温拌剂对排水性沥青混合料性能的影响

郑晓光，张 瑜

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092)

目前，城市道路路面多采用密实、不透水材料铺筑，雨天路表大量积水，严重影响车辆和行人的安全性与舒适性，而排水性沥青路面可以迅速排除路表积水，防止雨天驾驶易产生的飞溅、眩光、水漂等现象，提高雨天行车的安全性［1-2］。同时，排水性沥青路面还可以有效降低交通噪音，调节环境温度，提高人们出行的舒适性。为了保证排水性沥青路面优良的功能和良好的路用性能，需采用高黏度改性沥青，这样提高材料的施工黏度，增加了施工难度，较普通沥青路面，排水性沥青路面施工温度高，而且排水性沥青路面具有20%的空隙率，这导致混合料施工过程中温度下降过快，对施工环境温度要求苛刻，低温难以施工;同时排水性沥青路面施工温度高，能耗大，不符合我国当前倡导的绿色生态的建设理念。这些问题在一定程度上阻碍了排水性沥青路面的推广与发展［1］。

针对排水性沥青路面，在保证路面工程质量的前提下，需要降低沥青黏度，减小施工难度，保证低温施工，降低排放。沥青混合料温拌剂是实现沥青混合料在相对较低的温度下进行拌和施工的特殊添加剂。

温拌剂在AC沥青路面与SMA沥青路面都有应用［3-4］，但是在排水性沥青路面中应用较少，温拌剂降温效果、最佳施工温度及对混合料性能的影响缺乏全面研究，而且排水性沥青路面采用高黏度改性沥青［5］，集料级配与其他混合料不同，所以难以借鉴其他类型材料的研究成果。笔者通过一系列的试验研究不同类型温拌剂对排水性沥青混合料施工压实特性和路用性能的影响。

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料的选择

粗集料选用坚硬的辉绿岩，细集料选用洁净机制砂，集料级配采用 OGFC-13级配，设计级配见表1;沥青结合料采用高黏度改性沥青，沥青用量为4.9%(油石比);温拌剂选用目前应用较多的两类代表产品:表面活性类温拌剂A，用量为沥青质量的10%;石蜡降黏剂类温拌剂B，用量为沥青质量的3%。

表1 排水性沥青混合料的设计级配Table 1 Design grade of porous asphalt mixture

1.2 试验方法

1.2.1 击实试验方法

在不同的温度下拌制排水性沥青混合料［6］，其中热拌排水性沥青混合料的拌制温度分别为175，165，155，145℃;温拌排水沥青混合料A(掺温拌剂A)及温拌排水沥青混合料B(掺温拌剂B)的拌制温度分别为165，155，145，135，125 ℃。通过马歇尔标准击实试验，测定排水性沥青混合料的体积指标，评价不同温拌剂对排水性沥青混合料压实特性的影响，确定温拌排水性沥青混合料的最佳施工温度，马歇尔击实成型试验按照JTG E 20—2011，T 0702—2011进行。

1.2.2 高温稳定性试验方法

在最佳施工温度下成型排水性沥青混合料车辙试件。通过高温车辙试验来分析不同类型温拌剂对排水性沥青混合料抗车辙能力的影响，车辙试验按照JTG E 20—2011，T 0719—2011进行。

1.2.3 水稳定性试验方法

在最佳施工温度下成型排水性沥青混合料马歇尔试件。通过冻融劈裂试验来评价不同类型温拌剂对沥青混合料抗水损害能力的影响，冻融劈裂试验按照JTG E 20—2011，T 0729—2000进行。

1.2.4 低温弯曲试验方法

在最佳施工温度下成型排水性沥青混合料车辙试件，然后将其切割成沥青混合料梁(尺寸为250 mm×30 mm×35 mm，跨径为200 mm)，采用应变控制，在－10℃条件下进行低温弯曲试验，测定温拌排水性沥青混合料破坏应变，评价不同温拌剂对沥青混合料低温抗裂性能的影响。低温弯曲试验按照JTG E20－2011，T 0715－2011进行。

2 试验结果与试验分析

2.1 击实试验

沥青混合料的压实性能好坏主要由在试验温度下通过压实作用能否达到设计空隙率来判断。排水性沥青混合料设计空隙率按照20%控制。由于排水性沥青混合料材料设计采用马歇尔方法，所以击实试验采用马歇尔击实试验，不同温度下排水性沥青混合料的空隙率见图1。

图1 不同温度下排水性沥青混合料的空隙率Fig.1 Air void of porous asphalt mixture at different temperatures

由图1可以看出，在满足设计空隙率前提下，热拌排水性沥青混合料最佳拌和温度为170℃左右。而不同的温拌排水性沥青混合料最佳拌和温度不同，温拌排水性沥青混合料A，最佳拌和温度为140℃左右;温拌排水性沥青混合料B，最佳拌和温度为155℃左右。即，相对于热拌排水性沥青混合料，温拌剂A可以降低拌和温度30℃左右，温拌剂B可以降低拌和温度15℃左右。可见，温拌剂A对排水性沥青混合料降温作用大于温拌剂B。

按照最佳拌和温度拌制排水性沥青混合料，成型马歇尔试件，进行马歇尔稳定度试验、谢伦堡沥青析漏试验与肯塔堡飞散试验，试验结果见表2。可见，都满足规范［7］要求。

表2 排水性沥青混合料马歇尔试验结果Table 2 Results for Marshall test of porous asphalt mixture

2.2 高温稳定性试验

车辙试验结果见表3。

表3 高温稳定性试验结果Table 3 Results for high temperature stability test

对试验结果进行一维方差分析和均值比较。一维方差分析中，预设显著性水平α=0.05，以“动稳定度”作为响应变量;以“温拌剂类型”作为影响因素。车辙试验方差分析结果见表4。

