山区高速公路排水性沥青路面材料特性研究

2020-05-25李广俊

四川水泥 2020年4期

李广俊

（招商局重庆公路工程检测中心有限公司，重庆 400067）

0 引言

随着西南地区交通网的完善，山区地区高速公路的修建数量逐渐增加。由于重庆山区公路路线受地形地质影响，道路多为曲线且纵断面坡度较大，给行车安全与舒适性带来不利。特别在高温多雨季节，路面排水工作量加大，雨水在光滑路表面形成水膜的可能性增大，导致产生水漂的危险性加大，且路面未及时排出的积水产生的行车溅水和水雾也大大影响了行车安全[1]。针对多雨山区高速公路路面排水的设计中，尽可能考虑将路面排水的效率提高，保持路面的抗滑性能，进一步提高雨天行车安全，提出了排水性沥青路面。

由于排水性沥青路面为多孔骨架嵌挤结构，路面空隙率大，一般在20%至25%之间，雨水能快速通过路面内部结构中连通空隙排出路面，从而消除路面积水；且排水性沥青路面的表面纹理粗糙，即使在雨天中也难以形成水膜，提高了道路行车安全，对道路的抗滑性能产生积极作用，不仅如此，由于表面结构纹理粗糙，还可以减少道路白天太阳光和夜晚车辆灯光造成眩光[1,2]。因此在多雨山区高速公路路面设计中选择排水性沥青路面更为合理。

1 排水性沥青路面原材及性能要求

排水性沥青路面具有大孔隙结构特点，粗集料用量多、细集料含量少，沥青混合料的强度是通过混合料自身粘结作用与集料间的嵌挤力形成的[4]。因此对粗集料的技术性能有较高的要求；且沥青结合料的性质是影响混合料的水稳定性及路面耐久性的重要因素，所以对结合料的技术性能提出高要求。

1.1 沥青

排水性沥青路面的大孔隙结构，较普通沥青路面更易受到日光与空气等外界不利因素影响，且雨天中路面结构空隙与车辆轮胎间会产生更大的水压力，对沥青混合料中沥青产生剥离作用，若沥青与填料的粘附性不好，混合料容易产生剥落与松散现象。粗集料之间的嵌挤力和沥青与填料之间的粘结力是排水性沥青混合料承支撑路面压力的主要来源，其中沥青与集料之间的粘结力主要依靠沥青的性质[3]，所以对排水性沥青路面沥青选择应选用高粘改性沥青。

根据国内外研究现状表明，高粘改性沥青能够显著提高排水性沥青混合料的抗车辙能力和水稳定性，提高路面耐久性能，特别适用于高温多雨的重交通高速公路路面。目前，常用的排水性沥青路面采用的沥青材料，包括壳牌生产的成品高粘改性沥青、TPS（TAFPACK-Super）高粘改性沥青和HVA（High Viscosity

Additive）高粘改性沥青。

本文根据《JTG E20-2011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程》选择三种高粘改性沥青进行延度、软化点、针入度及粘度等指标进行对比试验，其中两种高粘沥青为在壳牌70#基质沥青添加不同比例高粘改性剂，TPS 是深圳海川新材料科技有限公司以热塑性橡胶、粘结性树脂和增塑剂等为主要成分，专为大空隙沥青混凝土路面而研发的高粘改性剂；另一种为成品沥青，为壳牌公司生产高粘改性沥青。

三种高粘改性沥青对比试验结果如下表2.1。

表2 .1 不同高粘改性沥青技术指标检测结果

由表2-1 可知，在70#基质沥青中加入SBS+15%TPS，能够大大提高沥青的各项性能指标，60℃动力粘度是评价高粘改性沥青混合料耐流动性的重要指标[3]，其中SBS+15%TPS 高粘改性沥青达到145881Pa·s，远远大于规范中20000Pa·s，说明SBS+15%TPS 高粘改性沥青高温稳定性好、强度大以及抗变形能力好，在重庆山区高温多雨情况下，SBS+15%TPS 高粘改性沥青仍然能够满足要求；另一方面，除壳牌高粘改性沥青，两个SBS+TPS 高粘改性沥青的60℃动力粘度值远大于规范值，考虑将粘度改性沥青的技术要求中的60℃动力粘度值提高。

