高黏改性瀝青OGFC混合料的路用性能對比

郝增恒，葉 偉，周啟偉

（重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 400074）

0 引 言

“海綿城市”是新一代城市概念，是指城市在適應環境等方面具有良好的“彈性”，也可稱之為“水彈性城市”［1］。其中排水路面是“城市海綿體”的一項重要載體，雨水通過這些“海綿體”下滲、滯蓄、凈化、回用，最后剩余部分徑流，通過管網、泵站外排，從而有效提高城市排水系統的效率，緩減城市內澇。在當前的排水性路面鋪裝中，排水性瀝青磨耗層（OGFC）占據比較明顯的優勢，美國從20世紀70年代開始將OGFC作為瀝青路面的表面層使用，其混合料中粗集料的比例較一般的混合料高，采用特殊的開級配結構類型，空隙率約為20%，雨天可將滲入面層的水分快速排除，在解決城市內澇方面表現突出，同時可顯著改善路表抗滑功能，提高雨天行車可視度，減少汽車水漂現象，降低輪胎行駛噪音。

國內外研究現狀及大量實體工程應用表明，高黏改性瀝青可以顯著提高排水性瀝青混合料的抗水損壞能力、抗車轍能力和抗飛散損壞，提高路面耐久性，適用于高溫氣候條件和重載交通條件［2－5］。當前，常用的排水性瀝青路面的膠結料包括國外的殼牌高黏改性瀝青、TPS高黏改性瀝青以及國內的HVA高黏改性瀝青。

在總結現有技術的基礎之上，本文通過分析不同高黏改性瀝青的技術性能指標，進行OGFC配合比設計，完成基于不同高黏瀝青的OGFC－13混合料路用性能驗證，并進行成本評估，總結出性價比最高的高黏改性瀝青OGFC－13排水性路面鋪裝技術。

1 原材料及配合比設計

1．1 瀝青膠結料

除了自行研制的高黏改性瀝青以外，縱觀國內外對高黏瀝青的研究與使用狀況［6－8］，本文從市面選擇了技術相對成熟、實際工程使用較多、具有代表性的5種高黏改性瀝青產品參與路用性能的對比試驗，其中4種是通過在70＃基質瀝青中投放高黏改性劑加工而成，另外1種為成品瀝青，由廠商直接供貨。各瀝青具體名稱以及對應的部分改性劑如表1所示。

表1 高黏瀝青及其改性劑

1．2 集料

1．2．1 集料組成

本研究項目粗集料采用玄武巖碎石，規格為S10、S12、S14；細集料同樣采用玄武巖，規格為S16；填料采用石灰石磨細的礦粉。各種集料的顆粒組成見表2。

表2 各種集料的顆粒組成

1．2．2 集料的物理性質

檢測各種集料的物理性能，結果見表3。

1．3 配合比設計

按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中OGFC配合比設計方法的有關規定，以目標空隙率作為配合比設計的關鍵指標。規范要求空隙率控制在18%～25%范圍內，本文以20%作為高黏瀝青OGFC－13混合料的目標空隙率，按照規范規定的OGFC配合設計方法得到的最佳級配，如表4所示，最佳油石比為5．1%。

表3 各種集料的實測性能指標

表4 高黏瀝青OGFC－13混合料最佳級配和油石比

2 高黏改性瀝青性能對比分析

2．1 常規試驗結果對比分析

瀝青膠結料是影響排水性瀝青混凝土OGFC路用性能的核心要素之一，本文參照《排水瀝青路面設計與施工細則》對高黏瀝青的技術要求，通過室內試驗對比6種高黏改性瀝青的技術性能指標，試驗結果見表5。

由表5可以發現以下幾點。

（1）參與對比試驗的6種高黏改性瀝青只有殼牌高黏改性瀝青和自研高黏改性瀝青的技術性能指標能完全滿足技術要求，且自研高黏改性瀝青的路用性能與殼牌高黏改性瀝青相當，具有較高的軟化點、低溫延度、動力黏度以及老化后的針入度殘留率和低溫延度，為提高混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗水損以及抗老化性能提供了先決條件［9］。

