大空隙率透水路面性能研究

甘世泽

（海南省交通工程检测中心，海南 海口 571100）

0 引言

为减少车辆行驶中轮胎与路面之间产生的噪声，本文采用大空隙透水路面，大空隙率一方面可减少噪声和光反射，起到防噪和防眩的效果，另一方面增加了与水的接触面积，增大了水损等路面病害。因此本文选用不同级配的改性沥青，分析透水路面的路用性能指标，进一步探讨如何提高其使用寿命。

1 混合料配合比设计

大空隙率透水路面由于空隙率大和构造深度大的特点，导致其实现排水功能的同时亦增加了与水接触的概率，在水和重载的耦合作用下，发生集料松散、剥落等病害[1]。因此本文依托空隙率、沥青与集料间的黏结力两个控制指标，选取3种集配（AC-13、SMA-13、OGFC-13）、2种高黏高弹沥青（SBS改性沥青和SBS+TPS改性沥青），制备6种不同类型沥青混合料，研究控制指标沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性的影响，从而为大空隙率透水路面的推广应用提供理论支撑。

1.1 原材料

1.1.1 沥青

本文所选取的SBS和SBS+TPS改性沥青技术指标如表1所示。

表1 沥青技术指标

表1 （续）

其中SBS掺量为4%，SBS+TPS组合体系掺量分别为4%和10%，该最佳掺量通过对比不同掺量的沥青性能试验得到，本文不做深入探讨。

1.1.2 粗集料

本文粗集料由玄武岩制备，材料表面洁净、干燥、有棱角、耐磨性优良，具体技术指标如表2所示。

表2 （续）

表2 粗集料技术指标

1.1.3 细集料

本文粗集料由玄武岩制备，技术指标如表3所示。

表3 细集料技术指标

1.1.4 矿粉

本文所采用的的石灰岩矿粉技术指标如表4所示。

表4 矿粉技术指标

1.2 级配设计

本文选用的AC-13、SMA-13、OGFC-13三种级配设计见图1。

图1 集料级配设计

本文根据马歇尔试验确定AC-13、SMA-13、OGFC-13三种级配的最佳沥青含量，经毛体积密度、最大理论密度值、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度、流值等试验指标，确定AC-13最佳沥青用量为4.7%和5.1%，SMA-13最佳沥青用量为6.2%和6.6%，OGFC-13最佳沥青用量为4.1%和4.3%。当选取SBS改性沥青时，AC-13、SMA-13、OGFC-13沥青混合料空隙率分别为4.63%、4.59%，3.96%；当选取SBS+TPS改性沥青时，AC-13、SMA-13、OGFC-13沥青混合料空隙率分别为3.87%，20.47%、20.32%。

2 路用性能研究

路用性能的优劣是道路寿命周期长短的决定性因素，同时也是行驶舒适感的前提[2]。本文在上节中通过确定AC-13、SMA-13、OGFC-13级配设计和最佳沥青含量，制备车辙试件、马歇尔试件等试验材料，研究大空隙率透水路面路用性能，其中对照组为AC-13、SMA-13改性沥青混合料。

2.1 高温稳定性

本文通过车辙试验，检测动稳定度DS来反映混合料抗车辙性能。试验结果如图2所示。

图2 车辙试验结果

由试验结果可知，上述沥青混合料动稳定度均满足规范要求，无论沥青选取SBS或SBS+TPS，DS值均呈相同变化趋势：SMA-13＞OGFC13＞AC-13。由图2可得，相较于SBS而言，添加TPS后，沥青混合料DS值均不同程度地增加，增幅分别为37.2%、25.1%、38.5%，说明高黏高弹改性沥青有助于改善沥青混合料的高温稳定性；同时进一步说明普通改性沥青制备的混合料高温稳定性较弱，后续仍需研究不同地区、不同级配、不同添加剂下如何改善路面抗车辙能力。

