排水瀝青混合料PA-10性能試驗研究

郭志堅

(中國河南國際合作集團有限公司， 河南 鄭州 450004)

近年來對環境保護的要求越來越高，排水、降噪型路面的優勢得以凸顯。常見降噪路面形式包括小粒徑表面處治、薄層罩面、單層及多層大孔隙結構層、改性瀝青磨耗層等，其主要特點是小粒徑、大孔隙，小粒徑礦料能改善路表紋理、減少輪胎振動噪音，大孔隙結構對輪胎與路面之間摩擦產生的噪聲能起到吸收效果。在中國，小粒徑混合料常作為路面磨耗層，主要包括UTAC-10、SMA-10及 NovaChip等，這類混合料空隙率一般較小，排水能力有限。大孔隙混合料最典型的就是排水瀝青路面，其最為突出的缺點是飛散破壞，嚴重縮短路面使用年限、影響行車安全，路面病害出現后又嚴重降低排水功能。因此，在排水瀝青路面技術指標支撐的基礎上進行細粒式大孔隙混合料路用性能研究尤為重要。該文選用PA-10細粒式大孔隙混合料，通過對不同空隙率混合料進行高溫穩定性、低溫抗開裂、抗水損害、排水及抗滑等性能研究，評價不同空隙率混合料的路用性能。

1 原材料及配合比設計

1.1 瀝青

瀝青種類對混合料性能起著決定性的作用。PA-10細粒式大孔隙混合料對瀝青黏度有較高要求，較高黏度瀝青能保證大孔隙混合料在車輛軸載制動作用下不易脫落，故選用高黏SBS改性瀝青，其主要技術指標見表1。

表1 高黏SBS改性瀝青的主要技術指標

1.2 纖維

玄武巖纖維是以天然玄武巖在1 450～1 500℃高溫時通過一定工藝拉絲而成，是一種新型無機環保高性能材料，其主要技術指標見表2。

表2 玄武巖纖維的主要技術指標

1.3 配合比設計

瀝青混合料級配類型選用PA-10，粗集料為3～5、5～10 mm玄武巖碎石，細集料為0～3 mm石灰巖機制砂，填料為石灰巖磨制的礦粉，其各項指標均滿足相關規范要求。玄武巖纖維摻量為瀝青混合料質量的0.4%。由于4.75、9.5 mm篩孔之間的間隔較大，為使細粒式多孔混合料粗集料能形成有效的骨架嵌擠結構，在兩篩孔之間增加7.5 mm篩孔。多孔混合料空隙率一般為15%～25%，選用23%、20%、17% 3種目標空隙率進行礦料級配設計，設計結果見表3。不同目標空隙率、不同油石比時混合料析漏和飛散試驗結果分別見圖1、圖2。由圖1～2可知：3種混合料的最佳油石比分別為4.8%、5.1%、5.3%。

表3 不同空隙率PA-10瀝青混合料配合比設計

圖1 不同空隙率PA-10瀝青混合料析漏試驗結果

圖2 不同空隙率PA-10瀝青混合料飛散試驗結果

2 路用性能分析

2.1 高溫穩定性

高溫穩定性是瀝青路面在高溫條件下抵抗車輛軸載塑性變形的能力，泛油、車轍、擁包等病害是瀝青路面高溫穩定性差的主要表現形式。瀝青路面是一種柔性結構層，高溫環境下，瀝青黏韌性降低，在車輛軸載特別是重軸載作用下會產生塑性變形而出現車轍。選用馬歇爾穩定度及車轍試驗評價不同空隙率PA-10混合料的高溫穩定性，試驗結果見圖3、圖4。

圖3 不同空隙率PA-10瀝青混合料的穩定度

圖4 不同空隙率PA-10瀝青混合料的動穩定度

由圖3可知：隨著空隙率的降低，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料馬歇爾穩定度逐漸增大，且均滿足排水改性瀝青混合料穩定度不小于5 kN的要求。這主要是因為空隙率越小，礦料之間內摩阻力越大，穩定度越高。

