趙 鵬，譚 威

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

引言

多孔瀝青路面結(jié)構(gòu)空隙率在15%以上，具有減弱路面噪聲、提高路面抗滑、提高行車(chē)安全性和舒適性等優(yōu)點(diǎn)[1-3]；而混合料配合比設(shè)計(jì)中粗集料含量明顯高于細(xì)集料含量，瀝青用量相對(duì)較低，使得混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，在復(fù)雜氣候環(huán)境下多孔瀝青路面水穩(wěn)定性降低顯著，限制了多孔瀝青路面的應(yīng)用與推廣。因此，研究多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性對(duì)多孔瀝青路面的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。

和燕超[4]采用凍融劈裂試驗(yàn)，研究了玻璃纖維對(duì)多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性影響的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)0.4%纖維摻量的混合料水穩(wěn)定性最優(yōu)。崔世富[5]研究表明多孔瀝青混合料摻木質(zhì)素纖維后水穩(wěn)定性得到改善。陳軍[6]研究了SBS改性瀝青和廢膠粉改性對(duì)多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。范倩等[7]研究表明多孔玄武巖不利于多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性，建議提高玄武巖集料加熱溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間。肖晶晶等[8]研究了瀝青和級(jí)配對(duì)多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性影響規(guī)律，高黏改性瀝青骨架結(jié)構(gòu)的混合料水穩(wěn)定性最優(yōu)。陸貴銀等[9]研究了3種常用纖維對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響規(guī)律。因此，以O(shè)GFC-13瀝青混合料為研究對(duì)象，優(yōu)選纖維并確定混合料最佳拌和及成型條件，基于水穩(wěn)定性試驗(yàn)，確定合理的多孔瀝青混合料纖維摻量。

1 原材料和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1.1.1 瀝青

選用SBS改性瀝青，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表1。母體瀝青選用A級(jí)70#基質(zhì)瀝青，SBS改性劑摻量為6%。

表1 SBS改性瀝青技術(shù)性質(zhì)

1.1.2 集料

粗集料選用輝綠巖，細(xì)集料選用機(jī)制砂，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表2、表3。

表2 粗集料技術(shù)性質(zhì)

表3 細(xì)集料技術(shù)性質(zhì)

1.1.3 填料

選用磨細(xì)的石灰?guī)r礦粉，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表4。

表4 礦粉技術(shù)性質(zhì)

1.1.4 纖維

選用PAN纖維、聚酯纖維和玄武巖纖維，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表5。

表5 纖維技術(shù)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）拌和纖維改性多孔瀝青混合料并制備馬歇爾試件，通過(guò)析漏試驗(yàn)研究纖維對(duì)多孔瀝青混合料析漏量的影響，優(yōu)選纖維類(lèi)型；分析擊實(shí)溫度、油石比及擊實(shí)功對(duì)多孔瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)的影響規(guī)律，確定多孔瀝青混合料最佳拌和及成型條件。

試驗(yàn)采用JTG E20—2011中OGFC-13瀝青混合料礦料級(jí)配，見(jiàn)表6，擬擊實(shí)溫度為120 ℃、140 ℃、160 ℃、180 ℃、200 ℃，油石比為4.3%、4.6%、4.9%、5.2%、5.5%，擊實(shí)次數(shù)為50次、65次、75次、85次。

表6 礦料級(jí)配

1.2.2 瀝青混合料水穩(wěn)定性

結(jié)合JTG E20—2011和多孔瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)影響因素，開(kāi)展浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，研究纖維摻量對(duì)OGFC-13瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響規(guī)律，確定最佳纖維摻量。試驗(yàn)中，擬PAN纖維摻量為0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%，擬馬歇爾試件在60 ℃水浴箱分別浸泡0.5 h、48 h、72 h、96 h和120 h。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 析漏試驗(yàn)

瀝青混合料析漏試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 瀝青混合料析漏試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知：（1）普通改性瀝青混合料析漏量隨油石比增加基本呈現(xiàn)提高趨勢(shì)，而混合料中摻入纖維，有效地降低了混合料瀝青析漏量，這是因?yàn)槔w維可吸附多余的瀝青，與瀝青和礦粉形成結(jié)構(gòu)瀝青，較自由瀝青易黏附在集料表面，從而瀝青析漏量降低。（2）在纖維摻量0.5%時(shí)，纖維改性瀝青混合料析漏量隨油石比增加緩慢提高，油石比增加0.1%，摻PAN纖維、聚酯纖維和玄武巖纖維的改性瀝青混合料分別約提高了4.2%、7.9%、10.6%，可見(jiàn)油石比對(duì)纖維改性瀝青混合料影響較小，其中PAN纖維改性瀝青混合料析漏量最小，5%纖維摻量的瀝青混合料析漏量較普通改性瀝青混合料降低52%以上，這與PAN纖維表面粗糙、側(cè)向分支較多的結(jié)構(gòu)相關(guān)。因此，建議OGFC-13瀝青混合料選用PAN纖維。