表5 不同高黏改性瀝青技術性能試驗結果

（2）在所有技術性能指標中，以60℃動力黏度作為高黏瀝青評價標準的一項重要指標，僅殼牌高黏改性瀝青和自研高黏改性瀝青滿足技術要求，但是鑒于《排水瀝青路面設計與施工細則》尚未正式頒布實施，參照現行技術規范《瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中對高黏改性瀝青60℃動力黏度的要求（≥20 000Pa·s），殼牌高黏改性瀝青、日本13%TPS改性瀝青、自研高黏改性瀝青均能滿足要求，且以上3種瀝青的其余技術性能指標滿足《排水瀝青路面設計與施工細則》對高黏瀝青的技術要求［10］。其余3種高黏改性瀝青的動力黏度均無法滿足現行技術規范要求。

2．2 車轍因子對比分析

排水性路面除了對瀝青混合料的抗水損壞性能要求較高外，混合料的高溫穩定性也是至關重要的，它主要取決于瀝青膠結料的高溫性能水平［11］。評價瀝青的高溫性能除了常規試驗中的軟化點試驗以外，國外常用車轍因子（G＊／sinδ）來評價瀝青膠結料在高溫條件下的抗永久變形能力，G＊／sinδ的值越大，表示瀝青的彈性性能越顯著，流動變形能力越小，越有利于抵抗車轍［12］。在完成前述常規試驗的基礎上，本文分別對自研高黏改性瀝青、殼牌高黏改性瀝青、日本TPS高黏改性瀝青進行60℃～100℃車轍因子檢測，3種瀝青的車轍因子隨溫度的變化趨勢如圖1所示。

分析試驗結果可以發現以下幾點。

（1）在同一高溫條件下，自研高黏改性瀝青的車轍因子略大于殼牌高黏改性瀝青，且明顯大于日本TPS高黏改性瀝青，從而可以預測同一高溫條件下，自研高黏改性瀝青混合料的抵抗車轍能力要高于殼牌以及日本TPS高黏改性瀝青。

（2）結合軟化點和車轍因子2項試驗結果可知，自研高黏改性瀝青的高溫性能比殼牌高黏瀝青和日本TPS高黏瀝青更優越。

圖1 車轍因子隨溫度的變化趨勢

（3）綜合高黏瀝青高溫、低溫、抗水損以及抗老化性能的試驗結果可知，自研高黏改性瀝青的路用性能已達到國外技術水平，且可超越殼牌以及日本TPS兩大國外品牌。

3 混合料路用性能對比分析

為探討不同瀝青膠結料的混合料路用性能之間的差別，在不改變OGFC－13礦料最佳級配和最佳油石比的狀態下，將殼牌高黏改性瀝青、日本TPS高黏改性瀝青（TPS內摻摻量為13%）和自研高黏改性瀝青用作OGFC－13的膠結料，通過室內試驗對比3種不同瀝青OGFC－13混合料的空隙率、水穩定性、高溫穩定性、表面集料抗脫落性以及滲水性能，最終優選出路用性能好且價格適中的瀝青膠結料。

本文分別對3種不同類型的高黏改性瀝青OGFC－13混合料進行了空隙率、穩定度、析漏損失、分散損失、浸水飛散損失、動穩定度、凍融劈裂殘留強度比、滲水系數8項路用性能試驗，試驗結果如表6所示。另外，關于排水路面路用性能指標，目前中國現行的行業規范中只有《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）對OGFC的路用性能進行了相關規定，而交通部公路科學研究院主編的《排水瀝青路面設計與施工細則》雖然尚未正式發布，但相比前者對排水路面路用性能的技術要求有了大幅度的提高。

表6 高黏瀝青OGFC－13混合料路用性能試驗結果

從以上試驗結果可得出以下幾點。

（1）自研高黏改性瀝青、TPS高黏改性瀝青、殼牌高黏改性瀝青的OGFC－13混合料路用性能均能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）以及《排水瀝青路面設計與施工細則》的技術要求。

