陳劍偉
(福建省建科院檢驗檢測有限公司,福建 廈門361006)
隨著我國城市路面逐漸被傳統(tǒng)的密實型不透水路面覆蓋,導致城市地下水得不到補充,雨水不能及時排出,造成城市內(nèi)澇。自2006年至2010年,中國150多個城市受到內(nèi)澇災害影響發(fā)生嚴重的洪水,直接經(jīng)濟損失超過1600億元[1]。同時,傳統(tǒng)的非透水路面在雨天易產(chǎn)生水膜及積水,抗滑性能減低,影響行車安全性,易造成交通事故。因此,改善城市道路以不透水材料鋪裝路面的單一結(jié)構(gòu),開展透水瀝青路面技術(shù)研究,具有重要的意義。透水瀝青路面使用的瀝青混合料和普通瀝青混合料不同,透水瀝青路面使用的瀝青混合料需具有較大的空隙率,規(guī)范要求瀝青混合料的空隙率需控制在18%以上(普通的瀝青混合料為3%~6%)。雨水滲入透水瀝青路面后,可在透水路面層內(nèi)部橫向排出,或滲至路面路基及路基內(nèi)部,有效鎖住水分。根據(jù)排水方式的不同,透水路面可分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型[2]。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型的區(qū)別在于:Ⅰ型透水瀝青路面的排水是路面水滲入表面層后排水,封層在表面層和中下面層之間;Ⅱ型透水瀝青路面的排水是路面水滲入基層或墊層后排水,封層在透水基層和墊層之間;Ⅲ型透水路面是直接滲至路基,有效補充城市地下水。
因透水瀝青路面的特殊透水需要,透水瀝青混合料形成骨架部分的粗集料更多,同普通的密級配瀝青混合料比較,透水瀝青混合料的粗集料部分占比更大,粗集料部分承受較大接觸點應力。細集料含量相對較少,主要作用為調(diào)整混合料的空隙率及提高瀝青膜厚度,其中棱角性及含泥量對路面使用性能和耐久性具有重要作用。
在該試驗中粗細集料均選用粒徑為(10~15)mm,(5~10)mm玄武巖,細集料選用機制砂,礦粉選用細磨石灰?guī)r礦粉,對礦料的各項性能進行檢測,檢測結(jié)果均符合相應的技術(shù)指標要求。
透水瀝青混合料空隙率高,易受陽光和空氣老化影響,提高瀝青膜厚度,減少礦料的剝落損失,可提高混合料的黏結(jié)強度,具有更好的力學性能。瀝青的軟化點,及60℃的動力黏度指標較為關(guān)鍵。
該試驗采用新立基公司生產(chǎn)的高黏度改性瀝青,檢測結(jié)果見表1。
表1 高黏度改性瀝青試驗結(jié)果
由表1可見,高黏度改性瀝青符合相應的技術(shù)要求,具有較高的60℃動力黏度。
1.3.1 級配設(shè)計
在該試驗中透水瀝青混合料采用PAC-13型,參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40—2004)中OGFC混合料配合比設(shè)計方法,采用馬歇爾試件體積設(shè)計方法,并以空隙率為配合比設(shè)計主要指標配制透水瀝青混合料。該試驗選定目標空隙率為20%,初選瀝青含量分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%,配制5組馬歇爾試樣,每組6個。設(shè)計級配曲線如圖1所示,設(shè)計級配通過率滿足PAC-13礦料級配范圍要求。
圖1 PAC-13設(shè)計級配曲線
1.3.2 空隙率及連通空隙率
空隙率為瀝青混合料空隙結(jié)構(gòu)的宏觀反映,是瀝青路面滲水性能的主要控制和評價參數(shù),利用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20—2011)中體積法及《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ190—2012)中網(wǎng)籃法測定5組不同瀝青含量、透水瀝青混合料的空隙率及連通空隙率,檢測結(jié)果形成的坐標圖,如圖2所示。
圖2 空隙率與連通空隙率試驗曲線
空隙率為連通、半連通、閉口空隙率之和。由圖2可以看出,隨著瀝青用量的增加,瀝青更多地進入礦料骨架中,填充混合料骨架空隙,瀝青與礦料的黏結(jié)力增強,瀝青混合料的空隙率及連通空隙率隨之減少。透水瀝青混合料透水性能主要與連通空隙率有關(guān)。由圖2看出,瀝青用量在4.0%~5.8%時,連通空隙率均≥14%,當瀝青用量超過5.8%時,連通空隙率<14%,連通空隙率無法滿足使用要求。
1.3.3 馬歇爾穩(wěn)定度
利用馬歇爾試驗穩(wěn)定度評價透水瀝青混合料的力學性能,5組不同瀝青含量的透水瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度檢測結(jié)果形成的坐標圖,如圖3所示。
圖3 流值與馬歇爾穩(wěn)定度試驗曲線
由圖3可以看出,瀝青用量在4.0%~6.0%范圍時,穩(wěn)定度無明顯變化,穩(wěn)定度均大于5kN,符合使用要求。因透水瀝青混合料通過加入高黏度改性瀝青,大顆粒間的黏結(jié)作用增強,透水瀝青混合料在具有較高的空隙率情況下,仍能形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu),使其仍具有良好的強度。
1.3.4 析漏試驗與飛散試驗
利用析漏試驗和飛散試驗測定5組不同瀝青含量的透水瀝青混合料的析漏及分散損失,確定瀝青混合料的最佳瀝青用量,檢測結(jié)果形成的坐標圖,如圖4所示。
圖4 析漏損失與飛散損失試驗曲線
在圖4的飛散損失曲線和析漏損失曲線的兩端,各引切線,以切線的交點對應的瀝青用量,作為最小最大瀝青用量的極值,取兩者間的瀝青用量為最佳瀝青用量。由圖4可知,該試驗的瀝青用量的最佳用量在4.9%~5.1%范圍內(nèi)。當瀝青含量小于5.0%時,由于瀝青含量較少,礦料間的黏結(jié)力不足,飛散損失較大且變化明顯,隨著瀝青的增加,飛散損失逐漸減??;當瀝青含量大于5.5%時,多余瀝青將導致礦料間容易移動,飛散損失緩慢增加,隨著瀝青含量的增加,析漏損失增加;當瀝青含量大于5%后,析漏損失增加較大。因此,選用瀝青用量為5.0%為最佳瀝青用量。
其一,采用高黏度改性瀝青及礦料配制透水瀝青混合料,其各項指標均滿足規(guī)范要求,具有良好的使用性能。其二,通過肯德堡飛散試驗和析漏試驗數(shù)據(jù),透水瀝青混合料適用的瀝青用量為5.0%。結(jié)合空隙率試驗及馬歇爾穩(wěn)定度試驗,當瀝青用量為5.0%時,材料的空隙率為20.3%,連通空隙率為15.2%,馬歇爾穩(wěn)定度為6.77kN,具有較高的空隙率和良好的力學性能,滿足規(guī)范技術(shù)要求。其三,從實際應用角度出發(fā),配制透水瀝青混合料所使用的高黏度改性瀝青價格較高,且當瀝青用量過大時,現(xiàn)場實際攤鋪時難度較大;結(jié)合類似工程使用情況及優(yōu)選瀝青用量,該試驗所確定的瀝青用量為5.0%能滿足實際使用要求。