王 皓

(中交建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司 石家莊市 050000)

排水路面具有易排水、抗滑、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，但由于其空隙結(jié)構(gòu)較大、細(xì)集料較少，除了車(chē)輛荷載的反復(fù)作用，水和溫度等外界環(huán)境條件也會(huì)對(duì)瀝青混合料產(chǎn)生影響[1-3]，使大空隙瀝青混合料很容易產(chǎn)生松散、剝落等水損害現(xiàn)象，破壞路面結(jié)構(gòu)完整性，降低其使用壽命[4-5]。因此，評(píng)價(jià)水、溫環(huán)境對(duì)大空隙瀝青混合料性能的影響尤為重要。

黃學(xué)文等[6]研究顯示，同樣的大空隙OGFC試件，其浸水飛散損失明顯大于常規(guī)試件的飛散損失，說(shuō)明水對(duì)大空隙瀝青混合料的穩(wěn)定性有很大的影響。凍融循環(huán)是一種典型的水溫耦合作用，且瀝青混合料的強(qiáng)度及水穩(wěn)定性受凍融循環(huán)作用影響顯著[7]。耿韓等[8]認(rèn)為，凍融劈裂試驗(yàn)時(shí)的真空飽水對(duì)大空隙瀝青混合料作用不明顯，推薦以60℃浸水飛散損失作為水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

水和溫度是導(dǎo)致瀝青混合料老化的重要因素，但大部分研究考慮的水溫耦合過(guò)于單一，難以全面掌握其水損壞機(jī)理。因此，對(duì)比SBS改性瀝青，以高粘瀝青和玄武巖為原材料，首先通過(guò)水煮法評(píng)價(jià)瀝青與集料的粘附性，然后通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)及浸水飛散試驗(yàn)進(jìn)行大空隙瀝青混合料PAC-13的水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，研究熱水浴和凍融循環(huán)兩種水溫耦合作用對(duì)大空隙瀝青混合料的影響。

1 原材料指標(biāo)與級(jí)配

本試驗(yàn)所用瀝青和集料的參數(shù)指標(biāo)如表1和表2所示，均符合規(guī)范要求。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 集料技術(shù)指標(biāo)

本研究按照20%的目標(biāo)空隙率設(shè)計(jì)PAC-13大空隙瀝青混合料，其級(jí)配如表3所示，研究所采用的最佳油石比為4.8%。

表3 PAC-13級(jí)配

2 試驗(yàn)方案

為了深入研究水溫耦合作用對(duì)大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，對(duì)熱水浴和凍融循環(huán)分別設(shè)置不同的試驗(yàn)條件：在60℃水浴中分別浸泡1d、3d、5d以模擬熱水浴的影響；在-18℃至60℃環(huán)境中分別凍融5次、10次、15次以模擬凍融循環(huán)的影響，其中在-18℃下浸水3h后再在60℃下浸水3h為一個(gè)凍融循環(huán)。

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)熱水浴對(duì)大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)凍融循環(huán)對(duì)大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，采用飛散試驗(yàn)分別評(píng)價(jià)兩種水溫耦合作用對(duì)大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。

3 粘附性試驗(yàn)

將經(jīng)過(guò)熱水浴及凍融循環(huán)處理的各樣本采用水煮法評(píng)定各瀝青與玄武巖的粘附性等級(jí)，評(píng)定結(jié)果如表4所示。

表4 瀝青-集料水煮法粘附性等級(jí)

從表4中結(jié)果可知，隨水浴時(shí)間延長(zhǎng)或凍融次數(shù)的增加，各瀝青與玄武巖的粘附性均逐漸下降，且高粘瀝青較SBS改性瀝青與玄武巖有更優(yōu)的粘附性。

4 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

4.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

研究過(guò)程中將規(guī)范中浸水馬歇爾試驗(yàn)的浸水48h同等替換為浸水1d、3d、5d，計(jì)算其殘留穩(wěn)定度，結(jié)果如表5所示。

表5 熱水浴下殘留穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果

由表5中試驗(yàn)結(jié)果可知，熱水浴條件下，大空隙瀝青混合料的強(qiáng)度會(huì)逐漸衰減，這是因?yàn)闉r青混合料試件浸水過(guò)程中水分會(huì)進(jìn)到瀝青與集料的界面，減弱其間的界面強(qiáng)度，從而降低混合料的強(qiáng)度。對(duì)于熱水浴作用下的大空隙瀝青混合料而言，其大空隙特征使得水更容易進(jìn)入試件內(nèi)部，而高溫條件也會(huì)加速水分子的運(yùn)動(dòng)使其強(qiáng)度衰減更顯著。兩類(lèi)大空隙瀝青混合料中，高粘瀝青組成的大空隙瀝青混合料表現(xiàn)出更好的抵抗高溫水破壞的能力。

