郭志堅

(中國河南國際合作集團(tuán)有限公司， 河南 鄭州 450004)

近年來對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，排水、降噪型路面的優(yōu)勢得以凸顯。常見降噪路面形式包括小粒徑表面處治、薄層罩面、單層及多層大孔隙結(jié)構(gòu)層、改性瀝青磨耗層等，其主要特點(diǎn)是小粒徑、大孔隙，小粒徑礦料能改善路表紋理、減少輪胎振動噪音，大孔隙結(jié)構(gòu)對輪胎與路面之間摩擦產(chǎn)生的噪聲能起到吸收效果。在中國，小粒徑混合料常作為路面磨耗層，主要包括UTAC-10、SMA-10及 NovaChip等，這類混合料空隙率一般較小，排水能力有限。大孔隙混合料最典型的就是排水瀝青路面，其最為突出的缺點(diǎn)是飛散破壞，嚴(yán)重縮短路面使用年限、影響行車安全，路面病害出現(xiàn)后又嚴(yán)重降低排水功能。因此，在排水瀝青路面技術(shù)指標(biāo)支撐的基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)粒式大孔隙混合料路用性能研究尤為重要。該文選用PA-10細(xì)粒式大孔隙混合料，通過對不同空隙率混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、低溫抗開裂、抗水損害、排水及抗滑等性能研究，評價不同空隙率混合料的路用性能。

1 原材料及配合比設(shè)計

1.1 瀝青

瀝青種類對混合料性能起著決定性的作用。PA-10細(xì)粒式大孔隙混合料對瀝青黏度有較高要求，較高黏度瀝青能保證大孔隙混合料在車輛軸載制動作用下不易脫落，故選用高黏SBS改性瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 高黏SBS改性瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 纖維

玄武巖纖維是以天然玄武巖在1 450～1 500℃高溫時通過一定工藝?yán)z而成，是一種新型無機(jī)環(huán)保高性能材料，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 玄武巖纖維的主要技術(shù)指標(biāo)

1.3 配合比設(shè)計

瀝青混合料級配類型選用PA-10，粗集料為3～5、5～10 mm玄武巖碎石，細(xì)集料為0～3 mm石灰?guī)r機(jī)制砂，填料為石灰?guī)r磨制的礦粉，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。玄武巖纖維摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.4%。由于4.75、9.5 mm篩孔之間的間隔較大，為使細(xì)粒式多孔混合料粗集料能形成有效的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，在兩篩孔之間增加7.5 mm篩孔。多孔混合料空隙率一般為15%～25%，選用23%、20%、17% 3種目標(biāo)空隙率進(jìn)行礦料級配設(shè)計，設(shè)計結(jié)果見表3。不同目標(biāo)空隙率、不同油石比時混合料析漏和飛散試驗(yàn)結(jié)果分別見圖1、圖2。由圖1～2可知：3種混合料的最佳油石比分別為4.8%、5.1%、5.3%。

表3 不同空隙率PA-10瀝青混合料配合比設(shè)計

圖1 不同空隙率PA-10瀝青混合料析漏試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同空隙率PA-10瀝青混合料飛散試驗(yàn)結(jié)果

2 路用性能分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是瀝青路面在高溫條件下抵抗車輛軸載塑性變形的能力，泛油、車轍、擁包等病害是瀝青路面高溫穩(wěn)定性差的主要表現(xiàn)形式。瀝青路面是一種柔性結(jié)構(gòu)層，高溫環(huán)境下，瀝青黏韌性降低，在車輛軸載特別是重軸載作用下會產(chǎn)生塑性變形而出現(xiàn)車轍。選用馬歇爾穩(wěn)定度及車轍試驗(yàn)評價不同空隙率PA-10混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 不同空隙率PA-10瀝青混合料的穩(wěn)定度

圖4 不同空隙率PA-10瀝青混合料的動穩(wěn)定度

由圖3可知：隨著空隙率的降低，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度逐漸增大，且均滿足排水改性瀝青混合料穩(wěn)定度不小于5 kN的要求。這主要是因?yàn)榭障堵试叫?，礦料之間內(nèi)摩阻力越大，穩(wěn)定度越高。

由圖4可知：不同空隙率細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的動穩(wěn)定度均滿足排水改性瀝青混合料動穩(wěn)定度不小于6 000 次/mm的要求，表明礦料之間能較好地形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的高溫抗車轍能力；不同空隙率混合料之間抗車轍能力差異較大。

