冷濱濱

(青島冠通市政建設(shè)有限公司 青島 266000)

透水瀝青路面具有良好的排水和降噪功能，能夠顯著提高路面的抗滑性能和行車安全性，同時(shí)可以減小輪胎與路面的空氣泵作用，有效地降低噪聲污染[1-3]。設(shè)計(jì)良好的透水瀝青路面還具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足路面使用性能，同時(shí)可有效補(bǔ)給地下水，其越來越多地被應(yīng)用于城市道路和高速公路[4-5]。透水瀝青混合料是典型的骨架-空隙結(jié)構(gòu)，混合料中粗集料所占比重較大，約為85%，形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，集料和集料之間通過瀝青結(jié)合料以點(diǎn)接觸的方式黏結(jié)[6-8]，而高黏瀝青可有效增強(qiáng)集料之間的黏結(jié)，保證這種骨架-空隙結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

本文采用自制ZZH高黏瀝青配制PAC-13瀝青混合料，并對(duì)其技術(shù)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。與采用LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青分別配制的透水瀝青混合料的性能進(jìn)行對(duì)比，分析和評(píng)價(jià)不同高黏瀝青制備PAC-13瀝青混合料的性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

試驗(yàn)制備3種高黏瀝青，采用的基質(zhì)瀝青均為韓國(guó)雙龍70-A道路石油瀝青，以3種高黏瀝青軟化點(diǎn)達(dá)到80 ℃為控制標(biāo)準(zhǔn)(CJJ/T 190要求高黏瀝青軟化點(diǎn)≥80 ℃)，三者高黏瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1。第一種為自制高黏瀝青，代號(hào)為ZZH，是一種橡膠粉/SBS復(fù)合改性高黏瀝青，增黏劑主要成分為橡膠粉和SBS改性劑，其中橡膠粉規(guī)格為250～180 μm，添加量為瀝青質(zhì)量的15%，SBS改性劑添加量為瀝青質(zhì)量的3%，采用濕法添加工藝，橡膠粉物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)滿足表2和表3的要求；第二種高黏瀝青代號(hào)為L(zhǎng)FT，增黏劑主要成分為石油樹脂，添加量為瀝青質(zhì)量的12%，采用濕法添加工藝；第三種高黏瀝青代號(hào)為GZHJ，是一種SBS復(fù)合改性類高黏瀝青，由SBS改性劑和瀝青融合劑構(gòu)成，其中SBS改性劑(與ZZH不是同一種)添加量為瀝青質(zhì)量的5%，瀝青融合劑添加量為瀝青質(zhì)量的0.2%，采用濕法添加工藝。試驗(yàn)所用細(xì)集料為沂水石灰?guī)r機(jī)制砂；粗集料采用棲霞玄武巖碎石和玄武巖石屑，礦粉原材料為沂水石灰?guī)r，纖維選用木質(zhì)素纖維，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足JTG F40-2004 《公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。

表1 3種高黏瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 橡膠粉的物理技術(shù)要求

表3 橡膠粉的化學(xué)技術(shù)要求

1.2 方案

采用ZZH高黏瀝青配制的PAC-13為研究對(duì)象，確定混合料的級(jí)配和油石比。為保證試驗(yàn)級(jí)配的穩(wěn)定性，采用逐檔配料的方法合成級(jí)配。2.36 mm 篩孔的通過率在中值級(jí)配附近，以±3%左右的差值確定3個(gè)級(jí)配，并按礦料表面黏附瀝青膜厚14 μm，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算暫定初始油石比，按照3個(gè)級(jí)配成型馬歇爾試件(雙面擊實(shí)50次，成型溫度為165 ℃，每組試件為6個(gè))，測(cè)定試件的空隙率，確定是否與目標(biāo)空隙率一致或者目標(biāo)空隙率在這3組級(jí)配得到的空隙率范圍內(nèi)，并根據(jù)2.36 mm篩孔通過率同空隙率的關(guān)系對(duì)集料級(jí)配進(jìn)行調(diào)整，獲得透水瀝青混合料的合成級(jí)配。

然后，以PAC-13為研究對(duì)象，分別采用LFT高黏瀝青、GZHJ高黏瀝青和ZZH高黏瀝青配制透水瀝青混合料，對(duì)比研究3種混合料的技術(shù)性能差異。凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)，以及滲水系數(shù)試驗(yàn)分別按JTG E20(T0729-2011，T0719-2011，T0708-2011，T0733-2011，T0730-2011)的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)論分析

2.1 級(jí)配和油石比確定

采用ZZH高黏瀝青配制的PAC-13為研究對(duì)象，根據(jù)上述方法確定的3個(gè)透水瀝青混合料的級(jí)配見表4。按重載交通設(shè)計(jì)添加纖維，纖維含量為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%。按礦料表面黏附瀝青膜厚14 μm，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算初始油石比為5%。在馬歇爾試驗(yàn)制備過程中，集料加熱溫度為190 ℃，高黏瀝青加熱溫度為170 ℃。按照體積法測(cè)得的空隙率等物理指標(biāo)，見表5。以目標(biāo)空隙率為20%為控制基準(zhǔn)，試驗(yàn)確定得到的合成級(jí)配2為性能驗(yàn)證所用級(jí)配。此時(shí)，瀝青混合料級(jí)配2.36 mm通過率為12.8%，目標(biāo)空隙率為20.5%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足CJJ/T 190-2012中相關(guān)技術(shù)要求。

