不同瀝青結合料對排水路面滲透及路用性能影響研究

唐小燕

福建南平路橋養護工程有限公司，福建 南平 353000

0 引言

OGFC 是一種典型的排水路面級配類型，相較于密級配瀝青混合料（AC）最大的區別在于空隙率的不同，具有較少的細集料，因此能夠達到較大的空隙率（20%左右），形成了一種排水結構，從而具有優良的排水性能，尤其在多雨地區，車輛行駛在OGFC 路面時，不會由于摩擦力的減小而產生打滑漂移等危險，提高道路行駛的安全性。此外，排水瀝青混合料由于大量的孔洞存在，可以吸收車輛行駛過程中產生的噪音，從而達到降噪功能［1］。然而，由于缺乏足夠的細集料填充瀝青混合料內部結構，可能會降低路面結構的強度及耐久性。

為了提高OGFC 的強度及耐久性，大量學者進行了相關研究［2-4］,旨在尋找提高OGFC 性能的方式。OGFC 具有較少的細集料填充成分，造成瀝青結合料與粗集料具有更大的接觸面積，因此兩者之間的粘結力對于OGFC 的整體性能起到了至關重要的作用。Ruiz 等人研究了不同標號的基質瀝青對OGFC 耐久性的影響，推薦采用70#瀝青用于交通量大及炎熱地區［5］。杜宇兵研究了膠粉改性瀝青及高粘改性瀝青的性能，認為高粘改性瀝青具有更好的綜合性能［6］。采用改性劑來提高瀝青結合料的性能，從而提高OGFC 的路用性能是目前最常采用的方式。然而，添加劑的加入勢必會產生一定的不良影響，可能會降低OGFC 的某種性能，因此有必要對不同瀝青結合料對OGFC 的綜合性能進行研究。

本研究主要通過一系列室內試驗評估不同瀝青結合料對OGFC 路用性能及滲水性能的影響規律。首先通過高溫車轍試驗，低溫梁彎曲試驗以及浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗研究了多種瀝青混合料對排水瀝青混合料路用性能的影響。其次通過路面滲水儀評價了不同瀝青結合料對OGFC 滲水性能的影響，最后分析不同瀝青結合料OGFC 的適用情況及優劣。

1 原材料

1.1 集料

試驗采用礦質集料選用福建產玄武巖，依據《公路工程集料試驗規程》（JTG E42-2005）和《公路瀝青路面施工技術規范實施手冊》（JTG F40-2004）對其常規性能指標進行測定，均滿足規范要求。

1.2 瀝青結合料

瀝青結合料對排水路面的性能影響很大，本次試驗所用瀝青為70#基質瀝青、殼牌SBS 改性瀝青，具體技術指標如表1所示。

1.3 高粘改性瀝青結合料

試驗所用的高粘改性瀝青為SBS 改性瀝青中復配高粘改性劑制備，高粘改性劑呈淡黃色，密度為0.8g/cm3的圓餅顆粒，熔點為160℃～170℃。

高粘改性瀝青的制備過程為：首先將SBS 改性瀝青恒溫至170℃，稱取一定量的高粘改性劑（8%），緩慢加入SBS 改性瀝青中，通過磁力攪拌器在恒溫條件下先以1000r/min 進行初攪，再以3000r/min 進行二次攪拌以使高粘改性瀝青與瀝青混合均勻，從而制得試驗用的高粘改性瀝青（HVB）。

2 配合比設計

為制備排水瀝青混合料，采用玄武巖集料與多種瀝青結合料制備OGFC-13 瀝青混合料，目標空隙率為20%。首先將集料保溫在180℃下4h 至恒溫，基質瀝青、SBS 改性瀝青及高粘改性瀝青分別以150℃和170℃加熱至流動態。由于高粘改性瀝青粘度較大，因此成型溫度控制在180℃左右。OGFC-13 級配如表2 所示，HVB、SBS、70#最佳瀝青用量分別為4.6%、4.5%和4.5%。

表1 瀝青結合料技術性能

表2 OGFC-13 級配 %

3 路用性能及滲透性能研究

3.1 高溫穩定性

高溫車轍試驗目的是為了在室內模擬實際路面上由于車輛荷載作用對瀝青路面造成的永久變形。根據規范要求首先制備300mm×300mm×50mm的標準車轍板試件，將試件于60℃條件下保溫6h 至恒溫，然后經過21 次/min 車輪往復碾壓1h，以位移傳感器記錄中部的豎向位移。本次試驗條件選用60℃下0.7MPa 的荷載力，以動穩定度作為OGFC-13 高溫抗變形能力的評價指標。對三種瀝青結合料按最佳油石比制備標準車轍板試件后進行試驗，試驗結果如表3 所示。

由表3 中的實驗結果可以發現，相比于70#基質瀝青，SBS與HVB 制備的OGFC-13 瀝青混合料具有更高的高溫抗車轍性能，相較于70#依次提高了1.07 和1.31 倍。排水瀝青混合料缺乏足夠的細集料填充，具有較大的空隙率，會導致承載能力的部分喪失，因此一般選擇具有更好粘結力的改性瀝青作為結合料使用，通過更優異的粘結性及流變性來提高瀝青混合料的高溫抗變形性能，試驗結果也證明了這一點，采用HVB 和SBS 有利于提高排水路面的高溫穩定性。

