沥青路面新型封水材料性能研究

赵春香

摘要：文章论述了新型封水材料的组成，通过马歇尔试验和冻融劈裂试验，研究灌注该新型封水材料的沥青混合料在静水压状态下的水稳定性，并通过渗水仪对其渗水性能进行研究，以水煮法分析了沥青与骨料的粘结性。

关键词：沥青路面;新型封水材料;路用性能;粘附性

0 引言

沥青路面是常采用的路面结构形式。但一般情况下，运营期间的沥青路面容易出现不同的早期破壞，而导致早期破坏出现的原因主要是水损害[1]。水损害一旦产生，将会随着时间的推移而不断增大，使沥青路面的使用性能有所降低，因此预防沥青路面的水损害以及对其进行处治是非常有必要的。

1 新型封水材料

集料是一种粒径不一的由破碎岩经人工处理之后的碎石材料，其在沥青混合料中具有较大的占比。按相关试验要求，本文选取石灰岩作为粗集料，选取机制砂以及天然砂作为细集料[2]。

在沥青混合料中一般采取矿粉作为填料，其主要起填充作用，本文选取石灰岩粉料作为矿粉。矿料的级配将会对沥青混合料的使用性能造成影响，为满足其密实度以及空隙率的要求，文中矿料所选取的合成级配如图1所示。

从整体上看，AC-16改性沥青混合料是密集型的合成级配。

本文在固化剂中加入了环氧树脂，使其在固化之后具有较好的韧性。加入环氧树脂的固化剂具有较高的强度以及较稳定的化学性能等。

在对路面进行修补时常采用乳化沥青，其在常温条件下可拌和石料一起使用。本试验所采用的乳化沥青性质如表1所示。

2 路用性能研究

2.1 静水压状态下的水稳定性

当水渗透进沥青混合料中时，将会降低其内部矿料与沥青的粘结力，使其整体强度有所下降，因此对于沥青混合料的水稳定性可以由其在静水压力作用下力学性能降低的幅度进行表示[3]。本文选取了浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验作为测定沥青混合料水稳定性的试验。

2.1.1 马歇尔试验

水损害沥青混合料时其抗剥落的能力可以用马歇尔稳定度进行评价，其表示方法常采用残留稳定度。对于沥青混合料而言，水稳定性与残留稳定度成正比。现多要求沥青混合料的残留稳定度在70%～85%之间。

当沥青混合料灌注了新型封水材料时，其残留稳定度相对于普通沥青混合料而言有所提高，并且沥青混合料在五种灌注量下的残留稳定度均比80%大。对于普通沥青混合料而言其具有88%的残留稳定度;当沥青混合料中灌注了400 ml/m2的新型封水材料时其残留稳定度上升到了95%，之后随着灌注量的不断提高，沥青混合料的残留稳定度仅有较小幅度的上升。为增加灌注量，本文有意增加了沥青混合料试块的空隙率，使其具有1 000 ml/m2以上的新型封水材料灌注量，但相比于骨料而言，该封水材料的强度较小，因此在沥青混合料中增加灌注量时导致其残留稳定度有所降低，不过均能满足规范要求。该种情况表明，对于沥青混合料的水稳定性而言，灌注新型封水性材料能够使其耐水性能有所提高（见图2）。

从图3可看出，普通沥青混合料的稳定度随着浸水时间的增加而有所降低，在0.5 h时其稳定度为6.90 kN，在48 h时其稳定度为6.20 kN。当沥青混合料中灌入新型封水材料时比起普通沥青混合料其稳定度有较大的提高，并且当增大其灌注量时，该沥青混合料的稳定度表现出先上升后降低的趋势，其稳定度最大是在600 ml/m2灌注量时，在此之后随着灌注量的增加其稳定度不断减少。综合上述分析可知，对于沥青混合料而言，新型封水材料能提高其残留稳定度。