2.2 低温抗裂性

通过小梁弯曲试验测定试件破坏时的抗弯拉强度、劲度模量和弯拉应变评价其低温抗裂性。试验结果如表5所示。

表5 （续）

表5 小梁弯曲试验结果

由试验结果可知，SMA-13沥青混合料的抗弯拉强度和最大弯拉应变均优于AC-13和OGFC-13，而OGFC-13性能指标最低，这是因为OGFC-13因某种集料含量较少，沥青与集料间黏聚力减弱，低温性能较差。但随着TPS的增加，抗弯拉强度和最大弯拉应变均增加，其中AC-13、SMA-13、OGFC-13沥青混合料抗弯拉强度增幅比例分别为24.6%、24.0%、42.0%，AC-13、SMA-13、OGFC-13沥青混合料最大弯拉应变增幅比例分别为4.6%、7.7%、28.1%，其中OGFC-13的指标变化最大，说明TPS对于改善寒冷地区大空隙率透水路面的低温性能具有明显优势。另外，OGFC-13沥青混合料的低温抗裂性能最差，对于寒冷地区推广应用时应慎重选择沥青胶结料种类。

2.3 水稳定性

本文进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，从残留稳定度和冻融劈裂强度比两个指标评价沥青混合料的抗水损性能。

（1）三种级配下，SBS改性沥青混合料的残留稳定度值分别为87%、89%、86%，SBS+TPS改性沥青混合料的残留稳定度值分别为92%、94%、91%，性能优劣表现为SMA-13＞AC-13＞OGFC-13。SBS与SBS+TPS改性沥青混合料相比，后者的性能指标较高，AC-13、SMA-13、OGFC-13沥青混合料增幅为5.75%、5.62%、5.81%，说明TPS的添加，对于改善混合料抗水损性能亦有帮助。

（2）三种级配下，SBS改性沥青混合料的冻融劈裂强度比分别为88%、92%、85%，SBS+TPS改性沥青混合料的冻融劈裂强度比分别为91%、95%、90%，性能优 劣 表 现 为SMA-13＞AC-13＞OGFC-13。SBS与SBS+TPS改性沥青混合料相比，后者的性能指标较高，增幅为3.41%、3.26%、5.88%，进一步说明添加TPS后，沥青混合料抗水损性能提高。同时从两个试验同步得出，添加TPS后，OGFC-13沥青混合料的性能指标涨幅均最大。

影响集料与沥青之间黏结力的因素主要包括沥青黏性、集料孔隙率、集料表面构造等。对于大空隙率透水沥青路面而言，大量水分侵蚀路面内部，不断破坏沥青与集料的相互黏结，使集料从路表面脱落；其次，水分的冲刷使沥青黏附性降低，导致混合料强度和劲度减少[3]。因此，有必要采取其他措施改善沥青混合料的抗水损性能，例如加入能够提高沥青黏性的消石灰等。

2.4 透水性

本文采用常水头渗水仪来测定透水沥青路面的透水系数，试验结果图3所示。

图3 渗水试验结果

由图3可知，OGFC-13沥青混合料的渗水系数远大于AC-13和SMA-13，进一步说明透水沥青路面的排水效果良好；另添加了TPS后，渗水系数小范围内降低，降低幅度偏小。

3 结语

综上所述，在AC-13和SMA-13改性沥青混合料作为对照组试验的情况下，添加TPS后，改性沥青混合料的路用性能指标均呈增长趋势，其中OGFC-13沥青混合料的涨幅最大，动稳定度、抗弯拉强度、最大弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂强度比指标涨幅分别为38.5%、42.0%、28.1%、5.81%、5.88%。另OGFC-13沥青混合料的渗水系数远大于AC-13和SMA-13，进一步说明透水沥青路面的排水效果良好。

因此建议选用高黏高弹改性沥青作为大空隙率透水路面的沥青胶结料。同时大空隙率透水路面首要功能是排水，建议进一步研究如何改善其抗水损性能。