（2）在高溫穩定性方面，自研高黏改性瀝青OGFC混合料與殼牌高黏瀝青OGFC基本持平，比TPS高黏改性瀝青OGFC稍好；低溫抗裂性方面，自研高黏改性瀝青OGFC、殼牌高黏改性瀝青OGFC以及TPS高黏改性瀝青OGFC三者基本持平；水穩定性方面，自研高黏改性瀝青OGFC略優于殼牌高黏瀝青OGFC，明顯優于TPS高黏改性瀝青OGFC；表面集料抗脫落性方面，自研高黏改性瀝青OGFC明顯優于殼牌高黏改性瀝青OGFC以及TPS高黏改性瀝青OGFC；滲水性能主要與礦料級配和混合料的空隙率有關，同一級配條件下3種高黏改性瀝青OGFC滲水能力基本相當。

4 成本控制分析

自研高黏改性瀝青、殼牌高黏改性瀝青以及日本TPS高黏改性瀝青單價（包括原料、加工、運輸等費用）如下。

（1）自研高黏改性瀝青根據施工需要進行現場加工，單價約為4 200元·t－1。

（2）殼牌高黏改性瀝青為商家提供的成品瀝青，商家根據施工地點就近發貨，單價（含運費）約為5 780元·t－1。

（3）日本進口TPS改性劑的單價為50 000元·t－1，韓國SK70＃基質瀝青單價約2 800元·t－1，按內摻法摻量為13%計算，TPS高黏改性瀝青單價約為8 900元·t－1。

根據以上3種高黏改性瀝青OGFC－13混合料的路用性能測試指標，在滿足相關技術要求的前提下，在實際工程中適當降低能耗、控制施工成本也顯得尤為重要。因此，在用作排水性路面OGFC的瀝青膠結料時，性價比最高的為自行研發的高黏改性瀝青。

5 結 語

（1）自主研發的高黏改性瀝青的路用性能已達到國外技術水平，且可超越殼牌以及日本TPS兩大國外品牌。

（2）自研高黏改性瀝青作為排水性路面OGFC的瀝青膠結料使用，其路用性能同時滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）以及《排水瀝青路面設計與施工細則》的相關技術要求，且自研高黏改性瀝青OGFC排水性路面瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、表面集料抗脫落性均不同程度地優于殼牌以及日本TPS高黏改性瀝青OGFC混合料。

（3）綜合高黏改性瀝青、OGFC排水性路面瀝青混合料路用性能試驗結果以及施工成本控制分析結果，自主研發的高黏改性瀝青的性價比最高。

［1］ 孫 芳．基于海綿城市的城市道路系統化設計研究［D］．西安：西安建筑科技大學，2015．

［2］ 徐希娟，戴經梁．改性瀝青在排水性瀝青路面中的應用［J］．長安大學學報：自然科學版，2009，29（3）：27－31．

［3］ 熊子佳，程金梁，鄧 成，等．高粘改性劑對瀝青及OGFC混合料性能的影響［J］．大連交通大學學報，2017，38（5）：94－97．

［4］ 張厚泉，王 振，柯名強，等．不同改性瀝青的OGFC混合料路用性能指標研究［J］．華東公路，2014（4）：43－46．

［5］ 徐亦航，徐 佳，于洪江．運用于OGFC的高粘度改性瀝青的研究［J］．山西建筑，2006（22）：178－179．

［6］ 韓宏偉，黃紹龍，丁慶軍，等．運用高粘度改性瀝青配制OGFC的研究［J］．武漢理工大學學報，2005，27（3）：41－43．

［7］ 楊 春．高粘改性瀝青OGFC的性能及應用研究［D］．重慶：重慶交通大學，2008．

［8］ 祝斯月，陳拴發，秦先濤，等．基于灰關聯熵分析法的高粘改性瀝青關鍵指標［J］．材料科學與工程學報，2014，32（6）：863－867．

［9］ 邢明亮，陳拴發，關博文，等．高粘瀝青膠漿低溫性能評價與分析［J］．西安建筑科技大學學報：自然科學版，2013，45（3）：416－421．

［10］ 陳 瑤，譚憶秋，陳克群．TPS改性劑對高粘瀝青性能的影響［J］．哈爾濱工業大學學報，2012，44（6）：82－85．

［11］ 朱 曼，張肖寧，胡 斌．基于不同試驗方法的瀝青高溫性能評價［J］．交通科學與工程，2015（1）：9－13．

［12］ 剛增軍．Sasobit溫拌劑對橡膠瀝青流變與蠕變性能的影響［J］．筑路機械與施工機械化，2016，33（12）：56－59．