透水性瀝青路面技術(shù)性能研究

郝培文+李國(guó)鋒+翟瑞鑫+李文輝+徐亦航

0 引言

隨著中國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)道路性能的要求越來(lái)越高。尤其是高等級(jí)公路路面，不僅需要足夠的強(qiáng)度以抵御行車荷載的反復(fù)作用，還需要具備良好的表面功能滿足行車舒適性和安全性；而透水性路面獨(dú)有的抗滑、降噪和透水功能可以很好地滿足這些要求。

由于中國(guó)道路交通量大，氣候條件復(fù)雜，國(guó)外對(duì)透水性路面混合料的設(shè)計(jì)方法不能完全適用于國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況?；诖?，本文針對(duì)透水性路面空隙率大所造成的混合料老化、松散等情況，采用聚合物改性的方法研發(fā)高粘度改性瀝青，進(jìn)而進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證其技術(shù)性能[1]。

1 原材料

試驗(yàn)所用粗集料為輝綠巖碎石，含10～15 mm和5～10 mm兩檔集料，基本性能見(jiàn)表1。細(xì)集料為輝綠巖石屑，含2.6～5 mm和0～2.6 mm兩檔集料，基本性能見(jiàn)表2。礦粉為摻20%消石灰的石灰石礦粉，基本性能見(jiàn)表3。

基質(zhì)瀝青采用埃索AH-70重交道路瀝青，根據(jù)規(guī)范對(duì)其技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試[2]，結(jié)果見(jiàn)表4。

高粘度改性瀝青是在基質(zhì)瀝青中摻加線型SBS改性劑、粉末狀SBR改性劑和PE改性劑制得的。具體步驟是：加熱瀝青，加入3種不同劑量的改性劑，在規(guī)定溫度下手動(dòng)攪拌15 min；然后保持該溫度用高速剪切機(jī)以4 000～5 000 r·min-1剪切30 min；隨后在120 ℃下放置15～20 min使其充分溶脹，即得到所需的高粘度改性瀝青。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 礦料最大粒徑

透水瀝青路面的透水性和降噪性與其空隙率和孔隙構(gòu)造密切相關(guān)。一般孔隙小時(shí)降噪效果好，但透水較慢且易堵塞。日本相關(guān)研究表明，鋪筑相同厚度透水性路面，最大粒徑較小的路面降噪效果優(yōu)于最大粒徑較大的路面。歐洲多數(shù)國(guó)家也主張選用最大粒徑相對(duì)較小的級(jí)配，如8～10 mm。但如果主要考慮透水功能和防止堵塞，則宜選取最大粒徑相對(duì)較大的級(jí)配。綜合考慮各因素，本文級(jí)配公稱最大粒徑選用13.2 mm。

2.2 礦料級(jí)配

根據(jù)規(guī)范最大公稱粒徑13.2 mm的級(jí)配范圍，逐級(jí)篩分粗、細(xì)集料后回配3種級(jí)配（級(jí)配1、2、3），級(jí)配曲線如圖1所示。

根據(jù)公式（1）計(jì)算最佳瀝青用量，并用馬歇爾穩(wěn)定度法校正。預(yù)估3種級(jí)配的瀝青用量分別為5.7%、5.5%、5.2%，制備馬歇爾試件測(cè)量其空隙率?？紤]到路面耐久性要求，混合料空隙率盡量控制在20%左右，2.36 mm通過(guò)率控制在10%～18%[3]。因此，級(jí)配2最為接近，故選用級(jí)配2作為設(shè)計(jì)級(jí)配。

10～15 mm輝綠巖、5～10 mm輝綠巖、石屑（0～2.6 mm）、礦粉之間的比例為46.7 37.6 10.2 5.5。合成級(jí)配見(jiàn)表5。

2.3 最佳瀝青用量

采用流淌試驗(yàn)確定最佳瀝青用量。選取5組瀝青用量，分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，配置一定比例的混合料；在140 ℃～150 ℃溫度下拌和均勻，均勻攤開(kāi)在42 cm×27 cm的瓷盤中，稱重，在165 ℃烘箱中放置1 h；然后趁熱移到另一容器中稱重，二者質(zhì)量之差除以烘前總質(zhì)量即為流淌損失率。結(jié)果見(jiàn)表6和圖2，其中曲線拐點(diǎn)即為設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量。

