滲透性樹脂砂漿在排水瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護中的應(yīng)用

張建孔

（中公高科養(yǎng)護科技股份有限公司，北京）

近些年，重載卡車在交通運輸結(jié)構(gòu)中占比越來越大，這也就導(dǎo)致大空隙瀝青結(jié)構(gòu)需要面對嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，容易出現(xiàn)飛散、坑槽等病害，損害路面結(jié)構(gòu)的耐久性[1]。在這樣的背景下，瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護也就顯得尤為重要。

1 級配設(shè)計

排水瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護所用樹脂砂漿的主要目的在于保證路面結(jié)構(gòu)能夠長期發(fā)揮其排書功能，并盡可能降低飛散病害的產(chǎn)生與發(fā)展[2]，所以在本文的研究中選定空隙率作為核心評價指標(biāo)，同時還將肯塔堡飛散作為輔助評價指標(biāo)。考慮1.18 mm～2.36 mm及2.36 mm～4.75 mm 兩種粒徑區(qū)間內(nèi)的集料。砂漿的級配水見表1。

表1 混合料級配設(shè)計

根據(jù)我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計、施工規(guī)范，級配篩選應(yīng)當(dāng)充分考慮空隙率、穩(wěn)定度兩個方面的要求。滲透性樹脂砂漿在性能上具有一定的特殊性，穩(wěn)定度指標(biāo)的代表性不足，無法作為主要參考依據(jù)。已有研究表明[3,4]，瀝青路面的目標(biāo)空隙率大多為20%，考慮到本文所研究砂漿用于路面養(yǎng)護層，故將目標(biāo)空隙率設(shè)置在20%以上，確保原有排水性能不受影響。基于上述級配設(shè)計方案制備馬歇爾試件，其集料選用北京輝綠巖。采用規(guī)范公式計算得出砂漿混合料的設(shè)計油石比為6%，以此為基礎(chǔ)測試、計算得到空隙率、飛散損失指標(biāo)值，結(jié)果見圖1。

圖1 三種級配下的空隙率、飛散損失

根據(jù)圖1 可以發(fā)現(xiàn)，級配1 下主要為1.18 mm～2.36 mm 粒徑分布的單粒徑集料，其空隙率為18.7%；級配3 下主要為2.36 mm～4.75 mm 粒徑分布的單粒徑集料，其空隙率為30.1%；級配2 下則為1.18 mm～2.36 mm 及2.36 mm～4.75 mm 粒徑分布各占一半，其空隙率在級配1、級配3 之間。根據(jù)以上研究可以發(fā)現(xiàn)，級配1 下的空隙率指標(biāo)不能滿足20%的目標(biāo)空隙率要求，將對結(jié)構(gòu)排水能力產(chǎn)生不利影響；級配2 下的空隙率指標(biāo)為23.5%，但由于在拌和后樹脂結(jié)合料存在粘性差、流動性突出的特點，級配2 較易出現(xiàn)離析的現(xiàn)象，引起攪拌不均勻，進而使得路面空隙率不均勻。

2 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定指標(biāo)主要用于表征高溫環(huán)境下瀝青路面的抗車轍性能。作為路面養(yǎng)護層，滲透性樹脂砂漿應(yīng)當(dāng)較路面在高溫穩(wěn)定上具有更好的表現(xiàn)[5]。遵照我國現(xiàn)行混合料試驗方法開展車轍試驗，分別將SC、FS 及RM 三類不同滲透性樹脂砂漿與PAC-13 排水瀝青混合料作比對，按照1 h 為間隔記錄結(jié)構(gòu)的動穩(wěn)定度，測定周期為3 h，以此來模擬車輛行駛所施加的持續(xù)荷載。試驗結(jié)果見圖2。

圖2 車轍試驗結(jié)果

根據(jù)圖2 可知，隨著碾壓遍數(shù)的增多，SC滲透性樹脂砂漿的動穩(wěn)定度較PAC-13 排水瀝青混合料更大，F(xiàn)S 滲透性樹脂砂漿的動穩(wěn)定度較PAC-13 排水瀝青混合料也有所增長。由此也可認(rèn)為SC、FS兩類滲透性樹脂砂漿在高穩(wěn)定性上均展現(xiàn)出較好的性能，在瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護中具有較好的應(yīng)用效果。

