和SBS 制備的瀝青混合料空隙率及連通空隙率相對較大，有利于OGFC-13 表面水豎向的滲透，因此具有相對較大的滲水系數(shù)。

4 結(jié)論

本文研究了不同瀝青結(jié)合料對排水路面的路用性能及滲透性能影響。基于馬歇爾試驗確定了不同瀝青結(jié)合料下OGFC-13的最佳油石比，并在此條件下制備試驗用試件，測定不同排水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性以及路面滲透性能，得出結(jié)論主要如下：

（1）高溫穩(wěn)定性結(jié)果表明HVB 和SBS 具有更高的高溫抗變形能力。主要是由于改性瀝青中由于改性劑的適量加入，提高了瀝青結(jié)合料的彈性水平以及粘度，使得改性瀝青能夠在較高的溫度下依然具有較高的強(qiáng)度，用于抵抗荷載作用產(chǎn)生的變形，且HVB 的效果最為明顯。

（2）低溫穩(wěn)定性結(jié)果表現(xiàn)出與高溫穩(wěn)定性相同的結(jié)果，表明改性劑的加入不僅提高了基質(zhì)瀝青的的高溫流變性，同時提高了結(jié)合料低溫敏感性，保證改性瀝青結(jié)合料在較低的溫度下能夠保有較好的松弛能力，防止瀝青過脆而產(chǎn)生的低溫開裂。

（3）水穩(wěn)定性結(jié)果表明改性劑的加入并沒有大幅度的提升瀝青結(jié)合料的抗水損壞性能，相較于70#基質(zhì)瀝青，SBS 和HVB 殘留穩(wěn)定度及TSR 結(jié)果僅僅存在小幅度的提高。兩種試驗方法中SBS 和HVB 的結(jié)果存在不同，但相差很小，表明HVB和SBS 水穩(wěn)定性能基本相同。

（4）滲透試驗結(jié)果表明三種瀝青結(jié)合料制備的瀝青混合料存在一定不同，排水性能順序為：HVB ＞SBS ＞70#，這可能是由于空隙率及連通空隙率的不同造成的。

（5）綜合三種不同的排水路面路用性能及滲透性能實驗結(jié)果可知，HVB 具有更好的綜合性能，SBS 次之，70#基質(zhì)瀝青相對較差。