2.2 低溫抗裂性

低溫環(huán)境下，瀝青脆性增強(qiáng)，韌性降低，這是北方季節(jié)性冰凍區(qū)瀝青路面裂縫產(chǎn)生的主要原因。當(dāng)混合料內(nèi)部產(chǎn)生的溫縮應(yīng)力大于極限容許拉應(yīng)力時，瀝青路面會出現(xiàn)裂縫，這些裂縫如果不能及時處治就會形成龜裂、坑槽等嚴(yán)重病害。選用低溫小梁彎曲試驗(yàn)評價不同空隙率PA-10瀝青混合料的低溫抗開裂能力，試驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6。

圖6 不同空隙率PA-10瀝青混合料的彎曲破壞應(yīng)變

由圖5、圖6可知：隨著空隙率的降低，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度及彎曲破壞應(yīng)變均逐漸升高，且彎曲破壞應(yīng)變均滿足排水改性瀝青混合料不小于2 500 με的要求。這主要是因?yàn)榭障堵试叫。褪仍酱?，礦料之間的黏韌性越強(qiáng)，低溫抗開裂能力越強(qiáng)。

2.3 水穩(wěn)定性

水損害是瀝青路面破壞的主要形式之一，主要表現(xiàn)為松散、坑槽、麻面、剝離、網(wǎng)裂等病害。在車輛軸載及雨水的共同作用下，瀝青與礦料之間的黏附性降低，造成瀝青膠漿從混合料孔隙中脫落。選用浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比評價不同空隙率PA-10混合料的抗水損害能力，結(jié)果見圖7、圖8。

由圖7、圖8可知：隨著空隙率的降低，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均逐漸增加，且滿足排水改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度不小于85%、殘留強(qiáng)度比不小于80%的要求。這主要是因?yàn)榭障堵试叫?，油石比越大，礦料之間的黏韌性越強(qiáng)，滲透到礦料之間的水分越少，抗水損害能力越強(qiáng)。

圖7 不同空隙率PA-10瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度

圖8 不同空隙率PA-10瀝青混合料的凍融劈裂殘留強(qiáng)度比

2.4 排水及抗滑性能

細(xì)粒式大孔隙PA-10混合料主要起排水及降噪作用，良好的排水能力能降低雨水天氣路面積水，保障行車安全。瀝青路面良好的抗滑性能能增強(qiáng)車輛的制動效果，減少交通事故的發(fā)生。從行車安全方面考慮，對PA-10混合料進(jìn)行排水及抗滑能力研究尤為重要。選用滲水及抗滑試驗(yàn)評價不同空隙率PA-10混合料的排水及抗滑能力，試驗(yàn)結(jié)果見圖9、圖10。

圖9 不同空隙率PA-10瀝青混合料滲水試驗(yàn)結(jié)果

由圖9、圖10可知：隨著空隙率的降低，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的滲水系數(shù)及擺值均逐漸降低，且滿足排水改性瀝青混合料滲水系數(shù)不小于3 500 mL/min、擺值不小于60 BPN的要求。這主要是因?yàn)榭障堵试叫?，油石比越大，礦料之間的孔隙越小，水滲透到混合料內(nèi)部的能力越低，同時瀝青路面表層構(gòu)造深度越小。

圖10 不同空隙率PA-10瀝青混合料抗滑試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

(1) 隨著空隙率的降低，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度逐漸增大，且均滿足排水改性瀝青混合料穩(wěn)定度不小于5 kN的要求；空隙率為20%時，混合料動穩(wěn)定度最優(yōu)，從高溫抗車轍能力角度考慮，空隙率為20%時最優(yōu)。

(2) 隨著空隙率的降低，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比及彎曲破壞應(yīng)變均逐漸增加，且均滿足排水改性瀝青混合料的相關(guān)規(guī)范要求。從抗水損害及低溫抗開裂能力角度考慮，空隙率為17%時最優(yōu)。

(3) 隨著空隙率的降低，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的滲水系數(shù)及擺值均逐漸降低，且均滿足排水改性瀝青混合料的相關(guān)規(guī)范要求。從排水及抗滑能力角度考慮，空隙率為23%時最優(yōu)。

(4) 綜合考慮，細(xì)粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的空隙率宜為17%～23%。