排水瀝青混合料水穩定性能研究

羅 強

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引 言

排水瀝青路面采用大空隙的級配，與傳統的瀝青路面有著明顯的不同[1-2]。大空隙特征，表明排水路面可以很好地排水，抗滑，同時也可以降低噪聲，可以滿足現在當下城市功能中對道路交通的新要求[3]。水損害是排水路面的主要病害之一，具體損害方式主要為排水路面在水或凍融循環作用下，由于汽車車輪荷載作用，進入排水混合料中的水產生水壓力[4-6]，滲入到瀝青與集料表面，使得瀝青黏結力降低，導致損壞。凍融劈裂試驗采用真空飽水、凍融和高溫水浴，較大了模擬了水損害的形成[7]。據此本文根據排水瀝青路面的核心訴求，選用了凍融劈裂試驗（TSR），基于不同種改性劑、不同處理方式（干法、濕法）、對比分析了當下最常見的排水瀝青混合料的對抗水損性能，以及干濕法不同工藝之間的差距。

1 材料與試驗

1.1 結合料

排水瀝青混合料改性劑種類繁多，一般改性劑是與基質瀝青先制成成品改性瀝青（即濕法），然后再制備改性瀝青混合料[8]。其中直投式改性劑是直接投放于集料中，制備出改性瀝青混合料（即干法）。

結合料選用70#基質瀝青。技術指標見表1。

表1 基質瀝青主要技術指標

1.2 集料

本次研究所選取集料來自江蘇某產地，集料類型與尺寸規格如下：玄武巖1#，10～15 mm；玄武巖2#，5～10 mm；石灰巖3#，0～5 mm；礦粉為石灰巖研磨而成。物理指標見表2。

表2 集料與礦粉的物理指標

1.3 試驗

根據路用性能的水穩定性要求，選用了凍融劈裂試驗（T0729—2011標準）。每組3次平行試驗并取平均值，當某個數據變異率大于5%進行第4次試驗。

2 干濕法對比的凍融劈裂試驗

2.1 干法試驗結果

本文所用到的四種直投式改性劑的化學組成均為高分子樹脂（因涉及商業秘密，現隱藏其品牌和配方，現用A、B、C和D代替）。四種改性劑的特點如下：A和B具有較好的干拌熔融性，即高溫粘度較低，容易拌和，B為一種增粘樹脂；C為聚乙烯類常用的濕法改性劑；D改性劑有效SBS改性成分較高，此外，四種改性劑在常溫下的硬度、高溫時的黏度與以及外形均有明顯區別[9-10]。與基質瀝青和常規改性瀝青（4.5%摻量SBS），制備得到8種干法瀝青混合料（其中7.5%摻量SBS為濕法工藝，其黏度過大無法采用干法工藝，僅做濕法對比）。具體凍融劈裂試驗數據見圖1。

圖1 不同改性劑干法改性瀝青混合料TS R試驗結果

對比不同改性劑與不同原樣瀝青進行改性，從圖1可以看出，4.5%摻量SBS改性抗水損性能明顯優于基質瀝青改性。對基質瀝青改性而言，B與A改性劑TSR值較高，表明其干法抗水損性能好于C與D，從上圖原樣劈裂強度也可看出，B原樣劈裂強度較低，但TSR值較高，印證了其良好的水穩定性能。但基質改性總體性能低于4.5%摻量SBS。對4.5%摻量SBS常規改性瀝青改性而言，B改性劑改性試驗值高于7.5%摻量SBS，且其原樣劈裂強度與凍融劈裂強度也均高于7.5%摻量SBS，體現了抗水損性能優異。C、D與常規改性瀝青改性，其性能相比于與基質瀝青改性存在一定的波動性，根據拌合效果分析，與兩種改性劑干法拌合均勻性有關。

2.2 濕法試驗結果

四種直投式改性劑（A、B、C和D），與基質瀝青和常規改性瀝青（4.5%摻量SBS），制備得到8種濕法瀝青混合料。具體凍融劈裂試驗數據見圖2。

在基質瀝青中添加改性劑，濕法改性，從圖2看出，對混合料劈裂強度，TSR有大幅度提升。其中，提升幅度最大的是C改性劑，表明其抗水損害性能比其他改性劑優異，且TSR值高于4.5%摻量SBS，體現了改性劑內部有效改性成分改性效果良好。從原樣劈裂強度與凍融劈裂強度遞增趨勢也反映了C有效的改性效果。在4.5%摻量SBS常規改性瀝青中添加改性劑，濕法改性，其TSR試驗結果略有不同。B改性劑表現出良好性能，雖然原樣劈裂強度D較高，但其凍融后性能下降明顯。B、C和A改性劑的TSR均高于7.5%摻量SBS，表明整體抗水損性能優于高黏改性瀝青混合料。

圖2 不同改性劑濕法改性瀝青混合料TS R試驗結果

3 對比研究

為分析直投式改性劑干濕法改性對瀝青混合料水穩性能的影響，將四種改性劑與基質瀝青和4.5%摻量SBS改性瀝青，制備得到的16種干濕法改性瀝青混合料試驗數據整理見圖3。采用不同工藝即干濕法對改性瀝青混合料所造成的TSR試驗差值計算后見圖4。兩圖中中加號“+”左邊的B代表基質瀝青即base asphalt，加號“+”右邊代表所選的改性劑。

圖3 不同改性劑干濕法改性瀝青混合料TS R試驗結果

對比不同改性劑干濕法混合料水穩性能，不難發現，濕法改性工藝優于干法改性工藝，但不同改性劑干濕法差別不盡相同。從圖4可以看出，C改性劑在不同原樣瀝青中，干濕法TSR相差均很大，表明其抗水損性能亦相差很大。C濕法水穩定性較優，干法則較差，分析其原因是干法熔融性效果不佳，改性效果發揮不明顯。A與B改性劑干拌效果較好，在干濕法水穩性能中也體現出來，見圖4，兩種改性劑干濕法TSR相差較小。D改性劑干濕法差距整體稍小于C改性劑，由于C改性劑濕法改性效果較好，而D改性劑有效SBS改性成分較高。

4 結語

本文主要對干濕法工藝和不同改性劑進行了凍融劈裂試驗進行水穩定性能的研究分析，得到如下結論：

（1）對于水穩定性而言，濕法改性總體優于干法改性，用作被改性的原樣瀝青的情況下，SBS改性瀝青總體優于基質瀝青；對于高摻量（7.5%）的SBS改性瀝青而言，因黏度過大法選用干法工藝；干法工藝中，僅有B改性劑的干法方式能無論在基質瀝青亦或是SBS改性瀝青中，均能獲得優秀的干拌后的抗水損壞效果；

（2）改性劑的干拌熔融性對混合料的性能產生影響。對比四種改性瀝青混合料性能，B與A改性劑由于良好的干拌熔融性，其與相應地濕法改性瀝青混合料性能差距較小，水穩定性能整體性能優于C與D改性劑；

（3）不具備濕法改性條件的項目推薦選用黏度較低干拌熔融性好的直投式改性劑（如增粘樹脂類改性劑B）；具有濕法工藝條件下無論是SBS改性瀝青，或是普通基質瀝青，推薦選用聚乙烯類常用的濕法改性劑C。