透水性沥青路面技术性能研究

郝培文+李国锋+翟瑞鑫+李文辉+徐亦航

0 引言

随着中国交通事业的发展，人们对道路性能的要求越来越高。尤其是高等级公路路面，不仅需要足够的强度以抵御行车荷载的反复作用，还需要具备良好的表面功能满足行车舒适性和安全性；而透水性路面独有的抗滑、降噪和透水功能可以很好地满足这些要求。

由于中国道路交通量大，气候条件复杂，国外对透水性路面混合料的设计方法不能完全适用于国内的实际情况。基于此，本文针对透水性路面空隙率大所造成的混合料老化、松散等情况，采用聚合物改性的方法研发高粘度改性沥青，进而进行配合比设计，并验证其技术性能[1]。

1 原材料

试验所用粗集料为辉绿岩碎石，含10～15 mm和5～10 mm两档集料，基本性能见表1。细集料为辉绿岩石屑，含2.6～5 mm和0～2.6 mm两档集料，基本性能见表2。矿粉为掺20%消石灰的石灰石矿粉，基本性能见表3。

基质沥青采用埃索AH-70重交道路沥青，根据规范对其技术指标进行测试[2]，结果见表4。

高粘度改性沥青是在基质沥青中掺加线型SBS改性剂、粉末状SBR改性剂和PE改性剂制得的。具体步骤是：加热沥青，加入3种不同剂量的改性剂，在规定温度下手动搅拌15 min；然后保持该温度用高速剪切机以4 000～5 000 r·min-1剪切30 min；随后在120 ℃下放置15～20 min使其充分溶胀，即得到所需的高粘度改性沥青。

2 配合比设计

2.1 矿料最大粒径

透水沥青路面的透水性和降噪性与其空隙率和孔隙构造密切相关。一般孔隙小时降噪效果好，但透水较慢且易堵塞。日本相关研究表明，铺筑相同厚度透水性路面，最大粒径较小的路面降噪效果优于最大粒径较大的路面。欧洲多数国家也主张选用最大粒径相对较小的级配，如8～10 mm。但如果主要考虑透水功能和防止堵塞，则宜选取最大粒径相对较大的级配。综合考虑各因素，本文级配公称最大粒径选用13.2 mm。

2.2 矿料级配

根据规范最大公称粒径13.2 mm的级配范围，逐级筛分粗、细集料后回配3种级配（级配1、2、3），级配曲线如图1所示。

根据公式（1）计算最佳沥青用量，并用马歇尔稳定度法校正。预估3种级配的沥青用量分别为5.7%、5.5%、5.2%，制备马歇尔试件测量其空隙率。考虑到路面耐久性要求，混合料空隙率尽量控制在20%左右，2.36 mm通过率控制在10%～18%[3]。因此，级配2最为接近，故选用级配2作为设计级配。

10～15 mm辉绿岩、5～10 mm辉绿岩、石屑（0～2.6 mm）、矿粉之间的比例为46.7 37.6 10.2 5.5。合成级配见表5。

2.3 最佳沥青用量

采用流淌试验确定最佳沥青用量。选取5组沥青用量，分别为4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，配置一定比例的混合料；在140 ℃～150 ℃温度下拌和均匀，均匀摊开在42 cm×27 cm的瓷盘中，称重，在165 ℃烘箱中放置1 h；然后趁热移到另一容器中称重，二者质量之差除以烘前总质量即为流淌损失率。结果见表6和图2，其中曲线拐点即为设计的最佳沥青用量。

由表6和图2可初定沥青最佳用量为5.3%。通过飞散试验和马歇尔稳定度试验验证，发现混合料在20%空隙率的条件下能保持最大沥青用量不流淌，磨耗损失不超过14%，马歇尔稳定度达到5 kN，完全满足要求，故最佳沥青用量定为5.3%。

3 路用性能分析

3.1 吸声性

影响路面噪声的因素包括轮胎和路面状况。为评价透水性路面降噪性能，本研究采用轮胎落下法进行测试。制备3种不同类型混合料车辙板试件，尺寸为30 cm×30 cm×5 cm，采用普通小汽车轮胎（185/70R13），气压为0.2 N·mm-2，使轮胎从650 mm高台自由落下[4]，二者撞击的声音用德国进口SLA-301噪声水平分析仪测试，试验用具如图3所示，结果如表7所示。

从表7中数据可知，透水性沥青路面的噪声水平分别比AC、SMA型路面要低3.8 dB和3.3 dB，与国外实测透水降噪路面降噪约4 dB的结果接近。

测试不同类型沥青混合料产生的噪声，对1/3倍频程进行频谱分析，结果如图4～6所示。

从3种混合料频谱结果来看，AC-13和SMA-13两种沥青混合料的噪声分布在1 600～2 000 Hz范围内；而透水性沥青混合料产生的噪声分布在630～800 Hz内，大大降低了噪声的尖锐度，更易于被人接受。

3.2 透水性

采用定水头方法测定透水性沥青混合料的透水系数，利用自制透水仪（图7），从仪器上部注入水，水通过试件从底部流出，持续加水直到加水与溢水达到平衡，计量混合料的出水量及时间，计算达西定律的透水系数KT。

KT=Q·L/[s·H·（t2-t1）] （2）

式中：Q为溢流出水量；L为试件厚度；s为试件截面积；H为水头；t1为试验开始时间；t2为试验结束时间。

按上述方法试验并计算的结果如表8所示。

由表8可知，该设计测得的混合料透水系数远远超过日本《透水性路面技术指南》规定的不小于0.01的要求，透水能力较强。

3.3 抗滑性

中国现行的沥青路面设计规范主要从2个方面表征路面抗滑性：摩擦系数和路表构造深度。本研究采用摆式仪和灌砂法分别对试件抗滑性进行测定，测试结果见表9。

分析表9可知，透水沥青路面的摩擦系数和构造深度远超规范要求，比普通AC、SMA沥青混合料路面要大，具有更加优良的抗滑性能。

4 结语

（1）采用添加一定剂量的SBS、SBR、PE粉末制成的高粘度改性沥青，与集料拌和生产透水性沥青混合料，当空隙率控制在20%左右时，其马歇尔稳定度和磨耗损失均能完全满足规范要求。

（2）与AC类和SMA类沥青混合料相比，透水性沥青混合料具有更好的降噪性能，产生的噪声约为前两者的1/3～1/2。

（3）室内采用定水头方法，利用自制透水仪测定透水沥青混合料的透水系数，结果远远超过日本规范的要求，说明透水性沥青混合料具有很好的透水性能。

（4）摆式仪和灌砂法试验结果表明，透水性沥青路面抗滑性能良好。

参考文献：

[1] 徐亦航. 排水性沥青路面技术性能研究[D].西安：长安大学，2007.

[2] JTJ 052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[3] 尹永胜.低噪音沥青路面的研究[D].西安：长安大学，2005.

[4] 董雨明.隧道抗滑低噪声水泥混凝土路面研究[D].西安：长安大学，2004.