基于LT-HVA高黏改性瀝青的超薄磨耗層性能研究

袁萬山

（菏澤市公路事業發展中心，山東菏澤274000）

1 引言

目前， 我國高速公路的交通事故率以及死亡率均遠遠高于美日等國家，出現該結果的原因是多方面的，其中瀝青路面抗滑性能較低是主要原因之一[1]。 隨著使用年限的增加，加之我國巨大的交通量， 瀝青路面的抗滑性能呈現出逐漸下滑的趨勢，這也是導致交通事故發生的重要因素[2]。 國內外學者在提高瀝青路面抗滑性能方面做了許多工作， 有學者從瀝青混合料級配入手， 增加路表面的紋理， 也有學者從集料角度入手，基于路面的抗滑性能對粗集料提出了相關要求[3]。 但就已經發生抗滑性能嚴重下降的路面， 上述研究成果則無法產生效果，目前最有效的恢復路面抗滑性能的方法仍然是加鋪層，這其中超薄磨耗層是一項有效的措施。 超薄磨耗層可以恢復瀝青路面的抗滑性能，對于輕微裂縫、車轍等瀝青路面早起病害均具有顯著的修復效果， 是一種應用廣泛的預防性養護技術[4]。超薄磨耗層受限于厚度較小，加之孔隙較大，在后期的通車過程中， 容易受到諸如車輛荷載與水熱環境等外部環境的影響而出現服役性能衰減的現象，常見的病害有松散、掉粒、剝落以及與下承層剝離等。 此外，高黏瀝青在瀝青混合料中的應用較為廣泛，其黏結性能好，環境耐受力強，在高模量瀝青混合料的制備中發揮了重要的作用。 將高黏瀝青應用于超薄磨耗層是近年來的一個研究熱點， 但仍然存在一些問題沒有解決，這包括適用于超薄磨耗層的高黏瀝青的制備，高黏瀝青超薄磨耗層的抗滑性能的提升等。

本文在上述背景下， 以路特LT-HVA 高黏瀝青改性劑為原材料，展開了適用于超薄磨耗層的高黏瀝青的制備與性能研究，并對高黏瀝青超薄磨耗層的抗滑性能及排水性能進行試驗研究，旨在為高黏瀝青超薄磨耗層的應用提供參考。

2 試驗設計

2.1 原材料

本文采用的基質瀝青為中海90#基質瀝青。 路特LTHVA 高黏瀝青改性劑由深圳路特新材料科技有限公司提供，常溫下為黑色或黃色顆粒。 本文還引入TPS 高黏改性劑作為對比。 路特LT-HVA 高黏瀝青改性劑與TPS 高黏改性劑，價格優勢顯著，具有更高的性價比。 此外，本文采用石灰巖粗集料和細集料以及礦粉作為超薄磨耗層的集料與填料， 其技術指標均滿足相關規范的技術要求。

2.2 實驗設計

LT-HVA 高黏改性瀝青的制備工藝： 將中海90#基質瀝青加熱至170 ℃，將占瀝青質量12%的LT-HVA 高黏改性劑緩緩地摻入瀝青中，攪拌均勻后，采用剪切儀以5 000 r/min 的速度剪切30 min 后即可制得LT-HVA 高黏改性瀝青。TPS 高黏改性瀝青的制備工藝： 將中海90#基質瀝青加熱至165 ℃，取瀝青質量12%的TPS 摻入瀝青中，采用剪切儀以1 000 r/min的速率剪切10 min 后， 再以5 000～6 000 r/min 的速率剪切30 min，即可制得TPS 高黏改性瀝青。

鑒于超薄磨耗層對瀝青內聚力及黏聚力的要求較高，本文首先制備LT-HVA 高黏瀝青和TPS 高黏瀝青，并進行三大技術指標以及黏度的測定， 采用動態剪切流變儀測試兩種高黏瀝青的內聚力，采用Wilhelmy 吊片法測試高黏瀝青的黏聚力。 利用原材料制備Novachip 超薄磨耗層用混合料，并對混合料進行了摩擦系數、 構造深度以及滲水系數的測試， 分析LT-HVA 高黏改性瀝青超薄磨耗層混合料與TPS 高黏改性瀝青超薄磨耗層混合料的技術性能。

3 超薄磨耗層用高黏改性瀝青技術性能

3.1 高黏改性瀝青常規技術性能

對LT-HVA 高黏瀝青和TPS 高黏瀝青進行技術性能檢測，檢測結果如表1 所示。

表1 高黏改性瀝青技術性能

表1 顯示，LT-HVA 高黏改性瀝青和TPS 高黏改性瀝青均具有非常高的60 ℃動力黏度，同時軟化點也較高，提示兩種高黏改性瀝青均具備較好的高溫性能及較大的黏滯性。