表3 不同瀝青結合料下OGFC-13 的高溫性能

3.2 低溫穩定性

低溫穩定性的測試方法采用-10℃小梁彎曲試驗，目的是為了模擬瀝青路面在低溫條件下抵抗開裂的能力。首先制備標準300mm×300mm×50mm的車轍板試件，通過切割機獲得尺寸為250mm×30mm×35mm的試件，待試件干燥后置于試驗溫度下至試件-10℃恒溫，將試件按照規范置于臺座，通過萬能試驗機以50mm/min進行加載，記錄荷載及位移，以最大彎拉應變作為低溫穩定性的評價指標，試驗結果如表4 所示。

表4 不同瀝青結合料下OGFC-13 的低溫性能

低溫試驗結果類似于高溫試驗結果的特征，呈現出依次遞增的數據結果，表明相比較于70#基質瀝青，SBS 和HVB 呈現出更好的低溫性能，依次提高了0.43 倍和0.79 倍，HVB 能夠在更大的彎拉應變下破壞，表明具有更好的低溫抗開裂性能。

3.3 水穩定性

OGFC-13 的水穩定性能通過浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗（TSR）進行測定。其中浸水馬歇爾試驗是將制備好的馬歇爾試件分為兩組，一組置于60℃環境水浴中保溫48h，另一組為30min，以兩組穩定度的比值作為浸水殘留穩定度，用作抗水損壞性能的評價方法。TSR 是目前應用較多的水穩定性試驗方法，以及簡單的操作手段與較好的相關性而被廣泛使用。試驗將制備好的標準馬歇爾試件分為兩組，每組≮4 個，一組常溫保存，一組進行真空飽水后置入冷藏箱中（-18℃）保溫16h，之后取出置入60℃恒溫水浴中保溫24h，之后再將兩組試件均置入25℃水域中保溫，測得兩次穩定度的比值凍融劈裂強度比作為評價指標。三組實驗結果分別如表5，表6 所示。

由表5 可知，三種瀝青結合料制備的OGFC-13 殘留穩定度相差不大，SBS 和HVB 優于70#基質瀝青，僅僅提高4.1%和3.3%，SBS 略優于HVB，但基本相同。表6 為TSR 試驗結果，可以觀察到與殘留穩定度結果稍有不同，SBS 與HVB 的凍融劈裂強度比均優于70#基質瀝青，分別提高10.1%和12.4%，但HVB 的凍融劈裂強度比稍高于SBS，但依然相差不大，綜合殘留穩定度和TSR 的試驗結果可知，SBS 和HVB 的水穩定性能均高于70#基質瀝青，表明了改性瀝青有利于提高OGFC-13 的抗水損壞性能，且SBS 和HVB 的抗水損壞能力基本相同。

表5 不同瀝青結合料下OGFC-13 的殘留穩定度

表6 不同瀝青結合料下OGFC-13 的TSR 結果

3.4 路面滲透性

排水路面的滲透性質可以采用路面滲水儀進行測定，通過記錄規定時間內量筒內水位的變化來判別不同瀝青混合料的滲透性。試驗前制備不同瀝青結合料的標準車轍板試件，清理測定位置的塵土，把路面滲水儀放置在測定位置，在滲水儀底座周圍涂抹密封膠，防止水分從側面溢出，影響測試結果，將量筒內加入足量水并按照規范排出空氣后，記錄水位下降高度隨時間變化，計算路面滲水系數。試驗結果如表7 所示。

表7 不同瀝青結合料OGFC-13 的滲透性

由表3 結果可知HVB 在滲透性能上具有較為明顯的優勢，可能是由于HVB 和SBS 制備的瀝青混合料空隙率及連通空隙率相對較大，有利于OGFC-13 表面水豎向的滲透，因此具有相對較大的滲水系數。

4 結論

本文研究了不同瀝青結合料對排水路面的路用性能及滲透性能影響?；隈R歇爾試驗確定了不同瀝青結合料下OGFC-13的最佳油石比，并在此條件下制備試驗用試件，測定不同排水瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性以及路面滲透性能，得出結論主要如下：

（1）高溫穩定性結果表明HVB 和SBS 具有更高的高溫抗變形能力。主要是由于改性瀝青中由于改性劑的適量加入，提高了瀝青結合料的彈性水平以及粘度，使得改性瀝青能夠在較高的溫度下依然具有較高的強度，用于抵抗荷載作用產生的變形，且HVB 的效果最為明顯。

（2）低溫穩定性結果表現出與高溫穩定性相同的結果，表明改性劑的加入不僅提高了基質瀝青的的高溫流變性，同時提高了結合料低溫敏感性，保證改性瀝青結合料在較低的溫度下能夠保有較好的松弛能力，防止瀝青過脆而產生的低溫開裂。

（3）水穩定性結果表明改性劑的加入并沒有大幅度的提升瀝青結合料的抗水損壞性能，相較于70#基質瀝青，SBS 和HVB 殘留穩定度及TSR 結果僅僅存在小幅度的提高。兩種試驗方法中SBS 和HVB 的結果存在不同，但相差很小，表明HVB和SBS 水穩定性能基本相同。

（4）滲透試驗結果表明三種瀝青結合料制備的瀝青混合料存在一定不同，排水性能順序為：HVB ＞SBS ＞70#，這可能是由于空隙率及連通空隙率的不同造成的。

（5）綜合三種不同的排水路面路用性能及滲透性能實驗結果可知，HVB 具有更好的綜合性能，SBS 次之，70#基質瀝青相對較差。