瀝青含量對(duì)多孔隙瀝青混合料性能的影響

（甘肅恒通路橋工程有限公司，甘肅 蘭州 730073）

0 引言

隨著道路和城市化發(fā)展，多孔隙瀝青路面代替了不透水瀝青路面。多孔隙瀝青路面因高空氣含量降低了道路上水的滲透性，減少了潮濕天氣下水的飛濺和噴灑,增加了路面可見性，提高了道路的安全性；因路面表面紋理粗糙，增加了抗滑性，降低了路面噪聲[1-3]。但多孔隙瀝青混合料也有一些缺點(diǎn)，Kandhal等人[4]得出氧氣可以增加混合物的表面積，從而高空氣含量會(huì)導(dǎo)致混合料散開和加速老化，尤其在冬天需要對(duì)多孔路面進(jìn)行處理以保持驅(qū)動(dòng)安全。Yildirim等人[5]發(fā)現(xiàn)空隙堵塞也可能成為問題，特別是冬季維護(hù)。因此，多孔隙瀝青路面設(shè)計(jì)中的混合料必須調(diào)整為高空隙率。1974年，美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）提出了第一個(gè)基于表面容量和骨料吸收的混合料設(shè)計(jì)方法，并在1980年和1990年對(duì)其再次完善；2000年，國家瀝青技術(shù)中心（NCAT）發(fā)布了新一代基于一系列性能測(cè)試的需要滿足一定標(biāo)準(zhǔn)的OGFC混合料設(shè)計(jì)方法。由于開級(jí)配和高孔隙混合料與石頭接觸較少，從而減少了路面耐久性。目前的設(shè)計(jì)方法主要通過較高的瀝青結(jié)合料含量、瀝青結(jié)合料等級(jí)和添加劑來提高性能。

本文主要針對(duì)多孔隙瀝青路面，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)、吸油試驗(yàn)以及類析漏試驗(yàn)探究瀝青含量對(duì)瀝青混合料性能的影響，以期為后期的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究使用三種不同的花崗巖和一個(gè)灰度來確定不同集料在多孔隙瀝青混合料中的效果。集料的性能和級(jí)配分別如表1和表2所示。

表1 多孔隙瀝青混合料中的集料性能

表2 多孔隙瀝青混合料的集料級(jí)配

1.2 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)

旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)過程：使用攪拌機(jī)混合加熱的集料（集料涂1%的熟石灰）、0.3%（以混合料重量計(jì)）纖維素纖維和瀝青結(jié)合料（PG76-22）制備30個(gè)壓實(shí)試樣,其中結(jié)合料摻量（以混合物的重量計(jì)）分別為5%、5.5%、6%、6.5%、7%，每種摻量各有6個(gè)樣品。所有樣品保持相同的溫度（167±3℃）混合，混合后將松散混合料置于盤中，調(diào)節(jié)烘箱的壓實(shí)溫度為154±3℃。2小時(shí)后，使用旋轉(zhuǎn)式壓實(shí)機(jī)壓實(shí)（壓實(shí)次數(shù)50）。然后進(jìn)行密度、孔隙率、滲透率、未老化和老化飛散損失試驗(yàn)。

2 結(jié)果及分析

利用不同含量瀝青制備壓實(shí)試樣后，測(cè)量混合料空隙率、孔隙率、滲透性、耐磨損性等性能與瀝青含量的關(guān)系，結(jié)果如圖1-圖6所示。

2.1 瀝青結(jié)合料與空隙率的關(guān)系

圖1 空隙率和瀝青含量的關(guān)系

由圖1可知，該混合料的空隙率隨瀝青含量的增加而減小，這也是典型的傳統(tǒng)瀝青混合料關(guān)系。該試驗(yàn)除了確定每個(gè)樣品的空氣含量，還測(cè)量空隙率，空隙率是對(duì)水進(jìn)入空氣空隙進(jìn)行測(cè)量。

2.2 瀝青結(jié)合料與孔隙率的關(guān)系

圖2 孔隙率和瀝青含量的關(guān)系

由圖2可知，孔隙率隨瀝青含量的增加而降低。此外，孔隙率比混合料的空隙率要低。這對(duì)多孔隙瀝青混合料非常重要，因?yàn)樾】紫堵什荒苡绊懚嗫紫稙r青混合料的功能，只允許水通過路面空隙。