由圖4可知：不同空隙率細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的動穩定度均滿足排水改性瀝青混合料動穩定度不小于6 000 次/mm的要求，表明礦料之間能較好地形成骨架嵌擠結構，具有較強的高溫抗車轍能力；不同空隙率混合料之間抗車轍能力差異較大。

2.2 低溫抗裂性

低溫環境下，瀝青脆性增強，韌性降低，這是北方季節性冰凍區瀝青路面裂縫產生的主要原因。當混合料內部產生的溫縮應力大于極限容許拉應力時，瀝青路面會出現裂縫，這些裂縫如果不能及時處治就會形成龜裂、坑槽等嚴重病害。選用低溫小梁彎曲試驗評價不同空隙率PA-10瀝青混合料的低溫抗開裂能力，試驗結果見圖5、圖6。

圖6 不同空隙率PA-10瀝青混合料的彎曲破壞應變

由圖5、圖6可知：隨著空隙率的降低，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的抗彎拉強度及彎曲破壞應變均逐漸升高，且彎曲破壞應變均滿足排水改性瀝青混合料不小于2 500 με的要求。這主要是因為空隙率越小，油石比越大，礦料之間的黏韌性越強，低溫抗開裂能力越強。

2.3 水穩定性

水損害是瀝青路面破壞的主要形式之一，主要表現為松散、坑槽、麻面、剝離、網裂等病害。在車輛軸載及雨水的共同作用下，瀝青與礦料之間的黏附性降低，造成瀝青膠漿從混合料孔隙中脫落。選用浸水馬歇爾殘留穩定度及凍融劈裂殘留強度比評價不同空隙率PA-10混合料的抗水損害能力，結果見圖7、圖8。

由圖7、圖8可知：隨著空隙率的降低，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度及凍融劈裂殘留強度比均逐漸增加，且滿足排水改性瀝青混合料殘留穩定度不小于85%、殘留強度比不小于80%的要求。這主要是因為空隙率越小，油石比越大，礦料之間的黏韌性越強，滲透到礦料之間的水分越少，抗水損害能力越強。

圖7 不同空隙率PA-10瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度

圖8 不同空隙率PA-10瀝青混合料的凍融劈裂殘留強度比

2.4 排水及抗滑性能

細粒式大孔隙PA-10混合料主要起排水及降噪作用，良好的排水能力能降低雨水天氣路面積水，保障行車安全。瀝青路面良好的抗滑性能能增強車輛的制動效果，減少交通事故的發生。從行車安全方面考慮，對PA-10混合料進行排水及抗滑能力研究尤為重要。選用滲水及抗滑試驗評價不同空隙率PA-10混合料的排水及抗滑能力，試驗結果見圖9、圖10。

圖9 不同空隙率PA-10瀝青混合料滲水試驗結果

由圖9、圖10可知：隨著空隙率的降低，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的滲水系數及擺值均逐漸降低，且滿足排水改性瀝青混合料滲水系數不小于3 500 mL/min、擺值不小于60 BPN的要求。這主要是因為空隙率越小，油石比越大，礦料之間的孔隙越小，水滲透到混合料內部的能力越低，同時瀝青路面表層構造深度越小。

圖10 不同空隙率PA-10瀝青混合料抗滑試驗結果

3 結論

(1) 隨著空隙率的降低，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的馬歇爾穩定度逐漸增大，且均滿足排水改性瀝青混合料穩定度不小于5 kN的要求；空隙率為20%時，混合料動穩定度最優，從高溫抗車轍能力角度考慮，空隙率為20%時最優。

(2) 隨著空隙率的降低，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度、凍融劈裂殘留強度比及彎曲破壞應變均逐漸增加，且均滿足排水改性瀝青混合料的相關規范要求。從抗水損害及低溫抗開裂能力角度考慮，空隙率為17%時最優。

(3) 隨著空隙率的降低，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的滲水系數及擺值均逐漸降低，且均滿足排水改性瀝青混合料的相關規范要求。從排水及抗滑能力角度考慮，空隙率為23%時最優。

(4) 綜合考慮，細粒式大孔隙PA-10瀝青混合料的空隙率宜為17%～23%。