高黏沥青PAC-13透水沥青混合料性能研究

冷滨滨

(青岛冠通市政建设有限公司 青岛 266000)

透水沥青路面具有良好的排水和降噪功能，能够显著提高路面的抗滑性能和行车安全性，同时可以减小轮胎与路面的空气泵作用，有效地降低噪声污染[1-3]。设计良好的透水沥青路面还具有足够的结构强度，满足路面使用性能，同时可有效补给地下水，其越来越多地被应用于城市道路和高速公路[4-5]。透水沥青混合料是典型的骨架-空隙结构，混合料中粗集料所占比重较大，约为85%，形成骨架嵌挤结构，集料和集料之间通过沥青结合料以点接触的方式黏结[6-8]，而高黏沥青可有效增强集料之间的黏结，保证这种骨架-空隙结构的强度。

本文采用自制ZZH高黏沥青配制PAC-13沥青混合料，并对其技术性能进行了评价。与采用LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青分别配制的透水沥青混合料的性能进行对比，分析和评价不同高黏沥青制备PAC-13沥青混合料的性能。

1 实验

1.1 原料

试验制备3种高黏沥青，采用的基质沥青均为韩国双龙70-A道路石油沥青，以3种高黏沥青软化点达到80 ℃为控制标准(CJJ/T 190要求高黏沥青软化点≥80 ℃)，三者高黏沥青技术指标见表1。第一种为自制高黏沥青，代号为ZZH，是一种橡胶粉/SBS复合改性高黏沥青，增黏剂主要成分为橡胶粉和SBS改性剂，其中橡胶粉规格为250～180 μm，添加量为沥青质量的15%，SBS改性剂添加量为沥青质量的3%，采用湿法添加工艺，橡胶粉物理指标和化学指标满足表2和表3的要求；第二种高黏沥青代号为LFT，增黏剂主要成分为石油树脂，添加量为沥青质量的12%，采用湿法添加工艺；第三种高黏沥青代号为GZHJ，是一种SBS复合改性类高黏沥青，由SBS改性剂和沥青融合剂构成，其中SBS改性剂(与ZZH不是同一种)添加量为沥青质量的5%，沥青融合剂添加量为沥青质量的0.2%，采用湿法添加工艺。试验所用细集料为沂水石灰岩机制砂；粗集料采用栖霞玄武岩碎石和玄武岩石屑，矿粉原材料为沂水石灰岩，纤维选用木质素纤维，各项指标均满足JTG F40-2004 《公路工程沥青路面施工技术规范》要求。

表1 3种高黏沥青技术指标

表2 橡胶粉的物理技术要求

表3 橡胶粉的化学技术要求

1.2 方案

采用ZZH高黏沥青配制的PAC-13为研究对象，确定混合料的级配和油石比。为保证试验级配的稳定性，采用逐档配料的方法合成级配。2.36 mm 筛孔的通过率在中值级配附近，以±3%左右的差值确定3个级配，并按矿料表面黏附沥青膜厚14 μm，用经验公式计算暂定初始油石比，按照3个级配成型马歇尔试件(双面击实50次，成型温度为165 ℃，每组试件为6个)，测定试件的空隙率，确定是否与目标空隙率一致或者目标空隙率在这3组级配得到的空隙率范围内，并根据2.36 mm筛孔通过率同空隙率的关系对集料级配进行调整，获得透水沥青混合料的合成级配。

然后，以PAC-13为研究对象，分别采用LFT高黏沥青、GZHJ高黏沥青和ZZH高黏沥青配制透水沥青混合料，对比研究3种混合料的技术性能差异。冻融劈裂试验、车辙试验、浸水马歇尔试验、肯塔堡飞散试验，以及渗水系数试验分别按JTG E20(T0729-2011，T0719-2011，T0708-2011，T0733-2011，T0730-2011)的规定进行试验。

2 试验结论分析

2.1 级配和油石比确定

采用ZZH高黏沥青配制的PAC-13为研究对象，根据上述方法确定的3个透水沥青混合料的级配见表4。按重载交通设计添加纤维，纤维含量为沥青混合料质量的0.3%。按矿料表面黏附沥青膜厚14 μm，用经验公式计算初始油石比为5%。在马歇尔试验制备过程中，集料加热温度为190 ℃，高黏沥青加热温度为170 ℃。按照体积法测得的空隙率等物理指标，见表5。以目标空隙率为20%为控制基准，试验确定得到的合成级配2为性能验证所用级配。此时，沥青混合料级配2.36 mm通过率为12.8%，目标空隙率为20.5%，各项指标满足CJJ/T 190-2012中相关技术要求。

