湿热地区改性沥青混凝土抗渗水性能试验研究

摘要：路面结构中的水分会导致沥青混合料的早期劣化，并且由于集料与结合料之间粘结力的丧失而降低路面的耐久性。文章基于广西气候特点，研究在沥青混凝土中掺入乙二胺（8% ED）、聚乙烯-丁二烯乳液（7% LE）和聚醋酸乙烯酯（PVA 7%）与苯乙烯（4% SBS）等聚合物，测量计算试样的渗透系数并且进行对比分析。结果表明：复掺PVA+SBS空隙率最小，渗透系数最小，抗渗水性能最好，推荐采用。

关键词：改性沥青;改性材料;渗透系数;抗渗水性能

0 引言

湿热地区雨季持续时间长、降雨量大，夏季高温持续时间长，水损害是该地区沥青路面的主要病害。一般而言，沥青混凝土遭受水损害，路面结构中的水分会导致沥青混合料的早期劣化，并且由于集料与结合料之间粘结力的丧失而降低路面的耐久性，从而可能导致混合料的强度和稳定性的丧失，直接引发路面早期损坏。沥青混合料组分之间的粘附性通常是由它们的抗渗水性能决定。抗渗水性能最大影响因素之一是空隙率。改性材料加入沥青或集料混合物可改善其性能，被广泛用于修补沥青混凝土路面车辙、永久变形、渗水等路面病害。根据其化学成分和用途可分为不同类型，如弹性体、塑性体和防剥离聚合物。本文基于廣西气候特点，在沥青混凝土中掺入乙二胺（8% ED）、聚乙烯-丁二烯乳液（7% LE）和聚醋酸乙烯酯（7%PVA ）与苯乙烯（4% SBS）等聚合物，测量计算试样的渗透系数并且进行对比分析，研究探讨各种聚合物添加剂对沥青混合料渗透性的影响，旨在提高沥青混凝土抗渗水性能。研究结果可为以后的实际工程和进一步的理论研究提供参考。

1 原材料

沥青选用中石油重交沥青50#和70#，制备沥青混凝土试件。中石油重交沥青50#和70#基质沥青基本性能指标检测结果如表1所示。

基于广西地区的道路施工经验，试件采用AC-13沥青混凝土，经马歇尔试验确定最佳石油比为4.6%。为了真实模拟在广西区内铺设的沥青混凝土路面，采用河池大化石场的辉绿岩母岩轧制碎石，使用的粗集料粒径为16～4.75 mm，细集料中的砂粒径为4.75～0.075 mm，集料的筛分试验结果如表2所示，设计级配曲线如图1所示。

2 抗渗水性能试验

试件分别单掺LE和ED，复掺PVA+SBS聚合物，试件尺寸为150 mm×63.5 cm±2 mm。采用组合式落头渗透仪检测其渗水情况。测定试样经过时间t后，组合式落头渗透仪上t1时刻与t2时刻的水头刻度差值可评价沥青混合料的抗渗水性能。

渗透系数计算公式如（1）所示：

K=a×HA×Δtlnh1h2（1）

式中，K——渗透系数（cm/s）;

h1——t1时刻渗透仪的水头（cm）;

h2——t2时刻渗透仪的水头（cm）;

Δt——t1时刻与t2时刻的时间差（s）;

a——进水管内截面积（cm2）;

A——试件截面积（cm2）;

H——试样高度，采用标准马歇尔试件6.35 cm。

对每个试件重复测试三次，用式（1）计算结果相差不到10%，则取平均值作为试件的渗透系数。试验结果如下文表3、表4及图2、图3所示。

3 抗渗水性能分析

由表3可知，50#基质沥青制备沥青混凝土试件，掺入水泥填料但未掺入改性材料，且最大空隙率为6.983%的情况下，渗透系数最大为58.745 cm/s;掺入石灰石粉填料但未掺入改性材料，且最大空隙率为5.413%的情况下，渗透系数最小为8.971 cm/s。