4.2 凍融劈裂試驗(yàn)

大空隙瀝青混合料在氣溫較低的寒冷地區(qū)應(yīng)用時(shí)，不可避免面臨低溫凍融環(huán)境的考驗(yàn)，因此，本研究進(jìn)一步通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性。本研究的兩種大空隙瀝青混合料在不同條件下的凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 凍融循環(huán)下劈裂強(qiáng)度比測(cè)試結(jié)果

從表6中的結(jié)果可知：凍融循環(huán)會(huì)顯著降低大空隙瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度，隨著凍融次數(shù)越多強(qiáng)度下降越明顯，這是因?yàn)?，在反?fù)的凍融過(guò)程中，結(jié)冰而產(chǎn)生的凍脹力會(huì)對(duì)瀝青與集料界面產(chǎn)生損傷，從而降低混合料的強(qiáng)度。相比較而言，凍融循環(huán)對(duì)SBS改性瀝青組成的大空隙瀝青混合料影響更為顯著，由此可見(jiàn)，高粘瀝青組成的大空隙瀝青混合料具有更好的抗凍融性能，隨著凍融次數(shù)的增加，優(yōu)勢(shì)更明顯。

4.3 飛散試驗(yàn)

飛散試驗(yàn)以30r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)300r后混合料的質(zhì)量損失來(lái)評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性，損失質(zhì)量越小，對(duì)應(yīng)的混合料的水穩(wěn)定性越好，飛散后的試件如圖1所示。

從圖1中可以看出，兩種類(lèi)型的大空隙瀝青混合料在飛散后存在明顯的集料顆粒剝落的現(xiàn)象，隨著條件作用次數(shù)的增加，掉?，F(xiàn)象更顯著。其定量關(guān)系如表7、表8所示。

表7 熱水浴后飛散損失測(cè)試結(jié)果

從表7和表8的定量對(duì)比關(guān)系可以看出，隨著水浴時(shí)間的延長(zhǎng)或凍融次數(shù)的增加，飛散損失均逐漸增加，而且兩種瀝青混合料的飛散損失區(qū)別十分明顯，即高粘瀝青組成試件的飛散損失遠(yuǎn)小于SBS改性瀝青組成的試件，進(jìn)一步說(shuō)明高粘瀝青具有更好的抗水熱性能及抗凍融性能，但兩種水溫耦合作用對(duì)大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響程度并無(wú)明顯的區(qū)別。

圖1 浸水飛散試驗(yàn)后試件外觀

表8 凍融循環(huán)后飛散損失測(cè)試結(jié)果

4.4 分析與討論

三種試驗(yàn)方法中，浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)并不能很好地區(qū)分兩種不同類(lèi)型瀝青成型的大空隙瀝青混合料的水穩(wěn)定差異，而飛散試驗(yàn)結(jié)果表明高粘瀝青成型的大空隙瀝青混合料具有更好的水穩(wěn)定性，這與已有研究結(jié)論[5]保持一致。因此，為了全面評(píng)價(jià)水溫環(huán)境對(duì)大空隙瀝青混合料耐久性的影響，需要分別對(duì)60℃水浴浸泡后的試件和凍融循環(huán)后的試件進(jìn)行飛散試驗(yàn)。此外，比較表6、表7、表8中的變異系數(shù)，三種評(píng)價(jià)方法中飛散試驗(yàn)的變異性相對(duì)較小，試驗(yàn)結(jié)果更加可靠。

5 結(jié)論

本研究對(duì)水-溫作用下的SBS改性瀝青和高粘瀝青組成的大空隙瀝青混合料進(jìn)行了性能試驗(yàn)，評(píng)價(jià)外部環(huán)境對(duì)其損傷特性的影響，主要得到如下結(jié)論：

(1)熱水浴和凍融循環(huán)作用均會(huì)降低大空隙瀝青混合料的水穩(wěn)定性，而且隨著水浴時(shí)間的延長(zhǎng)或凍融次數(shù)的增加，水穩(wěn)定性都逐漸下降；兩種水溫耦合作用對(duì)大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響程度并無(wú)明顯的區(qū)別。

(2)相比SBS改性瀝青，高粘瀝青具有更好的抗水熱性能及抗凍融性能，相應(yīng)的大空隙瀝青混合料的水穩(wěn)定性也更高，在排水結(jié)構(gòu)表層中使用高粘瀝青能夠明顯提高瀝青路面的抗松散能力，減少及預(yù)防水損害的發(fā)生。

(3)對(duì)大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，浸水飛散試驗(yàn)可以較大程度地去除粗集料間嵌擠作用的影響，更準(zhǔn)確地區(qū)分瀝青種類(lèi)對(duì)其水穩(wěn)定性的影響。