2.2 瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2.1 油石比及擊實(shí)功影響

油石比對(duì)瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)影響見(jiàn)圖2。可知：（1）同一擊實(shí)次數(shù)下，隨油石比增大，瀝青混合料空隙率和礦料間隙率呈減小趨勢(shì)，且擊實(shí)次數(shù)≤65次、油石比≥4.9%時(shí)，空隙率曲線(xiàn)和礦料間隙率曲線(xiàn)均變緩，逐漸趨于穩(wěn)定；擊實(shí)次數(shù)≥75次時(shí)，空隙率和礦料間隙率與油石比具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.98以上，油石比增加0.1%，空隙率和礦料間隙率分別平均減小1.2%、0.3%，說(shuō)明油石比對(duì)瀝青混合料空隙率和礦料間隙率影響較??；瀝青混合料飽和度隨油石比增大呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，油石比增加0.1%，飽和度提高不超過(guò)3.3%。另外，擊實(shí)功與混合料空隙率和礦料間隙率負(fù)相關(guān)，與飽和度正相關(guān)，擊實(shí)次數(shù)≥75次時(shí)，擊實(shí)功對(duì)混合料空隙率、礦料間隙率及飽和度影響減弱。（2）擊實(shí)次數(shù)≤75次條件下，隨油石比增加，瀝青混合料穩(wěn)定度基本呈現(xiàn)增大后減小趨勢(shì)變化，在油石比4.9%時(shí)，其穩(wěn)定度出現(xiàn)極值，且混合料穩(wěn)定度與擊實(shí)功正相關(guān)；當(dāng)擊實(shí)次數(shù)＞75次，同一油石比的瀝青混合料穩(wěn)定度降低，可能是因?yàn)閴簩?shí)功提高，集料發(fā)生破損，致使礦料級(jí)配發(fā)生變化，從而混合料穩(wěn)定度降低。對(duì)此，建議OGFC-13瀝青混合料最佳擊實(shí)次數(shù)為75次。

2.2.2 擊實(shí)溫度影響

瀝青混合料油石比為4.9%，擊實(shí)次數(shù)為75次下，擊實(shí)溫度對(duì)瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)影響見(jiàn)圖3。

由圖3可知，隨擊實(shí)溫度升高，瀝青混合料空隙率和礦料間隙率呈下降趨勢(shì)，飽和度和穩(wěn)定度呈增大趨勢(shì)。當(dāng)擊實(shí)溫度從140 ℃升高至160 ℃，瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)變化相對(duì)明顯，其空隙率和礦料間隙率分別降低了12.6 %、8.1 %，飽和度和穩(wěn)定度分別提高了12.3%、22.7%；當(dāng)擊實(shí)溫度≥160 ℃，瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)變化較小，瀝青混合料壓實(shí)效果逐漸趨于穩(wěn)定。因此，建議瀝青混合料拌和及施工溫度盡量控制在160～180 ℃范圍內(nèi)。

圖2 油石比對(duì)瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)影響

圖3 擊實(shí)溫度對(duì)瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)影響

2.3 水穩(wěn)定性

PAN纖維改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖5 瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由圖4、圖5可知：（1）浸水時(shí)間一致的條件下，PAN纖維摻量對(duì)瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的影響規(guī)律基本一致，隨PAN纖維摻量增加，其穩(wěn)定度先增加后減小，在0.5%纖維摻量時(shí)達(dá)到極值，較普通瀝青混合料殘留穩(wěn)定度至少提高8.4%。另外，浸水時(shí)間≥72 h時(shí)，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度與PAN纖維摻量的關(guān)系曲線(xiàn)基本一致，隨浸水時(shí)間延長(zhǎng)，其殘留穩(wěn)定度逐漸降低，浸水時(shí)間由48 h延長(zhǎng)至120 h，殘留穩(wěn)定度至少降低了4.7%，可見(jiàn)纖維對(duì)瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的提高效果比水降低混合料穩(wěn)定度效果大，這是因?yàn)槔w維吸附瀝青，導(dǎo)致瀝青用量增加，集料表面瀝青膜變厚，阻礙了外界水分的滲入。（2）隨著PAN纖維摻量增加，瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度先增加后減小，當(dāng)纖維摻量從0.1%增加至0.3%，其凍融劈裂強(qiáng)度提高較明顯，為13.5%；當(dāng)纖維摻量≥0.3%，混合料凍融劈裂強(qiáng)度降低速率逐漸增大，纖維摻量0.5%的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度為0.83 MPa，與纖維摻量0.3%的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度相當(dāng)；纖維摻量0.7%的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度為0.74 MPa，與纖維摻量0.1%的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度相當(dāng)。另外，瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比隨著PAN纖維摻量的增加呈線(xiàn)性降低，纖維摻量增加0.1%，凍融劈裂強(qiáng)度比平均降低1.6%，說(shuō)明纖維摻量對(duì)瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比影響較小。對(duì)此，考慮經(jīng)濟(jì)效益，建議PAN纖維摻量為0.4%。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）瀝青混合料析漏量隨油石比增加呈增大趨勢(shì)，摻入纖維可有效降低瀝青析漏量，且PAN纖維改性瀝青混合料析漏量最小，5 % PAN纖維摻量的混合料析漏量降低52 %以上。建議OGFC-13瀝青混合料選用PAN纖維。（2）油石比對(duì)瀝青混合料空隙率和礦料間隙率影響較小，擊實(shí)次數(shù)≥75次時(shí)，油石比增加0.1 %，空隙率和礦料間隙率分別平均減小1.2 %、0.3 %；瀝青混合料穩(wěn)定度隨油石比增加先增大后減小，在油石比4.9 %處取得峰值，且擊實(shí)次數(shù)＞75次，同一油石比的瀝青混合料穩(wěn)定度降低；擊實(shí)溫度≥160 ℃，瀝青混合料壓實(shí)效果逐漸趨于穩(wěn)定。建議OGFC-13瀝青混合料最佳擊實(shí)次數(shù)為75次。（3）隨浸水時(shí)間延長(zhǎng)，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度逐漸降低，且PAN纖維摻量為0.5%時(shí)，殘留穩(wěn)定度達(dá)到最大值，較普通瀝青混合料殘留穩(wěn)定度至少提高8.4 %；隨PAN纖維摻量增加，瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度先增加后減小，凍融劈裂強(qiáng)度比呈緩慢線(xiàn)性降低，且纖維摻量0.5 %的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度與纖維摻量0.3 %的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度相當(dāng)，故建議PAN纖維摻量為0.4 %。