排水性沥青混合料路用性能研究

李 寅

（湖南中大检测技术集团有限公司，湖南 长沙 410000）

排水性沥青路面的应用可以有效降低交通噪声，并减少交通事故的发生。随着道路网络的全面覆盖，交通噪声也持续干扰着人们的正常生活，城市交通产生的交通噪声尤其严重。对于交通事故，路面抗滑能力欠缺是主要原因之一，特别是雨雪天气，路面积水不能快速排出，轮胎和路面摩擦力大大降低，如果此时车辆还是高速行驶就极易发生漂移，进而导致交通事故[1]。而排水性沥青路面可在很大程度上避免这些事件的发生。文章研究的OGFC即属于排水性沥青混合料中的一种。

1 排水沥青混合料路面（OGFC）概述

排水沥青混合料路面是粗集料占比在75%～85%、空隙率在15%～25%的一种沥青路面[2]。排水沥青混合料属于开级配混合料中的一种，其内部结构中有着许多的能够给下雨天路表积水提供足够排水通道的孔隙以及连通孔隙。经过多年的建设经验，可以明显发现，雨雪天气中排水沥青混合料路面的路面水漂以及水雾现象都可以大大减少，这都缘于其优越的排水性能[3]。排水沥青混合料路面不仅可以有效提升路面能见度，而且还能有效加大汽车轮胎和路面之间的摩擦力，路面过往车辆的安全性也因此得到了有效保证。另外，排水沥青混合料路面还能吸收行驶车辆发生的一部分噪声以及车辆轮胎与路面摩擦产生的噪声，这一特点是普通的密集配以及半开级配沥青混合料所不具备的。据学者研究，排水沥青混合料路面可以将噪声降至3～6dB[4]。但排水沥青混合料路面也有一定的问题，其对沥青的性能要求极高，一旦使用的沥青质量不过关，那么铺设路面投入使用之后非常容易出现早期损坏，而且后续使用中，空隙率也会在高温以及荷载作用的冲击之下降低，进而导致其路面的排水功能受到影响。

2 原材料

排水沥青混合料路面使用的原材料是改性沥青，一般情况使用的沥青胶结料主要是掺量为5%的SBS改性沥青以及日本产的12%的TPS高黏改性沥青。5%的SBS改性沥青的技术指标：软化点为81.3℃，25℃针入度为68.7mm，5℃延度为37.5cm，60℃动力黏度为5767Pa·s。TFOT残留物：质量损失为0.05%，针入度比为84.1%，软化点为86.8℃，5℃延度为30.8cm。12%的TPS高黏改性沥青的技术指标：软化点为84.7℃，25℃针入度为51.2mm，5℃延度为42.8cm，60℃动力黏度为32582Pa·s。TFOT残留物：质量损失为0.07%，针入度比为86.4%，5℃延度为40.5cm。

其使用的集料则是用到了石灰岩技术指标，这主要是由排水沥青混合料路面的高空隙率特点所致。故此，为了保证排水沥青混合料路面的质量，其铺设时粗集料含量相对较高，通常都是在80%以上。可以说集料的质量以及配比直接决定了路面的排水性能。

3 路用性能试验

3.1 高温稳定性试验

（1）沥青及改性剂掺量的影响。该次研究中，高温车辙试验主要涉及了5%掺量的SBS改性沥青、12%的TPS改性沥青和不同掺量的TPS改性沥青。另外，为了进一步提升混合料的稳定性，还在其中加入了0.3%的木质纤维TPS，其掺量分别为8%、10%、12%、14%和16%。具体试验结果如图1所示。从图中不难看出，沥青混合料中动稳定值相对较小的是由SBS改性沥青以及8%TPS改性沥青构成的沥青混合料。TPS掺量在10%的时候，排水沥青动稳定度直接达到了质的飞跃，其动稳定度为4489次/mm，比8%TPS改性沥青混合料高出1522次/mm，这与相关试验规程一致[5]。可看出，在一定数值范围内，排水沥青混合料的动稳定度是随TPS掺量的增加而增加的，而且当TPS掺量低于12%时，动稳定性的增幅相对来说是较大的，但是在12%以上的时候，动稳定性的增幅开始慢慢趋于平缓。故此，笔者认为，12%的TPS改性剂是相对来说最优的掺量值。

图1 不同胶结料对应的评价动稳定

（2）空隙率的影响。文章借助谢伦堡析漏试验以及肯塔堡飞散试验两个试验来对混合料的最优油石比进行试验。在试验中，空隙率和OGFC的沥青混合料高温性能的研究主要使用掺量12%的TPS改性沥青来进行，具体结果如表1、图2所示。从中不难看出，在几个混合料中动稳定度比较低的为合成级配5，动稳定性最大的为级配3，而且排水性沥青混合料的动稳定度及其空隙率的增加会先增加到一定数值之后开始减小。随着混合料级配的变化，排水性沥青混合料的动稳定度发生明显变化，这与排水性沥青自身结构相关。

表1 五种级配对应的空隙率及油石比

图2 空隙率与动稳定的关系

3.2 水稳定性试验

（1）沥青用量的影响。在试验中使用的胶结料是TPS掺量12%的改性沥青，集料组成是级配3，沥青用量分别为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%以及5.5%。另外，为了提高混合料的稳定性，还在其中掺入了0.3%的木质纤维，试验结果如图3所示。从图3可以明显看到排水性沥青混合料水稳定性和沥青用量的相关性，沥青混合料试件的浸水残留度随油石比的增加呈现出增加的趋势，当到达一定数值之后开始慢慢减小。混合料中如果沥青含量比较少，集料表面沥青膜就会很薄，容易遭到破坏。但是如果使用的沥青量过大，又会影响混合料的稳定性，其浸水残留稳定就会相对较低。

（2）空隙率的影响。为分析空隙率对排水性沥青混合料的影响，笔者进行了浸水马歇尔试验，在试验中使用的是合成级配5中矿料级配以及最优油石比，具体结果如表2所示。从表2可以清晰看到，进水残留稳定度最小的为级配1、级配4、级配5这3种沥青混合料。这主要是因为残留稳定度和级配即混合料空隙率相关。笔者认为，如果要按照浸水残留稳定度小于80%来控制，建议将排水性沥青混合料的空隙率限定在16%～23%。

4 结束语

在高温车辙试验中，笔者发现12%的TPS改性剂掺量是最佳掺量，此掺量能让排水性沥青混合料保持最优高温性能。此外，各种沥青及其改性剂掺量和其高温性能直接相关且TPS改性的混合料高温性能明显比SBS好得多。在水稳定性试验中，沥青的使用量和混合料的水稳定性呈抛物线关系，其最佳状态是油石比为4.5%时，笔者强烈推荐将排水性沥青混合料中的沥青使用量限定在4.0%～5.0%。空隙率和混合料的高温性能以及水稳定性直接相关，当混合料孔隙率控制在19%～22%时，混合料的高温稳定以及水稳定性能最佳。

图3 油石比与残留稳定度关系

表2 空隙率与残留稳定度关系 单位：%