沥青含量对多孔隙沥青混合料性能的影响

2020-10-29

中国建材科技 2020年3期

（甘肃恒通路桥工程有限公司，甘肃兰州 730073）

0 引言

随着道路和城市化发展，多孔隙沥青路面代替了不透水沥青路面。多孔隙沥青路面因高空气含量降低了道路上水的渗透性，减少了潮湿天气下水的飞溅和喷洒,增加了路面可见性，提高了道路的安全性；因路面表面纹理粗糙，增加了抗滑性，降低了路面噪声[1-3]。但多孔隙沥青混合料也有一些缺点，Kandhal等人[4]得出氧气可以增加混合物的表面积，从而高空气含量会导致混合料散开和加速老化，尤其在冬天需要对多孔路面进行处理以保持驱动安全。Yildirim等人[5]发现空隙堵塞也可能成为问题，特别是冬季维护。因此，多孔隙沥青路面设计中的混合料必须调整为高空隙率。1974年，美国联邦公路管理局（FHWA）提出了第一个基于表面容量和骨料吸收的混合料设计方法，并在1980年和1990年对其再次完善；2000年，国家沥青技术中心（NCAT）发布了新一代基于一系列性能测试的需要满足一定标准的OGFC混合料设计方法。由于开级配和高孔隙混合料与石头接触较少，从而减少了路面耐久性。目前的设计方法主要通过较高的沥青结合料含量、沥青结合料等级和添加剂来提高性能。

本文主要针对多孔隙沥青路面，采用旋转压实试验、吸油试验以及类析漏试验探究沥青含量对沥青混合料性能的影响，以期为后期的实际应用奠定基础。

1 试验材料和试验方法

1.1 试验材料

本研究使用三种不同的花岗岩和一个灰度来确定不同集料在多孔隙沥青混合料中的效果。集料的性能和级配分别如表1和表2所示。

表1 多孔隙沥青混合料中的集料性能

表2 多孔隙沥青混合料的集料级配

1.2 旋转压实试验

旋转压实试验过程：使用搅拌机混合加热的集料（集料涂1%的熟石灰）、0.3%（以混合料重量计）纤维素纤维和沥青结合料（PG76-22）制备30个压实试样,其中结合料掺量（以混合物的重量计）分别为5%、5.5%、6%、6.5%、7%，每种掺量各有6个样品。所有样品保持相同的温度（167±3℃）混合，混合后将松散混合料置于盘中，调节烘箱的压实温度为154±3℃。2小时后，使用旋转式压实机压实（压实次数50）。然后进行密度、孔隙率、渗透率、未老化和老化飞散损失试验。

2 结果及分析

利用不同含量沥青制备压实试样后，测量混合料空隙率、孔隙率、渗透性、耐磨损性等性能与沥青含量的关系，结果如图1-图6所示。

2.1 沥青结合料与空隙率的关系

图1 空隙率和沥青含量的关系

由图1可知，该混合料的空隙率随沥青含量的增加而减小，这也是典型的传统沥青混合料关系。该试验除了确定每个样品的空气含量，还测量空隙率，空隙率是对水进入空气空隙进行测量。

2.2 沥青结合料与孔隙率的关系

图2 孔隙率和沥青含量的关系

由图2可知，孔隙率随沥青含量的增加而降低。此外，孔隙率比混合料的空隙率要低。这对多孔隙沥青混合料非常重要，因为小孔隙率不能影响多孔隙沥青混合料的功能，只允许水通过路面空隙。

2.3 沥青结合料与矿料间隙率的关系

图3 矿料间隙率和沥青含量的关系

由图3可以看出，矿料间隙率通常随着沥青含量的增加而降低。集料A、C矿料间隙率在某一点达到最小值，然后随着沥青含量的增加而增加，这很可能是因为高空隙率的混合料相对于传统的沥青混合料在3%-7%的范围内变化。如果沥青含量的变化范围增加至空隙含量值（约上限的20%），则矿料间隙率趋势可能类似于传统沥青混合料。

2.4 沥青结合料与沥青饱和度的关系

图4 沥青饱和度和沥青含量的关系

由图4所知，沥青饱和度随沥青含量的增加呈线性递增关系,虽然这种趋势类似于传统的沥青混合料，但沥青饱和度值有较大程度降低。这种差异可归因于多孔隙混合料的高空隙含量优于传统路面,而渗透性的相关参数也影响多孔隙沥青路面的功能。如果没有足够的空隙，水可能不会渗透路面。

2.5 沥青结合料与渗透系数的关系

图5 渗透系数和沥青含量的关系

由图5可以看出，沥青含量越低，渗透性越高。这种趋势是由于混合料与沥青作为填充物进入空隙增加了沥青含量。但随着沥青含量的增加，渗透性的直接损失越多，这成为评估内容。这表明所有的混合料仍会有一些透气性，即使是较高的沥青含量（9%-10%），从图5可以明显看出集料结构对混合料渗透性的影响比沥青含量的影响大。

2.6 沥青结合料与磨损损失的关系

结果表明，磨损损失随沥青含量的增加而降低。这是由于随着涂层厚度的增加，集料也增加。但相比之下集料A和B表现出较高磨损量值。测试结果有较高变异性，平均变异系数约23%，有的高达85%。对比未老化和老化样品的结果，老化过程没有因为磨损引起损失增加。这通常是由于老化过程导致集料的沥青膜包衣氧化而变得更脆，降低了该混合料和粘合剂的凝聚力。对比多孔沥青的功能性（或渗透性）和耐久性，试验测得混合料的耐久性增加，而渗透性降低。这是由于多孔性沥青混合料的耐久性依赖于周围集料颗粒的沥青膜的厚度，从而促进在混合料中的凝聚力，然而随着混合料中沥青含量的增加，沥青占据空隙，从而降低混合料的透气性。因为这种关系，选择混合料的沥青时考虑多孔沥青混合料的应用非常重要。