松脂改性多孔沥青混合料抗松散性能研究

张金亮

（山西交通控股集团有限公司，山西 太原 030006）

引言

多孔沥青混合料是一种主要由粗集料组成的开放级配混合料，能使水迅速通过其多孔结构排出[1]。我国最早于2004 年在西安市采用多孔沥青混合料大面积铺筑排水路面，取得了良好的工程应用效果[2]。由于空隙率非常高，多孔沥青混合料能够有效排除路面积水。然而，由于空气和水的运动，多孔沥青混合料中高空隙率会导致混合料出现剥离问题。水分会削弱沥青和集料之间的黏结力导致混合料快速老化，从而加剧沥青路面的过早劣化[3-5]。由此可见，我国多孔沥青混合料路面发展还不够成熟，高孔隙率带来的剥离、水损害问题缺乏有效应对措施。

近年来，环保意识深入人心，生物改性剂被广泛应用于沥青混合料中。改性剂通过增加沥青混合料的黏结力和附着力来延长沥青混合料的使用寿命，通过应用改性剂还可以增加沥青膜厚度，降低沥青离析的风险[6-7]。松脂是一种从松树中提取的固体树脂，与沥青相似，具有黏弹性。松脂还具有良好的防水性，在提高沥青混合料抗水损失方面具有很大的潜力。将松脂添加到多孔沥青混合料中，通过其对集料和沥青的黏结力以及防水特性弥补多孔沥青混合料在集料外露、剥落方面的不足。

1 原材料

1.1 集料与填料

采用粗集料、细集料和粉煤灰。根据规范，进行冲洗、干燥和筛分后的集料和填料的物理性质见表1。

表1 集料和填料的物理性质

1.2 松脂沥青

松脂沥青是将松脂、松香与原样沥青按一定比例混合而成。松脂按沥青用量的2%、3%、4%、5%与沥青混合，同时按松脂和沥青混合物质量的4%掺入松香，最终混合得到松脂沥青A、B、C、D。添加松香是为了提高松脂沥青的刚度。松脂性能指标见表2，原样沥青和松脂沥青性能指标见表3。

表2 松脂的性能指标

表3 原样沥青和松脂沥青的性能指标

2 配合比设计

根据表4 中集料和填料的筛分结果进行配合比设计，确定沥青混合料中粗集料、细集料和填料分别占矿料总质量的80%、16.5%和3.5%。沥青用量分别取4.5%、5.0%和5.5%制得松脂沥青，在160 ℃拌和温度下与矿料混合搅拌，双面击实50 次后制得马歇尔试件，在室温下冷却24 h 后得到松脂沥青混合料试件。

表4 集料和填料筛分结果

3 最佳沥青用量的确定

根据《沥青混合料肯塔堡飞散试验》（T0733—2011），该试验使用洛杉矶磨耗机进行。肯塔堡飞散试验结果表示试验后混合料重量损失相对于初始重量的百分比，即沥青混合料的飞散损失，飞散损失越大说明混合料的抗松散性能越差。肯塔堡飞散试验评估不同松脂沥青混合料抗松散性能试验结果见图1。

图1 松脂改性多孔沥青混合料肯塔堡飞散试验结果

结果表明：（1）对于沥青含量为4.5%的试件，飞散损失随松脂掺量的增加而增大，抗松散性能呈下降趋势。随着沥青用量的增加，肯塔堡飞散损失有减小的趋势，因为沥青用量的提高增加了沥青膜的厚度，厚沥青膜能够更好地密封集料，强化集料和沥青之间的黏结力，从而提高了整体抗松散性能。（2）5%和5.5%沥青用量的试件试验结果表明，与对照组（0%松脂）相比，含松脂沥青B、C（3%和4%松脂）的混合料抗松散性能更好。对于沥青用量为5%的试样，松脂沥青B（3%松脂）所制备的多孔沥青混合料抗松散性能最好。沥青用量为5.5%时，不同松脂用量对应的混合料飞散损失分别为10.28%、12.53%、9.65%、8.98%和10.99%。综上，在多孔沥青混合料中加入适量的松脂可以提高抗松散性能。

松脂改性多孔沥青混合料空隙率和沥青用量之间的关系见图2。可以看出，多孔沥青混合料的空隙率值随着沥青用量的增加呈下降趋势。因为沥青用量越高，沥青所能填充的空隙就越多，而且松脂改性的沥青混合料的空隙率值均小于对照组（0%松脂）混合料的空隙率，说明松脂的掺入能够填补混合料内部的空隙，松脂沥青具有较强的集料黏结力。

图2 松脂改性多孔沥青混合料空隙率试验结果

4 最佳沥青用量混合料抗松散性和水稳定性研究

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），多孔沥青混合料的最佳沥青用量可由不小于18%的空隙率对应的沥青含量确定。考虑肯塔堡飞散损失不大于20%，确定所用多孔沥青混合料的最佳沥青含量为5.0%。根据最佳沥青用量成型马歇尔试件后，分别对试件进行老化处理（60 ℃烘箱内养护7 d）和浸水处理（60 ℃的水中浸泡24 h）。

4.1 混合料老化前后肯塔堡飞散试验

最佳沥青含量下混合料老化前后肯塔堡飞散试验结果见图3。

图3 最佳沥青含量下混合料老化前后肯塔堡飞散试验结果

可知：（1）老化后对照组沥青混合料的抗松散性能为18.41%，松脂沥青A、B、C（2%～4%松脂）混合料老化后飞散损失值较小，但松脂沥青D（5%松脂）混合料飞散损失大于对照组。说明在多孔沥青混合料中添加适量（2%～4%）的松脂能够提高沥青与集料之间的黏结力，从而提高混合料的整体抗松散性。（2）对比不同松脂含量的混合料发现，3%松脂含量的多孔沥青混合料飞散损失数值最小，抗松散性最好。

4.2 混合料浸水飞散试验

最佳沥青用量下混合料浸水飞散试验结果见图4。可知，松脂沥青B（3%松脂）混合料的浸水飞散损失最小，而对照组的浸水飞散损失最大。说明掺加松脂能够提高多孔沥青混合料的水稳定性，而3%松脂的多孔沥青混合料水稳定性最好。因为松脂是优良的黏结剂和防水材料，不仅可以改善沥青和集料之间的黏结力，在浸水条件下还能起到防水防潮、保护集料的作用，含有松脂沥青的多孔沥青混合料具有较好的抗水损害性能。因此，建议采用松脂作为改性剂，以提高多孔沥青混合料在雨水丰富地区的抗水损害能力，提高沥青路面的寿命。

图4 最佳沥青用量下混合料浸水飞散试验结果

5 结语

（1）多孔沥青混合料中添加2%～4%的松脂，老化前后的混合料均具有良好的抗松散性。（2）含有松脂沥青的多孔沥青混合料均具有良好的抗水损害性能。（3）松脂改性多孔沥青混合料可广泛应用于雨水充沛地区，对于提高沥青路面服务水平和服务寿命有积极作用。