3 低溫抗裂性

在通過以上對三種滲透性樹脂砂漿高溫性能的研究可以初步選擇得到SC 及FS 兩類滲透性樹脂砂漿，將其與PAC-13 排水瀝青混合料在低溫環(huán)境下的抗裂性進行比對。受到低溫環(huán)境的影響，瀝青路面結(jié)構(gòu)的變形性能將會發(fā)生一定程度的下降[6]。作為路面養(yǎng)護層，SC、FS 兩類滲透性樹脂砂漿在低溫環(huán)境下應(yīng)當(dāng)兼具良好的抗裂性能，可以對下層結(jié)構(gòu)形成良好的保護作用[7]。本文采用小梁彎曲試驗來分別確定SC、FS 兩類滲透性樹脂砂漿的低溫抗裂性，并將其與PAC-13 排水瀝青混合料進行比對。小梁彎曲試驗的結(jié)果見表2。

表2 小梁彎曲試驗結(jié)果

根據(jù)表2 試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，SC、FS 滲透性樹脂砂漿的實測最大彎拉應(yīng)變顯著高于PAC-13 排水瀝青混合料，且這兩類滲透性樹脂砂漿在抗彎拉強度上的表現(xiàn)也更為優(yōu)異。以上試驗結(jié)果也表明固化后的滲透性樹脂砂漿能夠明顯緩解低溫環(huán)境下瀝青收縮硬化，產(chǎn)生開裂的問題，具有良好變形性能。通過試驗結(jié)果可以看出，SC、FS滲透性樹脂砂漿的實測值均遠高于規(guī)范限值，所以此兩者具備良好的低溫性能。

4 標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗

本研究通過馬歇爾試驗儀分別對SC、FS 兩類滲透性樹脂砂漿的穩(wěn)定度進行檢測，并將其與PAC-13 排水瀝青混合料的穩(wěn)定度進行比對，由此即可得出在相似試驗設(shè)定下三類混合料的破壞荷載水平。在該試驗中，SC、FS 滲透性樹脂砂漿均采用上文所確定的最優(yōu)級配設(shè)計及最佳油石比，而PAC-13 排水瀝青混合料則選用實驗室確定的成熟級配。標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗的結(jié)果見圖3。

圖3 穩(wěn)定度試驗結(jié)果

根據(jù)圖3 可知，SC 滲透性樹脂砂漿實測穩(wěn)定度達到了23.7 kN，較PAC-13 排水瀝青混合料實測穩(wěn)定度6.5 kN約為3.65 倍。同時，根據(jù)材料的級配設(shè)計可知在空隙率指標(biāo)上，SC滲透性樹脂砂漿也遠高于PAC-13 排水瀝青混合料，這也表明SC 滲透性樹脂砂漿的承載能力更強。同樣地，F(xiàn)S滲透性樹脂砂漿實測穩(wěn)定度達到了21.5 kN，較PAC-13 排水瀝青混合料實測穩(wěn)定度6.5 kN約為3.3 倍，表明FS滲透性樹脂砂漿在承載能力上更為優(yōu)異。

5 肯塔堡飛散

在級配設(shè)計、最佳優(yōu)油石比確定環(huán)節(jié)中，運用到塔堡飛散試驗進行分析[8]，本研究主要利用肯塔堡飛散試驗對滲透性樹脂、集料的粘結(jié)性做出評價。本文所探究的滲透性樹脂砂漿主要用于路面的預(yù)防性養(yǎng)護，所以如果其發(fā)生嚴(yán)重的飛散，那么不可避免地會對下層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞。通過馬歇爾試驗儀分別對SC、FS 滲透性樹脂砂漿的飛散損失進行檢測，并將其與PAC-13 排水瀝青混合料進行比對分析。上述三種材料的肯塔堡飛散試驗結(jié)果見圖4。

圖4 飛散損失測試結(jié)果

根據(jù)圖4 可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)S 滲透性樹脂砂漿實測的飛散損失程度最低，這也表明其內(nèi)部的樹脂、集料間粘結(jié)效果最好，而相較之下SC滲透性樹脂砂漿的飛散損失程度略大，其原因在于FS 滲透性樹脂具有更好的韌性，固化后的SC滲透性樹脂砂漿硬度更高，受到反復(fù)碰撞的影響就會出現(xiàn)集料破碎的現(xiàn)象。PAC-13 排水瀝青混合料實測的飛散層程度較大，這表明高粘瀝青、集料之間的粘結(jié)效果較滲透性樹脂、集料之間的粘結(jié)效果更差。但上述三類混合料的實測飛散損失均滿足我國現(xiàn)行規(guī)范低于15%的限值。

6 水穩(wěn)定性

作為路面結(jié)構(gòu)破壞的主要形式，水損害的發(fā)生首先受到水分的持續(xù)侵入，使得結(jié)合料、集料之間的粘結(jié)性不足，同時上部車輛荷載的持續(xù)作用也將加快路面集料的松散、掉粒，并引發(fā)結(jié)構(gòu)性破壞[9]。本研究綜合采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗比對SC、FS 滲透性樹脂砂漿的水穩(wěn)定性，并將其與PAC-13 排水瀝青混合料進行比對分析。

