陶粒透水沥青混合料路用性能研究

吴正光++王二飞++许珊珊++王修焱

文章编号：1000033X（2016）12008603

收稿日期：20160713

基金项目：国家自然科学基金项目（5157080421）

摘要：为了研究具有较好净水功效的陶粒透水沥青混合料，通过对不掺陶粒、掺30%陶粒以及掺40%陶粒3种透水沥青混合料进行高温稳定性和水稳定性等路用性能试验，评价其路用性能的可行性。试验结果表明：掺入陶粒会使透水沥青混合料的路用性能有所下降；陶粒掺量增加大40%时，动稳定次数减少了25%，但远高于规范要求；冻融劈裂强度比已接近规范要求。

关键词：透水沥青混合料；净水效果；陶粒；路用性能

中图分类号：U414.03文献标志码：B

Research on Pavement Performance of Permeable Asphalt Mixture with Ceramsite Sand

WU Zhengguang， WANG Erfei， XU Shanshan， WANG Xiuyan

（School of Civil Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225127， Jiangsu， China）

Abstract： In order to obtain permeable asphalt concrete mixed with ceramsite sand that drains out water effectively， three types of mixtures， which contain none， 30% and 40% ceramsite sand， were prepared for the tests on high temperature stability and water stability. The results show that the addition of ceramsite sand compromises the pavement performance of permeable asphalt mixture to some extent. The dynamic stability diminishes 25% when ceramsite sand accounts for 40%. Nevertheless， it is still higher than what is required in the specification， while the freezethaw splitting strength ratio is close to the requirement.

Key words： permeable asphalt mixture； draining effect； ceramsite sand； pavement performance

0引言

国内外研究表明[1]，透水沥青混合料（PAC，Permeable Asphalt Concrete）对路面径流具有净化效果，能有效降低悬浮物、磷及铅锌等重金属含量。在前期研究中发现[2]，陶粒透水沥青混合料与普通透水沥青混合料相比具有更好的净水效果。

通过对掺入10%～50%陶粒的混合料进行除污试验发现，陶粒掺量为30%～40%的透水沥青混合料具有较好的净化效果。因此，采用陶粒透水沥青混合料可对路面径流污染进行处治，研究其路用性能具有重要意义。

本文参照《透水沥青路面技术规程》（CJJ T 190—2012），分别研究掺入30%、40%陶粒与不掺陶粒的普通透水沥青混合料的路用性能，论证陶粒透水沥青混合料工程应用的可行性。

1原材料

1.1沥青胶结料

PAC级配混合料具有较大的孔隙率，粗集料多，细集料少，同时由于掺加陶粒，对沥青的粘度等各项指标有更高的要求。本试验所用沥青为SBS与TPS复合改性沥青[3]，其性能指标见表1。

1.2集料

根据PAC级配特点，所选石料应具有高强度和较好的颗粒形状，且耐磨性能好，能保持一定的表面粗糙度，与沥青有较好的吸附性。本试验粗集料采用玄武岩和高强陶粒，细集料采用玄武岩。性能指标见表2、3。

1.3高强陶粒

陶粒具有蜂窝状空隙结构，比表面积大且不产生有害物质，这使得陶粒成为一种很好的净水材料。作为沥青混合料集料，陶粒应有一定的强度，试验采用高强陶粒，其性能指标见表4。

1.4矿粉

矿粉与沥青结合形成沥青胶浆，在混合料中起粘结和填充作用[4]。本试验选用石灰石矿粉，性能指标见表5。

2沥青混合料配合比设计

2.1矿料级配

为了研究掺入不同比例陶粒对沥青混合料路用性能的影响，矿料级配采用《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190—2012）中PAC13级配范围，在保证20%空隙率的条件下，设计了掺入30%、40%陶粒以及不掺陶粒的3种沥青混合料。级配设计见表6。

2.2最佳油石比的确定

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）规定的标准方法进行谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验确定最佳沥青用量[5]。以预估油石比5.7%为中点，按02%梯度选取5个点进行飞散试验，确定最小沥青用量，析漏试验确定最大沥青用量，最终确定最佳沥青用量[6]。试验结果如图1所示。

