两种沥青在LSPM沥青混合料中的路用性能对比

石晓明

(中国铁建港航局集团有限公司总承包分公司,广东 珠海 519000 )

大粒径透水性沥青混合料(简称LSPM，俗称大碎石沥青混合料)，从级配上看主要是由较大粒径(25-62mm)的集料和一定量的细集料组成，形成的混合料是骨架嵌挤型，空隙率一般处于13%～18%之间，具有良好的透水性[1]。

一般而言，这种LSPM沥青混合料由于粗集料形成了完整的骨架嵌挤结构，空隙率大，抵抗高温车辙变形能力大，渗水系数也高，能够满足道路结构内部排水需要；由于LSPM采用改性沥青的黏度要求高，因此混合料具有较高的水稳定性，且在大量连通空隙的存在下，可以保证沥青混合料具有很高的抗反射裂缝能力。但是，LSPM沥青混合料也有一定的技术缺点，即：其疲劳性能较密级配混合料较低，耐冻融破坏能力不足。这需要通过良好的混合料级配设计和改性沥青技术来优化。

本文根据LSPM混合料的结构与性能特点，拟开发一种新型的改性沥青用于此类沥青混合料中；通过与传统LSPM混合料用的MAC沥青进行对比，讨论新型改性沥青在LSPM混合料中的可行性和路用特点，以期望为LSPM混合料技术提供一个可行的沥青选择方案。

1 原材料与试验

1.1 沥青及试验

采用两种改性沥青进行评价，一种是市售正常的、用于LSPM沥青混合料的MAC沥青；一种为新型改性沥青，代号为LSA。两种沥青分别进行如下试验。

(1)常规指标分析：如针入度(25℃、4℃)、软化点、延度、黏度(动力黏度和运动黏度)、溶解度、闪点、薄膜加热老化、残留针入度比等指标。方法参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[2]相关内容进行。

(2)沥青性能分级(Performance grade)：实验参考AASHTO M320-09[3]、AASHTO T313-12[4]、AASHTO M315-12[5]等进行，得到沥青的PG温度等级。

试验最终数据如表1所示。

表1 两种沥青的技术指标对比

1.2 混合料级配与沥青含量

为了两种沥青路用性能的对比降低变异因素，采用同一种沥青混合料和相同的沥青含量进行试验评价。

混合料选用济南产石灰岩集料进行拌制，根据以往的工程经验以及山东省地方标准DB37/T1161-2009《大粒径透水性沥青混合料应用技术规程》的要求进行混合料级配设计。选定的混合料为LSPM-30型，其级配曲线如图1所示，相关筛孔下的通过率满足DB37/T1161中的级配要求范围。

沥青含量优选中采用3个沥青含量进行对比，分别为2.9%、3.1%和3.3%。根据表2中的析漏损失率、飞散损失率以及计算沥青膜厚度结果，最终确定最佳沥青含量为3.1%。并以此沥青含量，分别制备两种沥青的LSPM-30混合料，并进行路用性能评价对比。

图1 LSPM-30混合料级配曲线 表2 LSPM-30混合料的沥青含量优化数据

技术指标沥青含量/%2.93.13.3技术要求空隙率Vv/%25.319.118.313～18析漏损失率/%0.110.150.22<0.2飞散损失率/%17.816.315<20沥青膜厚度/μm/14.5/>12

1.3 混合料性能试验

根据固定的混合料级配和沥青含量，进行两种沥青混合料的制备；参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011进行沥青混合料的高温车辙(T0719)、渗水(T0730)、水稳定性(T0729)和疲劳性能(T0739)试验。试验数据如表3所示。

表3 两种沥青LSPM30混合料中的性能指标

2 分析与讨论

2.1 沥青性能对比

由表1可知，LSA改性沥青软化点达到80℃，远高于《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中SBS改性沥青I-D的要求，与大粒径透水性沥青混合料通常采用的多级改性沥青相当，表明LSA改性沥青具备良好的高温性能；25℃针入度在SBS改性沥青I-D的要求范围内，且4℃时的针入度未有明显减小，5℃低温延度大于10cm，这远优于多级改性沥青，几项指标也表明LSA改性沥青有较好的低温性能；另外，其135℃运动黏度达到了8.4 Pa·s ，而SBS改性沥青要求小于3 Pa·s，对LSA改性沥青温度达到155℃时其运动黏度小于3 Pa·s， LSA改性沥青具有更大的黏度，这也正是LSPM所需求的主要沥青性能，因为必须保证沥青膜厚度不小于12um，且析漏小于0.2%；从另外一方面也说明LSA改性沥青需要更高的施工温度。

同时，沥青PG等级结果表明，LSA改性沥青在高温、低温性能方面均表现出了良好的性能。最高温度等级满足82℃，最低温度可以满足-34℃，比常规的MAC沥青有着更宽的使用温度范围。

2.2 混合料性能对比

两种沥青混合料的性能数据见表3。通过分析表明：

2.2.1 高温性能

利用60℃时的车辙试验获得了两种沥青混合料的动稳定度和总变形量。结果表明，LSA沥青混合料的动稳定次数略小于MAC沥青混合料的动稳定次数，总变形量略大于多级改性沥青LSPM-30混合料的总变形量，但两者相差不大，从动稳定度要求以及抗高温性能角度两者处于同一水平。

2.2.2 渗透性能

排水性沥青混合料的主要性能是能迅速将渗入路面中的水迅速排出，因此，透水性能是评价排水性沥青混合料最为关键的指标之一。从渗透系数比较，两种改性沥青LSPM-30均体现了良好的渗透性能，沥青混合料的渗透性能是由连通孔隙所决定，当混合料级配一致、空隙率相同时，其渗透系数为同一水平。

2.2.3 疲劳性能试验

两种沥青LSPM混合料均显示处相近的疲劳性能，其疲劳极限应变均在100με左右，从大应变200με下的疲劳数据分析可以看到，两者疲劳结果基本位于同一水平，且LSA改性沥青LSPM的疲劳性能略优于MAC改性，这与沥青检验中其表现出的优良的5℃延度也有一定关系。

2.2.4 水稳定性

水稳定性是通过冻融劈裂实验反映出来的。对比3中冻融劈裂强度比可知， LSA沥青LSPM-30混合料要优于MAC改性沥青混合料。这和LSA沥青低温柔性较好是直接相关的。

3 结论

(1)沥青常规试验和PG分级表明：LSA改性沥青软化点达到80℃，与LSPM沥青混合料通常采用的MAC沥青相当；25℃和4℃针入度、5℃低温延度指标均满足规范要求，且均远优于多级改性沥青，表明LSA改性沥青有较好的低温性能； 加之LSA改性沥青具有更大的黏度，可应用于LSPM沥青混合料中。

(2)沥青混合料性能试验表明：LSA改性沥青混合料的相关指标均满足相关规范技术要求，并在水稳定性和疲劳性能方面优于传统的LSPM沥青混合料；在LSPM沥青混合料中应用时，可保障优良的路用性能。