1.2 集料

1.2.1 粗集料

排水性沥青路面粗集料用量较多，占集料总量的80%以上；保证排水性沥青路面大孔隙结构特点是基于粗集料之间的嵌挤作用，所以对粗集料的选择尤为关键。

粗集料的颗粒形状、技术性质及级配对排水路面沥青混合料的性能有着重要影响。首先，粗集料的压碎值与混合料间嵌挤作用有关，压碎值越小，粗集料的抗挤压能力越好，混合料的嵌挤强度越大；粗集料的针片状颗粒含量越多，会降低混合料之间的粘结作用，且被压碎的集料颗粒越多，会堵塞空隙，影响排水效果；因排水性沥青路面经常受到雨水冲刷，为保证路面的耐久性能，集料应与沥青具有良好的粘附性[4,6]。

一般来说，对排水性沥青路面选用的粗集料为玄武岩和花岗岩。参照国内外排水性沥青路面研究现状，并结合重庆山区高速公路技术指标，提出山区高速公路排水性沥青路面用粗集料技术要求，并选用重庆远洋综合石料厂生产的玄武岩碎石进行试验，结果如下表2-2 所示。

表2 .2 山区高速公路排水沥青路面粗集料技术指标

排水性沥青路面的排水性能主要与其连通空隙率有关，而连通空隙与集料的最大粒径有关。国外研究表明[4]，采用较高含量的改性沥青路面，选用较大粒径的粗集料能够延长路面使用寿命，增大路面的构造深度，提高路面抗滑能力。但一般我国排水性沥青路面采用集料的最大粒径为13.2mm，所以为提高路面使用寿命，增强排水能力，不妨考虑采用16mm 的集料。

1.2.2 细集料

排水性沥青路面混合料所用细集料所占比例较少，一般可以采用石屑、天然砂和机制砂。不同的细集料表面情况不同，与沥青拌合而成的混合料的性能就有所不同。石屑是人工破碎过程中得到的，具有表面粗糙，棱角多，与沥青的粘附性好的特点，可以提高沥青混合料的稳定度和动稳定度[41]；天然砂主要是石英，具有耐久性好，施工易压实的特点，但天然砂表面棱角少，与沥青的粘附性差；机制砂是由制砂机生产出来的，表面粗糙、棱角性好。本文试验采用的细集料为石灰岩的碎石，其性能检验结果见表2.3。

表2 .3 山区高速公路排水沥青路面细集料技术指标

排水性沥青混合料的空隙率与细集料2.36mm 的通过率有关。由图2-1 可知，若保证排水性沥青路面空隙率20%～25%之间，细集料中2.36mm 的含量最好控制在20%左右，我国细集料规范控制2.36mm 含量通过率在10%～22%，建议将范围值提高至15%～22%。

1.3 填料

矿粉也可以称作填料，通常采用石粉，也可以用粉煤灰，消石灰和水泥一定量替换石粉。作为矿粉，应该满足一定的洁净、干燥和自由流动性。

对于排水沥青路面而言，提高其水稳性的措施之一，采用消石灰和水泥替代部分或全部矿粉[10]。国内外研究证明，掺加石灰或水泥活性大且具有同沥青相反酸碱性的物质做矿料，能够提高沥青混合料的抗水损害性能，减缓沥青混合料的老化，但是水泥成分较为复杂、活性比消石灰低且相对密度较消石灰更大，即掺配比例更大，不建议使用[6]。将混合料中矿料分别掺加1.0%消石灰、3.0%消石灰、2.5%水泥、4.5%水泥进行劈裂强度试验，发现3.0%消石灰标准劈裂强度与冻融劈裂强度最优，说明3%消石灰掺量是混合料抗水损性能指标最优掺量，这与《公路沥青路面施工技术规范》中掺量上限2%相悖，故可否考虑将技术规范中的掺量提高。