2.3 瀝青結(jié)合料與礦料間隙率的關(guān)系

圖3 礦料間隙率和瀝青含量的關(guān)系

由圖3可以看出，礦料間隙率通常隨著瀝青含量的增加而降低。集料A、C礦料間隙率在某一點(diǎn)達(dá)到最小值，然后隨著瀝青含量的增加而增加，這很可能是因?yàn)楦呖障堵实幕旌狭舷鄬?duì)于傳統(tǒng)的瀝青混合料在3%-7%的范圍內(nèi)變化。如果瀝青含量的變化范圍增加至空隙含量值（約上限的20%），則礦料間隙率趨勢(shì)可能類似于傳統(tǒng)瀝青混合料。

2.4 瀝青結(jié)合料與瀝青飽和度的關(guān)系

圖4 瀝青飽和度和瀝青含量的關(guān)系

由圖4所知，瀝青飽和度隨瀝青含量的增加呈線性遞增關(guān)系,雖然這種趨勢(shì)類似于傳統(tǒng)的瀝青混合料，但瀝青飽和度值有較大程度降低。這種差異可歸因于多孔隙混合料的高空隙含量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)路面,而滲透性的相關(guān)參數(shù)也影響多孔隙瀝青路面的功能。如果沒有足夠的空隙，水可能不會(huì)滲透路面。

2.5 瀝青結(jié)合料與滲透系數(shù)的關(guān)系

圖5 滲透系數(shù)和瀝青含量的關(guān)系

由圖5可以看出，瀝青含量越低，滲透性越高。這種趨勢(shì)是由于混合料與瀝青作為填充物進(jìn)入空隙增加了瀝青含量。但隨著瀝青含量的增加，滲透性的直接損失越多，這成為評(píng)估內(nèi)容。這表明所有的混合料仍會(huì)有一些透氣性，即使是較高的瀝青含量（9%-10%），從圖5可以明顯看出集料結(jié)構(gòu)對(duì)混合料滲透性的影響比瀝青含量的影響大。

2.6 瀝青結(jié)合料與磨損損失的關(guān)系

結(jié)果表明，磨損損失隨瀝青含量的增加而降低。這是由于隨著涂層厚度的增加，集料也增加。但相比之下集料A和B表現(xiàn)出較高磨損量值。測(cè)試結(jié)果有較高變異性，平均變異系數(shù)約23%，有的高達(dá)85%。對(duì)比未老化和老化樣品的結(jié)果，老化過程沒有因?yàn)槟p引起損失增加。這通常是由于老化過程導(dǎo)致集料的瀝青膜包衣氧化而變得更脆，降低了該混合料和粘合劑的凝聚力。對(duì)比多孔瀝青的功能性（或滲透性）和耐久性，試驗(yàn)測(cè)得混合料的耐久性增加，而滲透性降低。這是由于多孔性瀝青混合料的耐久性依賴于周圍集料顆粒的瀝青膜的厚度，從而促進(jìn)在混合料中的凝聚力，然而隨著混合料中瀝青含量的增加，瀝青占據(jù)空隙，從而降低混合料的透氣性。因?yàn)檫@種關(guān)系，選擇混合料的瀝青時(shí)考慮多孔瀝青混合料的應(yīng)用非常重要。

圖6 磨損率與瀝青含量之間的關(guān)系

3 結(jié)論

1）多孔隙瀝青混合料密度隨瀝青含量的增加而增加，因?yàn)闉r青填充了集料之間的空隙，從混合料中移除空氣，從而提高密度；混合料的空隙率隨瀝青含量的增加而減小；孔隙率隨瀝青含量的增加而降低。

2）礦料間隙率通常隨著瀝青含量的增加而降低，集料A、C礦料間隙率在某一點(diǎn)達(dá)到最小值，然后隨著瀝青含量的增加而增加；瀝青飽和度隨瀝青含量的增加呈線性遞增關(guān)系。

3）瀝青含量越低，多孔隙瀝青混合料滲透性越高；多孔隙瀝青混合料磨損損失隨瀝青含量的增加而降低。