表4 方差分析结果Table 4 Results for analysis of variance

表4表明，“温拌剂类型”因素检验的显著性概率P值为5.14E－7，小于预设的显著性水平0.05。由此判定:“温拌剂类型”对“动稳定度”具有显著性影响［6］。

对因素“温拌剂类型”的3个水平进行相应均值比较，分析3水平间均值差异的显著性。预设显著性水平α=0.05，对比结果见表5。

表5 3水平间动稳定度均值比较Table 5 Results of three comparisons of means

均值比较结果表明，热拌排水性沥青混合料的动稳定度与温拌排水性沥青混合料A的动稳定度没有显著差异，而与温拌排水性沥青混合料B的动稳定度差异显著;同时，温拌排水性沥青混合料A的动稳定度与温拌排水性沥青混合料B有显著差异。由此可以判定:相对于热拌排水性沥青混合料，温拌排水性沥青混合料A抗车辙能力没有显著变化，而温拌排水性沥青混合料B抗车辙能力明显增强［6］。

2.3 水稳定性试验

冻融劈裂强度比TSR=R2/R1，冻融劈裂试验结果见表6。

表6 水稳性和－10℃时低温弯曲试验结果Table 6 Results of split test and bending test at －10℃

试验结果表明，相对于热拌排水性沥青混合料，温拌排水性沥青混合料A的TSR略有提高，变化不大;而温拌排水性沥青混合料B的TSR有所降低。由此判断，温拌剂A可以一定程度地提高排水性沥青混合料的水稳定性，而温拌剂B却降低排水性沥青混合料的水稳定性，增大水损害的风险。

2.4 低温弯曲试验

低温弯曲试验结果见表6。对低温弯曲试验结果进行一维方差分析。一维方差分析中，预设显著性水平α=0.05，以“低温破坏应变”作为响应变量;以“温拌剂类型”作为影响因素，方差分析结果见表7。

表7 一维方差分析计算结果Table 7 Results for one-way analysis of variance

表7表明，“温拌剂类型”因素检验的显著性概率P值为6.49E－4，小于预设的显著性水平0.05。由此确定［6］:“温拌剂类型”对“低温破坏应变”具有显著性影响。

对因素“温拌剂类型”的3个水平进行相应均值比较，分析3个水平间均值差异的显著性。预设显著性水平α=0.05，结果见表8。

表8 多水平间均值比较Table 8 Results of multiple comparisons of means

表8表明:

1)热拌排水性沥青混合料的低温破坏应变与温拌排水性沥青混合料A的低温破坏应变没有显著差异，而与温拌排水性沥青混合料B的低温破坏应变有显著差异。

2)温拌排水性沥青混合料A的低温破坏应变与温拌排水性沥青混合料B有显著差异。由此可以判定［6］:温拌剂A对温拌排水性沥青混合料低温抗裂性没有显著影响，而温拌剂B可显著降低温拌排水性沥青混合料的低温抗裂性。

3 结语

1)通过马歇尔标准击实试验，温拌剂可以显著降低排水性沥青混合料施工拌和温度，不同的温拌剂降温幅度不同，使用温拌剂A，混合料施工拌和温度可以降低30℃左右，而使用温拌剂B，混合料施工拌和温度可以降低15℃左右。从降温效果而言，温拌剂A优于温拌剂B。

2)不同类型温拌剂对排水性沥青混合料性能影响不同，不同类型温拌剂适用条件也不相同。温拌剂A对排水性沥青混合料路用性能没有显著影响，可以直接应用到排水性沥青路面中;而温拌剂B虽然提高了排水性沥青混合料高温稳定性，但却降低了水稳定性与低温抗裂性，需要通过其他手段提高混合料的水稳定性与低温抗裂性，或者用于高温少雨地区。

［1］ 孙立军.沥青路面结构行为理论［M］.上海:同济大学出版社，2000:205-230.

［2］ 吕伟民.沥青混合料设计手册［M］.北京:人民交通出版社，2007:158-174.

［3］ Graham C H，Brian D P.Evaluation of EVOTHERM for Use in Warm Mix Asphalt［R］.Alabama:NCAT，2006:5-16.

［4］ Graham C H，Brian D P.Evaluation of SASOBIT for Use in Warm Mix Asphalt［R］.Alabama:NCAT，2005:10-26.

［5］ 樊统江，田文玉，徐栋良.排水沥青混合料配合比对磨耗和飞散特性的影响［J］.建筑材料学报，2007，10(4):435-439.

Fan Tongjiang，Tian Wenyu，Xu Dongliang.Influence of mix proportion on abrasion and stripping characteristics of drainage asphalt pavement［J］.Journal of Building Materials，2007，10(4):435-439.

［6］ 任露泉.试验优化设计与分析［M］.北京:高等教育出版社，2003:45-76.

［7］ DG/TJ 08-2074—2010道路排水性沥青路面技术规范［S］.上海:上海市建筑建材业市场管理总站，2010.

［8］ 季节，徐世发，罗晓辉.重复再生沥青混合料及温拌沥青混合料性能评价［M］.北京:人民交通出版社，2010:136-194.