大空隙率透水路面性能研究

甘世澤

（海南省交通工程檢測中心，海南 ?？?571100）

0 引言

為減少車輛行駛中輪胎與路面之間產生的噪聲，本文采用大空隙透水路面，大空隙率一方面可減少噪聲和光反射，起到防噪和防眩的效果，另一方面增加了與水的接觸面積，增大了水損等路面病害。因此本文選用不同級配的改性瀝青，分析透水路面的路用性能指標，進一步探討如何提高其使用壽命。

1 混合料配合比設計

大空隙率透水路面由于空隙率大和構造深度大的特點，導致其實現排水功能的同時亦增加了與水接觸的概率，在水和重載的耦合作用下，發生集料松散、剝落等病害[1]。因此本文依托空隙率、瀝青與集料間的黏結力兩個控制指標，選取3種集配（AC-13、SMA-13、OGFC-13）、2種高黏高彈瀝青（SBS改性瀝青和SBS+TPS改性瀝青），制備6種不同類型瀝青混合料，研究控制指標瀝青混合料高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性的影響，從而為大空隙率透水路面的推廣應用提供理論支撐。

1.1 原材料

1.1.1 瀝青

本文所選取的SBS和SBS+TPS改性瀝青技術指標如表1所示。

表1 瀝青技術指標

表1 （續）

其中SBS摻量為4%，SBS+TPS組合體系摻量分別為4%和10%，該最佳摻量通過對比不同摻量的瀝青性能試驗得到，本文不做深入探討。

1.1.2 粗集料

本文粗集料由玄武巖制備，材料表面潔凈、干燥、有棱角、耐磨性優良，具體技術指標如表2所示。

表2 （續）

表2 粗集料技術指標

1.1.3 細集料

本文粗集料由玄武巖制備，技術指標如表3所示。

表3 細集料技術指標

1.1.4 礦粉

本文所采用的的石灰巖礦粉技術指標如表4所示。

表4 礦粉技術指標

1.2 級配設計

本文選用的AC-13、SMA-13、OGFC-13三種級配設計見圖1。

圖1 集料級配設計

本文根據馬歇爾試驗確定AC-13、SMA-13、OGFC-13三種級配的最佳瀝青含量，經毛體積密度、最大理論密度值、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩定度、流值等試驗指標，確定AC-13最佳瀝青用量為4.7%和5.1%，SMA-13最佳瀝青用量為6.2%和6.6%，OGFC-13最佳瀝青用量為4.1%和4.3%。當選取SBS改性瀝青時，AC-13、SMA-13、OGFC-13瀝青混合料空隙率分別為4.63%、4.59%，3.96%；當選取SBS+TPS改性瀝青時，AC-13、SMA-13、OGFC-13瀝青混合料空隙率分別為3.87%，20.47%、20.32%。

2 路用性能研究

路用性能的優劣是道路壽命周期長短的決定性因素，同時也是行駛舒適感的前提[2]。本文在上節中通過確定AC-13、SMA-13、OGFC-13級配設計和最佳瀝青含量，制備車轍試件、馬歇爾試件等試驗材料，研究大空隙率透水路面路用性能，其中對照組為AC-13、SMA-13改性瀝青混合料。

2.1 高溫穩定性

本文通過車轍試驗，檢測動穩定度DS來反映混合料抗車轍性能。試驗結果如圖2所示。

圖2 車轍試驗結果

由試驗結果可知，上述瀝青混合料動穩定度均滿足規范要求，無論瀝青選取SBS或SBS+TPS，DS值均呈相同變化趨勢：SMA-13＞OGFC13＞AC-13。由圖2可得，相較于SBS而言，添加TPS后，瀝青混合料DS值均不同程度地增加，增幅分別為37.2%、25.1%、38.5%，說明高黏高彈改性瀝青有助于改善瀝青混合料的高溫穩定性；同時進一步說明普通改性瀝青制備的混合料高溫穩定性較弱，后續仍需研究不同地區、不同級配、不同添加劑下如何改善路面抗車轍能力。