2.1.2 冻融劈裂试验

从实验结果可知，普通沥青混合料的冻融强度比为89%，当在沥青混合料中灌注了新型封水材料时其冻融劈裂强度上升到了95%以上，满足相关规定对于冻融劈裂强度的要求。以定量角度对其进行分析可知，在沥青混合料中添加新型封水材料时，相比于普通沥青混合料的冻融强度，其提高了约有6%。比起普通沥青混合料，在沥青混合料中灌注新型封水材料时能够使其最大承载力有所提高。最大承载力值出现在600 ml/m2灌注量时，在此基础上继续增加灌注量将会使其最大承载力有所降低。表明在沥青混合料中加入一定剂量的新型封水材料能够使其水稳定度有所提高，并且使其结构强度有所上升，降低了病害发生的概率。

分析其冻融强度比可知（见图4），随着沥青混合料中新型封水材料添加量的不断提高，其冻融强度比也不断上升。在600 ml/m2的添加量时，沥青混合料的冻融强度比上升幅度趋于平缓，从数据上表现为600 ml/m2的灌注量时其冻融强度比为97.20%，当上升到800 ml/m2时其冻融强度比仅为97.60%，并且当其灌注量提高到100 ml/m2时，其冻融强度比降低到了97.40%。综上分析可知，在沥青混合料中加入新型封水材料能够使其具备较好的水稳定性。

2.2 渗水性能

一般以渗透系数作为沥青混合料渗水性能的评价参数[4]。本文采用标准路面渗水仪对灌注了新型封水材料沥青混合料的渗水性能进行研究。

从试验结果可知（见图5），普通沥青混合料具有约为45 ml/min的渗水系数，对于同等级配条件下灌注了400 ml/m2新型封水材料的沥青混合料而言，其渗水系数降低到了25 ml/min，该种情况表明沥青混合料内部结构中的空隙被新型封水材料所填补，降低了空隙率，使水分的渗透被阻止，其抗渗能力有所上升。

对于沥青混合料而言，不同的新型封水材料灌注量对其渗水性能具有不同的影响。沥青混合料的渗水性能随着不断增加的灌注量表现出不断降低的趋势。对于有600 ml/m2以上灌注量的沥青混合料而言，因其空隙大都被封堵，使其渗水性能有所降低，曲线上表现为平直的趋势。

2.3 沥青与骨料的粘附性

沥青在拌和石料时所产生的吸附能力称为粘附性，是沥青混合料的重要性质[5]。本文采用水煮法研究沥青的粘附性。试验结果如表2所示。

从实验结果可知，沥青混合料在灌注了新型封水材料之后其集料表面覆盖的沥青薄膜仅具有较少的剥落程度，相比而言，普通沥青混合料的剥落程度更大。

对于沥青混合料中灌注了新型封水材料的试块，其仅具有15.10%的剥落率，而普通沥青混合料则具有24.74%的剥落率，比灌注了新型封水材料的沥青混合料的剥落率大。分析原因可知，使用的新型封水材料中的碱性成分中和了基质沥青的酸性成分，使沥青整体的碱性成分占比有所提高，使其粘结性有所上升，增强了集料表层中沥青模抗剥落的能力，从而使得沥青混合料的水稳定性有所上升，抵抗水损害的能力有所提高。

3 结语

新型封水材料组成成分主要包括乳化沥青以及添加了环氧树脂的固化剂，是具有较高渗透性能的封水材料。通过上述分析可知，在沥青混合料中加入该种封水材料，能够使沥青混合料的水稳定性以及抗剥落能力有所提高。

参考文献：

[1]兰 宏.沥青路面水损害行为及机理研究[D].西安：长安大学，2011.

[2]刘 洋.沥青路面水损害机理分析及对策研究[D].济南：山东大学.

[3]巩智利，鲁泽建，薛卫平.沥青混合料复合添加剂的性能研究[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（10）：99-101.

[4]屈婷婷.沥青路面新型封水材料性能研究[D].西安：西安科技大学，2014.

[5]范志强.沥青路面水损害原因分析及防治措施[J].交通标准化，2012（3）：100-102.

收稿日期：2020-06-02