3.2 高黏改性瀝青內聚力

本文采用動態剪切流變儀測試兩種高黏瀝青的內聚力，其測試結果如圖1 所示。

圖1 LT-HVA高黏改性瀝青和TPS高黏改性瀝青應力應變曲線

從圖1 可知，LT-HVA 高黏改性瀝青和TPS 高黏改性瀝青在拉伸過程中的應力應變曲線較為相似，均是在拉伸初期達到應力峰值，隨后應力隨著應變逐漸降低。 應力峰值代表高黏瀝青的屈服強度，即內聚力，對于LT-HVA 高黏改性瀝青和TPS 高黏改性瀝青而言，應力峰值分別為6 510 Pa 和6 800 Pa，兩者相差不大，TPS 高黏改性瀝青的內聚力略高。 當高黏瀝青達到最大應力峰值時，其位移為失效位移，此時位移繼續增加失效位移的10%，所對應的應力值為殘余應力，（應力峰值-殘余應力）/ 應力峰值100%為強度損失率，該數值可以作為瀝青內聚力損傷的評價指標。

3.3 高黏改性瀝青黏聚力

采用Wilhelmy 吊片法測試高黏瀝青的黏聚力的大小，主要以接觸角的大小來作為評價高黏瀝青黏聚力的評價指標，在測試過程中，瀝青溫度保持在140 ℃，試驗結果取3 組數據的平均值。 TPS 高黏改性瀝青的接觸角為102°， 而LT-HVA高黏改性瀝青的接觸角為108°，可以得出LT-HVA 高黏改性瀝青的黏聚力略大于TPS 高黏改性瀝青。

綜上， 對比LT-HVA 高黏改性瀝青和TPS 高黏改性瀝青，兩種瀝青均具有出色的技術性能，且差距不大，從內聚力的角度對比，TPS 高黏改性瀝青的最大應力峰值略高，且在拉伸過程中的強度損失率較小，但是優勢并不明顯。 從黏聚力的角度對比，LT-HVA 高黏改性瀝青擁有更大的接觸角，其黏聚力具有一定的優勢， 這對超薄磨耗層在使用過程中的耐久性能具有一定的益處。

4 高黏改性瀝青超薄磨耗層路用性能

本文采用石灰巖粗集料與細集料以及礦粉， 利用LTHVA 高黏改性瀝青和TPS 高黏改性瀝青分別制備了Novachip 超薄磨耗層用混合料， 為了減小級配對試驗結果的影響，兩類混合料均采用了相同的級配。LT-HVA 高黏改性瀝青和TPS 高黏改性瀝青分別制備了Novachip 超薄磨耗層用混合料的最佳油石比均為5.3%， 且空隙率均在9%～10%的范圍內。 并對不同的Novachip 超薄磨耗層用混合料進行了摩擦系數、構造深度以及滲水系數的測定，試驗結果見圖2。

圖2 超薄磨耗層瀝青混合料路用性能

抗滑性能的提升是超薄磨耗層在瀝青路面養護過程中產生的主要作用之一， 我國現行規范中對瀝青路面抗滑性能的評價主要采用摩擦系數和構造深度兩個指標。 其中，摩擦系數是主要影響的是車輛在低速（≤40 km/h）行駛時瀝青路面的抗滑性能。圖2 顯示，LT-HVA 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料的摩擦系數相較于TPS 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料略低，但是均處于較高的水平，均具有非常出色的抗滑性能。 構造深度主要影響的是車輛在低速（≥60 km/h）行駛時瀝青路面的抗滑性能。圖2 顯示，LT-HVA 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料的構造深度相較于TPS 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料略高，在高速行駛時，LT-HVA 高黏改性瀝青超薄磨耗層具有更加出色的抗滑性能， 但從構造深度數值上看，兩者差距不大，均處于較好的數值范圍內。

影響滲水系數的主要因素是超薄磨耗層的級配， 本文采用的是Novachip 級配，其空隙率在9%～10%。 試驗結果顯示，LT-HVA 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料與TPS 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料的滲水系數基本相同， 均接近100 mL/min。 該數值在超薄磨耗層中處于一般水平。

從抗滑性能和排水性能角度對LT-HVA 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料與TPS 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料，兩者均處于相同的水平。

5 結論

本文以路特LT-HVA 高黏瀝青改性劑為原材料，同時引入TPS 高黏瀝青改性劑為對比例， 展開了適用于超薄磨耗層的高黏瀝青的制備與性能研究， 并對高黏瀝青超薄磨耗層的抗滑性能及排水性能進行試驗研究。 得到的主要結論如下。

1）LT-HVA 高黏改性瀝青和TPS 高黏改性瀝青均具有出色的常規技術性能，且差距不大。

2）從內聚力的角度對比，TPS 高黏改性瀝青的最大應力峰值略高，且在拉伸過程中的強度損失率較小，但是優勢并不明顯。

3）從黏聚力的角度對比，LT-HVA 高黏改性瀝青擁有更大的接觸角，其黏聚力具有一定的優勢，這對超薄磨耗層在使用過程中的耐久性能具有一定的益處。

4）從抗滑性能和排水性能角度對LT-HVA 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料與TPS 高黏改性瀝青超薄磨耗層瀝青混合料，兩者均處于相同的水平。

5）從經濟角度分析，由于LT-HVA 高黏改性相較于TPS改性劑價格更低，所以LT-HVA 高黏改性劑應用于超薄磨耗層具有較大的性價比。