由图1确定0%、30%、40%陶粒掺量的混合料最佳油石比分别为58%、6.0%、6.0%，相应的马歇尔性能试验结果见表7，透水沥青混合料相关设计要求见表8。

由表7、8可知，3种沥青混合料试件均符合规范要求。

3路用性能试验

3.1高温稳定性

车辙破坏是沥青路面损坏的常见形式之一，特别是国内交通量日益繁重，车辙损坏也随之愈加严重，而高温稳定性不良的沥青混合料更容易出现车辙。本试验以《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ E20—2011）中的车辙试验来评价混合料的高温稳定性。试验结果见表9。

PAC混合料属于骨架空隙结构，此类结构因粗集料多，细集料极少，粗集料能通过很强的嵌挤作用形成骨架，故内摩擦角大但粘聚力低。本试验采用高粘复合改性沥青改善集料间的粘结性。由表9可知，陶粒替代部分集料的混合料具有足够的抗车辙变形能力，但随着陶粒掺量的增加，动稳定度下降明显。原因是虽然采用了高强陶粒，但陶粒的强度还是较低，在车辆的反复作用下，集料间的嵌挤作用受到影响。

3.2水稳定性

SHRP研究计划成果中对沥青混合料水稳定性试验方法评价认为，冻融劈裂试验在评价沥青混合料水稳性时比浸水马歇尔试验更严密且与现场实际情况相关性良好[7]。本试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的冻融劈裂试验来评价水稳定性。试验结果见表10。

由表10可知，陶粒替代部分集料的混合料的冻融劈裂强度比符合规范，能够满足路用条件。随着陶粒掺量的增加，混合料的水稳定性降低，原因可能是陶粒呈中性或弱碱性，沥青与陶粒产生不了化学健或产生粘附性较弱的化学键，因而粘附性较差，在冻融循环下，沥青更容易从陶粒表面剥离，产生水损坏；且陶粒本身为多微孔结构，在冻融循环下更容易产生水损坏。

4结语

（1）对于有水质净化功能的陶粒PAC13混合料与不掺加陶粒的普通PAC13混合料的路用性能进行试验对比发现，掺加一定量的陶粒，混合料的路用性能略有下降，但仍满足规范要求。

（2）对于改善路用性能的陶粒沥青混合料，一是在满足水质净化要求的前提下选择合适的陶粒掺量；二是选择质地更加坚硬、针片状含量少的陶粒，增强骨架作用。

（3）随着陶粒掺量的增加，PAC13混合料水稳定性并没有表现出同步下降趋势，说明影响陶粒

PAC13水稳定性的不单是陶粒本身的性质。与普通PAC13对比发现，在同一孔隙率下，掺入一定的陶粒并不会引起水稳定性太大的变化，而且均已接近规范限值，说明孔隙率也是影响水稳定性的重要因素。

参考文献：

[1]张娜，赵乐军，李铁龙，等.天津城区道路雨水径流水质监测及污染特征分析[J].生态环境学报，2009，18（6）：21272131.

[2]宋秋霞，徐勇鹏，鄂勇，等.透水沥青路面对路面径流污染的净化功效[J].东北农业大学学报，2009，40（11）：5659.

[3]郭铄，李宇峙，张平.SBS与TPS复合改性沥青混合料路用性能研究[J].中外公路，2013，33（1）：216218.

[4]刘丽，郝培文，肖庆一，等.沥青胶浆高温性能及评价方法[J].长安大学学报：自然科学版，2007，27（5）：3034.

[5]林云腾.浅谈OGFC混合料配合比设计[J].福建建设科技，2008（2）：3940.

[6]蒋玮.透水性沥青路面混合料配合比设计方法与路用性能研究[D].西安：长安大学，2005.

[7]卢宗强.表面层三种沥青混合料水稳性试验分析研究[J].交通科技，2012（1）：7275.

[责任编辑：杜卫华]