聚烯烃/乙烯共聚物干法改性OGFC沥青混合料路用性能研究

刘永明，林 汀

（1.江西省交通工程质量检测中心，江西 南昌 330038；2.江西省交通运输技术创新中心，江西 南昌 330038）

0 引言

OGFC（Open Graded Friction Courses）是一种具有连通空隙的开级配抗滑磨耗层沥青混合料。它起源于欧洲，在德国称为大空隙或排水性路面，英国称为大空隙率沥青碎石，美国称为开级配沥青磨耗层（OGFC）。OGFC主要是为提高路面的抗滑性能、减少雨天溅水而设计，其设计空隙率高达20%左右，降水时路表水可通过结构层连通的空隙渗入结构内部并排走，有效地降低了表面积水所引起的水雾、溅水及眩光，增加路面表面粗糙度。由于OGFC具有空隙率大、表面粗糙、雨天抗滑、减少水膜滑溜、提高雨季夜晚行车标线的识别能力和降低行车噪音等特点，越来越受道路工作者的关注。国外发达国家自上个世纪中叶就开始对OGFC进行研究，20世纪70年代末以来，已经在国外高等级公路上得到了较多的应用，荷兰60%的高速公路为排水性沥青混凝土路面，日本真正实施于1987年。1993年成立了排水性铺装研究会，1996年日本道路协会编制出版了《排水性铺装技术指南》，用于指导施工[1]。高黏度沥青是OGFC混合料的核心材料，因此在试验研究过程中不可避免地要涉及到高黏沥青种类的选择，排水沥青混凝土路面的经济性也受到高黏沥青种类选择的支配。

本文针对OGFC混合料的组成特点，在最佳沥青用量条件下，以聚烯烃/乙烯共聚物（以下简称RK300）为主要原料，辅助于合适的增容剂、分散剂和特种添加剂，通过现代化工合成工艺制成高相容、高分散的颗粒状改性剂[2]，对不同高黏沥青结合料以及是否掺加RK300的混合料的路用性能迸行对比研究，分析沥青混合料和RK300的加入对沥青混合料的性能影响。

1 原材料

1.1 沥青

试验采用埃索70号基质沥青，掺加高聚物HRK-011改性剂进行改性，埃索70基质沥青掺加高聚物改性剂TPS进行改性，其技术指标见表1。

表1 高黏沥青性能指标

1.2 矿料

试验原材料采用深圳生产的辉绿岩集料，性能指标见表2。

表2 碎石性能指标

1.3 RK300物理性能与作用机理

参照工业化产品质量的检测指标和方法，本文对聚烯烃/乙烯共聚物进行了物理性能检测，结果如表3所示。

表3 RK300物理性能指标

RK300应用了“快速分散相容技术”，在一般热拌沥青混合料的温度下即超过其熔点并达到“微米级分散”，在骨料表面形成“岛型高分子分散膜”，并与骨料形成良好的结合。若加入热沥青湿拌，则一部分熔化了的成分，与沥青中低分子组分发生化学反应，结成大分子量组分，从而提高了沥青的粘度和稠度，沥青软化点也随之提高，可有效改善沥青混合料的韧性和抗剥落能力[4]。另一部分未完全熔化的成分在沥青中以微米级的微粒形式分散（如图1所示），形成网络结构，从而起到加筋增强、增韧作用，提高沥青混合料的模量。通过干拌、湿拌过程，RK300均可增强沥青与骨料的粘合力、提高沥青粘稠度和软化点，并在混合料中形成均匀的高分子网格加筋，从而增强沥青混合料的韧性，改善了沥青混合料的耐低温性能。基于材料存储和施工条件等因素的综合考虑，本文建议采用干法型施工方法。

图1 RK300显微镜成像图

2 配合比设计

2.1 级配设计

为分析RK300的掺加对混合料性能的影响，针对掺加RK300与否设计了2种级配，如表4所示。

表4 碎石性能指标

2.2 最佳沥青用量及马歇尔试验结果

针对设计的2种级配，分别采用埃索70号改性沥青（HRK-011）和埃索70号改性沥青（TPS）高黏度改性沥青结合料拌制OGFC混合料，确定最佳沥青用量后等量降低油石比。最终确定的不掺加RK300和掺加RK300两种级配的最佳油石比分别为5.0%和4.7%。两种级配在最佳沥青用量下的马歇尔体积指标如表5所示。

表5 马歇尔试验结果

由表4及表5中结果可以看出，掺加RK300后，等量降低了原设计的油石比，最佳油石比反而减小了0.3%，而空隙率相对减小0.9%，原因是加入的RK300等量降低沥青用量，使得自由沥青的数量减少，但是，空隙率符合设计要求，反观稳定度，比不掺加RK300强度增加了1.39kN，在一定程度上改善了沥青混合料路用性能。

3 室内路用性能试验

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），采用车辙试验的动稳定度来评价混合料的高温稳定性，试验温度为60℃，试验轮压0.7MPa，在不浸水的条件下进行车辙试验。采用浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比来评价混合料的水稳定性。同时在低温条件下进行小梁弯曲试验，评价混合料的低温弯曲性能[3]。试验结果见表6。

表6 OGFC沥青混合料室内试验汇总

从表6中结果可以看出，对相同级配不同结合料的混合料性能来说，HRK-011结合料的各项路用性能试验结果要明显优于TPS结合料。而在不同的油石比沥青混合料中掺加RK300的油石比为4.7%，HRK-011沥青混合料的路用性能与TPS相比表现出明显的差异。那么，RK300其作用原理：是将RK300加入高温的石料中，吸热软化，在搅拌过程中，由于受到石料的剪切作用，RK300以离散的状态均匀分布在沥青混合料中，以薄膜的形式粘附在石料表面，形成了粗集料表面沥青膜加高聚物膜加沥青膜的三层膜结构，加上高温条件，膜之间的相互渗透成为可能。冷却过程中，混合料中的高聚物与沥青相互渗透，形成沥青合金化，基质沥青得到很好的改性。冷却后，高聚物不同程度的交织起来，在石料骨架内搭桥，起到加筋、填隙作用[4]。

4 结语

对于OGFC混合料，RK300的加入将有助于提高混合料的综合路用性能，因此在实际施工中，用来改善混合料的路用性能，弥补OGFC混合料由于空隙率大而造成的力学性能的不足。

[1]屈殿功，巩涛，张宵鹏.OGFC排水性沥青混凝土路面施工技术[J].公路，2004，（1）：22-26.

[2]欧阳春发，王仕峰，张勇，朱玉堂.高温贮存稳定的聚合物改性沥青材料制备方法[P].中国专利：ZL200310108108.4，2003-10-23.

[3]JTG E20—2011，公路沥青及沥青混合料试验规程[S].

[4]Mallick R.B.,Kandhal P.S.,Cooley Jr L.A.and Watson D.E..Design,construction,and performance of new-generation open-graded friction courses[R].National Center for Asphalt Technology,Auburn,AL,2000.