由下页表4可知，70#基质沥青制备沥青混凝土试件，掺入水泥填料但未掺入改性材料，且最大空隙率为7.054%的情况下，渗透系数最大为61.523 cm/s;掺入石灰石粉填料复掺7% PVA+4% SBS，且最大空隙率为4.398%的情况下，渗透系数最小为2.305 cm/s。

由表4计算可知，掺入石灰石粉填料但未掺入改性材料试样平均渗透系数为22.718 cm/s，掺入改性材料试样平均渗透系数为18.029 cm/s，较前者降低了约21%。掺入水泥填料但未掺入改性材料试样平均渗透系数为60.134 cm/s，掺入改性材料试样平均渗透系数为30.214 5 cm/s，较前者降低了约50%。表明相同填料，掺入改性材料后，试样渗透系数均降低，抗渗水性得到改善。掺入石灰石粉填料较水泥填料渗透系数低，未掺入和掺入改性材料分别降低62%和40%。

由图2可知，对于所有的掺入方案，渗透系数范围为6.488～61.523 cm/s，70#沥青制备的混合料的抗渗水性能低于50#沥青制备的混合料。未掺入改性材料试样渗透系数最大为41.426 cm/s;复掺PVA+SBS试样渗透系数最小为14.520 cm/s。单掺ED、单掺入LE和复掺PVA+SBS试样的渗透系数平均值分别为23.034 cm/s、34.812 cm/s、14.520 cm/s，较未掺入改性材料渗透系数分别降低了约44%、16%、65%。表明掺入改性材料后，试样渗透系数均降低，抗渗水性得到改善。其中复掺PVA+SBS渗透系数最小，其抗渗水性能最好。

由图3可知，对于所有的掺入方案，空隙率范围为4.398～7.054 cm/s，70#沥青制备的混合料的空隙率高于50#沥青制备的混合料。随着空隙率的减少，试样的渗透率也随之降低，抗渗水性能提高，空隙率与渗透系数成正比。最大空隙率为7.045%时，以水泥为填料未掺入改性材料的试样渗透率为61.523 cm/s;最小空隙率为4.398%时，以掺入石灰石粉为填料的复掺7% PVA+4% SBS试样渗透率为2.305 cm/s，空隙率下降38%时渗透率下降96%，表明空隙率对渗透率影响较大。单掺ED、单掺入LE和复掺PVA+SBS的空隙率平均值分别为6.118%、6.380%、5.716%，较未掺入改性材料空隙率平均分别减少了约6%、2%、12%，表明掺入改性材料后，试样空隙率均减少，抗渗水性得到改善。其中复掺PVA+SBS空隙率为最小，渗透系数最小，其抗渗水性能最好。

4 结语

本文在沥青混凝土中掺入乙二胺（8% ED）、聚乙烯-丁二烯乳液（7% LE）和聚醋酸乙烯酯（7% PVA）与苯乙烯（4% SBS）等聚合物，通过试验测量计算试样的渗透系数并且进行对比分析可知：

（1）相同填料，掺入改性材料后，试样渗透系数均降低，抗渗水性得到改善。掺入石灰石粉填料较水泥填料渗透系数低，未掺入和掺入改性材料分别降低62%和40%。

（2）对于所有的掺入方案，渗透系数范围为6.488～61.523 cm/s，70#沥青制备的混合料的抗渗水性能低于50#沥青制备的混合料。

（3）单掺ED、单掺入LE和复掺PVA+SBS的空隙率平均值分别为6.118%、6.380%、5.716%，较未掺入改性材料空隙率平均分别减少了约6%、2%、12%，表明掺入改性材料后，试样空隙率均减少，抗渗水性得到改善。其中复掺PVA+SBS空隙率为最小，渗透系数最小，其抗渗水性能最好，推荐采用。

参考文献：

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