由表6和圖2可初定瀝青最佳用量為5.3%。通過(guò)飛散試驗(yàn)和馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)混合料在20%空隙率的條件下能保持最大瀝青用量不流淌，磨耗損失不超過(guò)14%，馬歇爾穩(wěn)定度達(dá)到5 kN，完全滿足要求，故最佳瀝青用量定為5.3%。

3 路用性能分析

3.1 吸聲性

影響路面噪聲的因素包括輪胎和路面狀況。為評(píng)價(jià)透水性路面降噪性能，本研究采用輪胎落下法進(jìn)行測(cè)試。制備3種不同類型混合料車轍板試件，尺寸為30 cm×30 cm×5 cm，采用普通小汽車輪胎（185/70R13），氣壓為0.2 N·mm-2，使輪胎從650 mm高臺(tái)自由落下[4]，二者撞擊的聲音用德國(guó)進(jìn)口SLA-301噪聲水平分析儀測(cè)試，試驗(yàn)用具如圖3所示，結(jié)果如表7所示。

從表7中數(shù)據(jù)可知，透水性瀝青路面的噪聲水平分別比AC、SMA型路面要低3.8 dB和3.3 dB，與國(guó)外實(shí)測(cè)透水降噪路面降噪約4 dB的結(jié)果接近。

測(cè)試不同類型瀝青混合料產(chǎn)生的噪聲，對(duì)1/3倍頻程進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果如圖4～6所示。

從3種混合料頻譜結(jié)果來(lái)看，AC-13和SMA-13兩種瀝青混合料的噪聲分布在1 600～2 000 Hz范圍內(nèi)；而透水性瀝青混合料產(chǎn)生的噪聲分布在630～800 Hz內(nèi)，大大降低了噪聲的尖銳度，更易于被人接受。

3.2 透水性

采用定水頭方法測(cè)定透水性瀝青混合料的透水系數(shù)，利用自制透水儀（圖7），從儀器上部注入水，水通過(guò)試件從底部流出，持續(xù)加水直到加水與溢水達(dá)到平衡，計(jì)量混合料的出水量及時(shí)間，計(jì)算達(dá)西定律的透水系數(shù)KT。

KT=Q·L/[s·H·（t2-t1）] （2）

式中：Q為溢流出水量；L為試件厚度；s為試件截面積；H為水頭；t1為試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間；t2為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間。

按上述方法試驗(yàn)并計(jì)算的結(jié)果如表8所示。

由表8可知，該設(shè)計(jì)測(cè)得的混合料透水系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)日本《透水性路面技術(shù)指南》規(guī)定的不小于0.01的要求，透水能力較強(qiáng)。

3.3 抗滑性

中國(guó)現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范主要從2個(gè)方面表征路面抗滑性：摩擦系數(shù)和路表構(gòu)造深度。本研究采用擺式儀和灌砂法分別對(duì)試件抗滑性進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9。

分析表9可知，透水瀝青路面的摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度遠(yuǎn)超規(guī)范要求，比普通AC、SMA瀝青混合料路面要大，具有更加優(yōu)良的抗滑性能。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用添加一定劑量的SBS、SBR、PE粉末制成的高粘度改性瀝青，與集料拌和生產(chǎn)透水性瀝青混合料，當(dāng)空隙率控制在20%左右時(shí)，其馬歇爾穩(wěn)定度和磨耗損失均能完全滿足規(guī)范要求。

（2）與AC類和SMA類瀝青混合料相比，透水性瀝青混合料具有更好的降噪性能，產(chǎn)生的噪聲約為前兩者的1/3～1/2。

（3）室內(nèi)采用定水頭方法，利用自制透水儀測(cè)定透水瀝青混合料的透水系數(shù)，結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)日本規(guī)范的要求，說(shuō)明透水性瀝青混合料具有很好的透水性能。

（4）擺式儀和灌砂法試驗(yàn)結(jié)果表明，透水性瀝青路面抗滑性能良好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐亦航. 排水性瀝青路面技術(shù)性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[2] JTJ 052—2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3] 尹永勝.低噪音瀝青路面的研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005.

[4] 董雨明.隧道抗滑低噪聲水泥混凝土路面研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2004.