表4 透水瀝青混合料級(jí)配

表5 透水瀝青混合料不同級(jí)配物理指標(biāo)

2.2 性能驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)自制(ZZH)透水瀝青混合料PAC-13的水穩(wěn)定能力、抗凍性能、高溫穩(wěn)定性和滲水能力，采用LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青分別按5%的油石比制備試件，并且分別進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)和滲水系數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別見表6～表10。其中浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果為4組數(shù)據(jù)的平均值，車轍試驗(yàn)和滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果為3組數(shù)據(jù)的平均值。

表6 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表7 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表8 車轍試驗(yàn)結(jié)果

表9 飛散試驗(yàn)結(jié)果 %

表10 滲水試驗(yàn)結(jié)果

一般采用浸水殘留穩(wěn)定度來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，浸水殘留穩(wěn)定度越大，其水穩(wěn)定性越好。試件成型溫度145 ℃，雙面擊實(shí)75次。由表6可見，ZZH高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13浸水殘留穩(wěn)定度最大，LFT高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13次之，GZHJ高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13最小，說明ZZH高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13水穩(wěn)定性能優(yōu)于LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13。上述結(jié)果符合3種瀝青黏度規(guī)律，一般黏度高的瀝青制備的混合料穩(wěn)定度高，且抵抗水侵害的性能好。

透水瀝青混合料與普通瀝青混合料不同的是，在凍融過程中，可能伴隨水分的存在。因此，對(duì)混合料在完全浸水狀態(tài)時(shí)經(jīng)歷凍融循環(huán)后，通過路用性能的衰減程度，評(píng)價(jià)透水瀝青混合料的抗凍性。一般劈裂強(qiáng)度比越大，其抗凍性越好。試件成型溫度145 ℃，雙面擊實(shí)50次。凍融循環(huán)的低溫為-18 ℃，高溫為(20±2)℃，1個(gè)循環(huán)持續(xù)24 h。由表7可見，LFT高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13劈裂強(qiáng)度比最大，ZZH高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13次之，GZHJ高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13最小，說明LFT高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13的抗凍性優(yōu)于后兩者。此結(jié)果與3種瀝青延度指標(biāo)一致，一般低溫延度高的瀝青制備的混合料低溫性能較好，抗凍性能好。

車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度作為瀝青混合料的高溫性能技術(shù)指標(biāo)，一般動(dòng)穩(wěn)定度越大，其高溫性能越好。由表8可見，ZZH高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13動(dòng)穩(wěn)定度比LFT高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13和GZHJ高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13大，說明ZZN高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13的抗車轍能力優(yōu)于后兩者，也就是高溫穩(wěn)定性能優(yōu)于LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13。此結(jié)果符合3種瀝青黏度規(guī)律，并與3種瀝青混合料穩(wěn)定度結(jié)果一致，黏度高的瀝青制備的混合料動(dòng)穩(wěn)定度高，高溫性能好。

飛散試驗(yàn)可有效評(píng)價(jià)在交通載荷下，路面表面集料脫落而散失的程度，并且可用于評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。一般來說，飛散損失越小，混合料抗剝落能力越強(qiáng)。由表9可見，ZZH高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13飛散損失比LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13飛散損失小，則前者的混合料抗剝落能力優(yōu)于后兩者，并且前者的混合料水穩(wěn)定性能優(yōu)于后兩者。這與浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，黏度高的瀝青可增加瀝青與集料之間的有效黏結(jié)，增強(qiáng)混合料抗剝落能力。

滲透系數(shù)是衡量透水瀝青混合料滲透能力的重要參數(shù)，滲水系數(shù)越大，滲透能力越強(qiáng)。由表10可見，連通孔隙率越大，混合料的滲水系數(shù)越大。ZZH高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料滲水系數(shù)比LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料滲水系數(shù)大，則前者的滲水能力優(yōu)于后兩者。暴雨～大暴雨24 h降水量75.0～174.9 mm，所制備透水瀝青路面滲透系數(shù)達(dá)到至1 000 mL/(15 s)(24 h降水量81.5 mm)以上，可見，在排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的情況下，所制備透水瀝青路面可有效解決路面積水問題。

3 結(jié)論

不同高黏瀝青或不同高黏瀝青在相同配比和油石比條件下，所制備的PAC-13透水瀝青混合料性能存在顯著差異。

1) ZZH自制高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料水穩(wěn)定性能最好，LFT高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13次之。

2) LFT高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料的抗凍性能優(yōu)于ZZH高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的透水瀝青混合料PAC-13。

3) ZZH高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能優(yōu)于LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料。

4) ZZH自制高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料抗剝落能力比LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料抗剝落能力好。

5) ZZH自制高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料滲透性能比LFT高黏瀝青和GZHJ高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料滲透性能好。

綜上，3種透水瀝青混合料中，ZZH高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料水穩(wěn)定性、高溫性能、抗飛散性能和滲水性能指標(biāo)最好，LFT高黏瀝青所制備的PAC-13透水瀝青混合料抗凍性最好。ZZH自制高黏瀝青制備的PAC-13透水瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，具備良好的各項(xiàng)路用性能，可應(yīng)用于透水瀝青混合料生產(chǎn)。