6.1 浸水馬歇爾試驗

在浸水馬歇爾試驗中，分別對SC、FS 滲透性樹脂砂漿做穩(wěn)定度測試，并將測試結(jié)果與PAC-13 排水瀝青混合料進行比對，以殘留穩(wěn)定度作為評價指標(biāo)評定以上三種混合料各自的水穩(wěn)定性。上述三種材料的浸水馬歇爾試驗結(jié)果見表3。根據(jù)表3 數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，SC滲透性樹脂砂漿實測的浸水馬歇爾穩(wěn)定度達到了20.8 kN，為三類混合料中的最高值，較PAC-13 排水瀝青混合料實測的浸水馬歇爾穩(wěn)定度5.74 kN約為3.6 倍。FS 滲透性樹脂砂漿實測的浸水馬歇爾穩(wěn)定度也處于較高水平，達到了18.6 kN，較PAC-13 排水瀝青混合料實測的浸水馬歇爾穩(wěn)定度5.74 kN約為3.2 倍。SC、FS滲透性樹脂砂漿相較于PAC-13 排水瀝青混合料的實測殘留穩(wěn)定度較小，但均符合我國現(xiàn)行規(guī)范不小于85%的限值。所以SC、FS滲透性樹脂砂漿都能夠基本滿足工程實際需求，并說明了水分子在SC、FS 滲透性樹脂中所產(chǎn)生的影響比較有限，能夠表現(xiàn)出良好抗水損能力。

表3 浸水馬歇爾穩(wěn)定度測試結(jié)果

6.2 凍融劈裂試驗

浸水馬歇爾穩(wěn)試驗針對高溫環(huán)境下的混合料水穩(wěn)性給出了綜合評價，凍融劈裂試驗則以低溫環(huán)境為研究條件，以水結(jié)冰、融化的循環(huán)過程來評價材料所具有的水穩(wěn)性。在本研究中通過凍融劈裂試驗來檢驗路面在極寒地帶的水穩(wěn)定性，分別制備SC、FS滲透性樹脂砂漿，測試其劈裂、凍融劈裂強度，并將測試結(jié)果與PAC-13 排水瀝青混合料進行比對，以劈裂強度比作為評價指標(biāo)評定以上三種混合料各自的水穩(wěn)定性。上述三種材料的凍融劈裂試驗結(jié)果見表4。根據(jù)表4 數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，SC滲透性樹脂砂漿實測的劈裂強度達到了2.71 MPa，較PAC-13 排水瀝青混合料實測的劈裂強度0.54 kN約為5 倍。FS滲透性樹脂砂漿實測的劈裂強度達到了3.5 MPa，較PAC-13排水瀝青混合料實測的劈裂強度5.74 kN 約為6.5 倍。SC、FS滲透性樹脂砂漿相較于PAC-13 排水瀝青混合料的劈裂強度有較大的提升，但后者實測的凍融劈裂殘留強度比更高。SC、FS滲透性樹脂砂漿都能夠基本滿足工程實際需求，并說明了SC、FS 滲透性樹脂砂漿的溫水穩(wěn)定性均較好。

表4 凍融劈裂測試結(jié)果

7 結(jié)論

本文以滲透性樹脂砂漿為研究對象，分別從高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、水穩(wěn)定性等方面出發(fā)探究其路用性能，得出基本結(jié)論：

（1） 根據(jù)車轍試驗，將SC、FS及RM滲透性樹脂砂漿的動穩(wěn)定度與PAC-13 排水瀝青混合料進行比對發(fā)現(xiàn)：SC、FS 滲透性樹脂砂漿較PAC-13 排水瀝青混合料具有更高的動穩(wěn)定度，但RM滲透性樹脂砂漿較PAC-13 排水瀝青混合料的動穩(wěn)定度則較差，難以符合工程實際要求。

（2） 根據(jù)小梁彎曲試驗結(jié)果可以看出，SC、FS 滲透性樹脂砂漿的實測彎拉應(yīng)變峰值較PAC-13 排水瀝青混合料更佳，這也表明其在低溫環(huán)境下的抗裂性能更好，能夠很好地發(fā)揮預(yù)防性養(yǎng)護作用。

（3） SC、FS 滲透性樹脂砂漿實測的殘留穩(wěn)定度分別為87.8%、86.5%；SC、FS滲透性樹脂砂漿實測的劈裂強度比分別為81.2%、80.3%。將其與PAC-13 排水瀝青混合料比對，發(fā)現(xiàn)兩者的殘留穩(wěn)定度、劈裂強度比均更低，但都符合我國現(xiàn)行規(guī)范限值，能夠達到抗水損害的要求。