表4 透水沥青混合料级配

表5 透水沥青混合料不同级配物理指标

2.2 性能验证

为了检验自制(ZZH)透水沥青混合料PAC-13的水稳定能力、抗冻性能、高温稳定性和渗水能力，采用LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青分别按5%的油石比制备试件，并且分别进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验和渗水系数试验，试验结果分别见表6～表10。其中浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验试验和肯塔堡飞散试验结果为4组数据的平均值，车辙试验和渗水系数试验结果为3组数据的平均值。

表6 浸水马歇尔试验结果

表7 冻融劈裂试验结果

表8 车辙试验结果

表9 飞散试验结果 %

表10 渗水试验结果

一般采用浸水残留稳定度来评价沥青混合料的水稳定性，浸水残留稳定度越大，其水稳定性越好。试件成型温度145 ℃，双面击实75次。由表6可见，ZZH高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13浸水残留稳定度最大，LFT高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13次之，GZHJ高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13最小，说明ZZH高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13水稳定性能优于LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13。上述结果符合3种沥青黏度规律，一般黏度高的沥青制备的混合料稳定度高，且抵抗水侵害的性能好。

透水沥青混合料与普通沥青混合料不同的是，在冻融过程中，可能伴随水分的存在。因此，对混合料在完全浸水状态时经历冻融循环后，通过路用性能的衰减程度，评价透水沥青混合料的抗冻性。一般劈裂强度比越大，其抗冻性越好。试件成型温度145 ℃，双面击实50次。冻融循环的低温为-18 ℃，高温为(20±2)℃，1个循环持续24 h。由表7可见，LFT高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13劈裂强度比最大，ZZH高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13次之，GZHJ高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13最小，说明LFT高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13的抗冻性优于后两者。此结果与3种沥青延度指标一致，一般低温延度高的沥青制备的混合料低温性能较好，抗冻性能好。

车辙试验动稳定度作为沥青混合料的高温性能技术指标，一般动稳定度越大，其高温性能越好。由表8可见，ZZH高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13动稳定度比LFT高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13和GZHJ高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13大，说明ZZN高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13的抗车辙能力优于后两者，也就是高温稳定性能优于LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13。此结果符合3种沥青黏度规律，并与3种沥青混合料稳定度结果一致，黏度高的沥青制备的混合料动稳定度高，高温性能好。

飞散试验可有效评价在交通载荷下，路面表面集料脱落而散失的程度，并且可用于评价沥青混合料的水稳定性。一般来说，飞散损失越小，混合料抗剥落能力越强。由表9可见，ZZH高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13飞散损失比LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13飞散损失小，则前者的混合料抗剥落能力优于后两者，并且前者的混合料水稳定性能优于后两者。这与浸水马歇尔实验结果一致，黏度高的沥青可增加沥青与集料之间的有效黏结，增强混合料抗剥落能力。

渗透系数是衡量透水沥青混合料渗透能力的重要参数，渗水系数越大，渗透能力越强。由表10可见，连通孔隙率越大，混合料的渗水系数越大。ZZH高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料渗水系数比LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料渗水系数大，则前者的渗水能力优于后两者。暴雨～大暴雨24 h降水量75.0～174.9 mm，所制备透水沥青路面渗透系数达到至1 000 mL/(15 s)(24 h降水量81.5 mm)以上，可见，在排水系统设计合理的情况下，所制备透水沥青路面可有效解决路面积水问题。

3 结论

不同高黏沥青或不同高黏沥青在相同配比和油石比条件下，所制备的PAC-13透水沥青混合料性能存在显著差异。

1) ZZH自制高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料水稳定性能最好，LFT高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13次之。

2) LFT高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料的抗冻性能优于ZZH高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的透水沥青混合料PAC-13。

3) ZZH高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料的高温稳定性能优于LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料。

4) ZZH自制高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料抗剥落能力比LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料抗剥落能力好。

5) ZZH自制高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料渗透性能比LFT高黏沥青和GZHJ高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料渗透性能好。

综上，3种透水沥青混合料中，ZZH高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料水稳定性、高温性能、抗飞散性能和渗水性能指标最好，LFT高黏沥青所制备的PAC-13透水沥青混合料抗冻性最好。ZZH自制高黏沥青制备的PAC-13透水沥青混合料各项指标满足规范要求，具备良好的各项路用性能，可应用于透水沥青混合料生产。