2.2 低溫抗裂性

通過小梁彎曲試驗測定試件破壞時的抗彎拉強度、勁度模量和彎拉應變評價其低溫抗裂性。試驗結果如表5所示。

表5 （續）

表5 小梁彎曲試驗結果

由試驗結果可知，SMA-13瀝青混合料的抗彎拉強度和最大彎拉應變均優于AC-13和OGFC-13，而OGFC-13性能指標最低，這是因為OGFC-13因某種集料含量較少，瀝青與集料間黏聚力減弱，低溫性能較差。但隨著TPS的增加，抗彎拉強度和最大彎拉應變均增加，其中AC-13、SMA-13、OGFC-13瀝青混合料抗彎拉強度增幅比例分別為24.6%、24.0%、42.0%，AC-13、SMA-13、OGFC-13瀝青混合料最大彎拉應變增幅比例分別為4.6%、7.7%、28.1%，其中OGFC-13的指標變化最大，說明TPS對于改善寒冷地區大空隙率透水路面的低溫性能具有明顯優勢。另外，OGFC-13瀝青混合料的低溫抗裂性能最差，對于寒冷地區推廣應用時應慎重選擇瀝青膠結料種類。

2.3 水穩定性

本文進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，從殘留穩定度和凍融劈裂強度比兩個指標評價瀝青混合料的抗水損性能。

（1）三種級配下，SBS改性瀝青混合料的殘留穩定度值分別為87%、89%、86%，SBS+TPS改性瀝青混合料的殘留穩定度值分別為92%、94%、91%，性能優劣表現為SMA-13＞AC-13＞OGFC-13。SBS與SBS+TPS改性瀝青混合料相比，后者的性能指標較高，AC-13、SMA-13、OGFC-13瀝青混合料增幅為5.75%、5.62%、5.81%，說明TPS的添加，對于改善混合料抗水損性能亦有幫助。

（2）三種級配下，SBS改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比分別為88%、92%、85%，SBS+TPS改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比分別為91%、95%、90%，性能優 劣 表 現 為SMA-13＞AC-13＞OGFC-13。SBS與SBS+TPS改性瀝青混合料相比，后者的性能指標較高，增幅為3.41%、3.26%、5.88%，進一步說明添加TPS后，瀝青混合料抗水損性能提高。同時從兩個試驗同步得出，添加TPS后，OGFC-13瀝青混合料的性能指標漲幅均最大。

影響集料與瀝青之間黏結力的因素主要包括瀝青黏性、集料孔隙率、集料表面構造等。對于大空隙率透水瀝青路面而言，大量水分侵蝕路面內部，不斷破壞瀝青與集料的相互黏結，使集料從路表面脫落；其次，水分的沖刷使瀝青黏附性降低，導致混合料強度和勁度減少[3]。因此，有必要采取其他措施改善瀝青混合料的抗水損性能，例如加入能夠提高瀝青黏性的消石灰等。

2.4 透水性

本文采用常水頭滲水儀來測定透水瀝青路面的透水系數，試驗結果圖3所示。

圖3 滲水試驗結果

由圖3可知，OGFC-13瀝青混合料的滲水系數遠大于AC-13和SMA-13，進一步說明透水瀝青路面的排水效果良好；另添加了TPS后，滲水系數小范圍內降低，降低幅度偏小。

3 結語

綜上所述，在AC-13和SMA-13改性瀝青混合料作為對照組試驗的情況下，添加TPS后，改性瀝青混合料的路用性能指標均呈增長趨勢，其中OGFC-13瀝青混合料的漲幅最大，動穩定度、抗彎拉強度、最大彎拉應變、殘留穩定度、凍融劈裂強度比指標漲幅分別為38.5%、42.0%、28.1%、5.81%、5.88%。另OGFC-13瀝青混合料的滲水系數遠大于AC-13和SMA-13，進一步說明透水瀝青路面的排水效果良好。

因此建議選用高黏高彈改性瀝青作為大空隙率透水路面的瀝青膠結料。同時大空隙率透水路面首要功能是排水，建議進一步研究如何改善其抗水損性能。