排水性沥青路面应用越来越广泛，各国对这种排水路面的组成设计标准不尽相同，但是设计思想基本一致，都是在合适的原材料原则的基础上通过一定的矿料结构搭配，得到达到一定空隙率的排水性沥青混合料。本文由排水性沥青混合料的不同配合比设计，做出试件，通过空隙率与力学性能、高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳性能的各种路用性能评测，得到排水性沥青混合料的设计方法，为工程应用提供参考。
1 原材料与设计参数
1.1 沥青
本文选择了目前常用的SBS改性沥青（PG70-28）进行室内试验，其基质沥青为克拉玛依AH-90。作为对比，选择了日本生产的TPS改性沥青，基质沥青为壳牌AH-90重交通沥青。其主要技术性质见表1。
表1 沥青的技术性质试验结果
|
试验项目 |
克拉玛依AH-90 |
壳牌AH-90 |
SBS改性沥青 |
TPS改性沥青 |
|
针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm |
83 |
95 |
72 |
62 |
|
延 度〔5cm/min,10℃)/cm |
33 |
30 |
47 |
65 |
|
延 度〔5cm/min,15℃)/cm |
>150 |
>150 |
— |
— |
|
软化点(R&B)/℃ |
45.5 |
44.2 |
71.3 |
82.8 |
|
闪点(COC)/℃ |
327 |
374 |
322 |
368 |
|
动力粘度(60℃)/Pa·s |
262 |
213 |
5728 |
587240 |
从表中可以看到，两种基质沥青的性能基本一致，但通过不同改性剂的作用性能发生较大变化。TPS改性沥青的各项性能均优于SBS改性沥青，且沥青的60℃动力粘度非常大。针对SBS改性沥青粘度较低的特点，在混合料试验中添加一定量的木质素纤维稳定剂以提高沥青与矿料的裹覆力，减少沥青胶浆的高温流淌。
1.2 配合比
综合分析沥青混合料的各项体积指标和力学指标后，确定3种矿料的级配范围如表2所示。综合流淌试验和飞散试验确定的最大和最小沥青用量，最终确定最佳沥青用量如表2所示。
表2 矿料级配和油石比
|
筛孔尺寸(mm) |
油石比(%) |
通过质量百分率(%) |
|
26.5 |
19.0 |
16.0 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
级配A
(VV=18%) |
5.2 |
100 |
99.7 |
87.0 |
53.5 |
22.3 |
16.7 |
15.3 |
12.8 |
9.7 |
6.9 |
5.6 |
4.9 |
级配B
(VV=20%) |
5.0 |
100 |
99.7 |
86.3 |
51.1 |
18.3 |
12.7 |
11.7 |
10.0 |
8.1 |
6.2 |
5.4 |
4.7 |
级配C
(VV=22%) |
4.8 |
100 |
99.7 |
85.5 |
48.7 |
14.5 |
8.7 |
8.0 |
7.3 |
6.4 |
5.6 |
5.2 |
4.6 |
|
级配上限 |
— |
100 |
100 |
92 |
83 |
59 |
31 |
21 |
17 |
15 |
12 |
11 |
7 |
|
级配下限 |
— |
100 |
95 |
80 |
64 |
37 |
10 |
10 |
9 |
6 |
6 |
5 |
3 |
2 路用性能测试
为了全面了解排水性沥青混合料的排水功能与其他路用性能之间的关系，即空隙率与力学性能、高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳性能之间的关系，在试验室制备了不同的试件进行相应的测试。作为对比，每种试验都选择了SBS改性沥青和TPS改性沥青进行试验，两种混合料的矿料级配相同。SBS改性沥青混合料中添加了混合料总质量0.3%的木质素纤维。选择的矿料级配有3种，其空隙率分别控制在18%，20%和22%。矿料级配和沥青用量如表2所示。
2.1 力学性能
采用马歇尔试验进行不同沥青和不同空隙率的比较，试验结果见表3。
表3 排水性沥青混合料的马歇尔试验结果
|
试验项目 |
SBS改性沥青混合料 |
TPS改性沥青混合料 |
|
级配A |
级配B |
级配C |
级配A |
级配B |
级配C |
|
总空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
连通空隙率/% |
13.1 |
16.4 |
20.1 |
13.1 |
16.4 |
20.2 |
|
稳定度/kN |
6.62 |
5.79 |
4.71 |
7.82 |
6.37 |
6.02 |
|
流值/0.1mm |
44.6 |
39.5 |
33.9 |
46.8 |
38.0 |
22.3 |
从表3可以看出，对于相同的混合料，连续空隙率随混合料的总空隙率增大而增大，相同矿料级配的SBS改性沥青混合料与TPS改性沥青混合料的空隙率和连续空隙率非常相近，说明沥青结合料种类的变化不会影响混合料的空隙率，即沥青结合料种类不会使混合料的透水性能发生改变。随着空隙率的增加稳定度值逐渐减小，对于同一种级配来说，TPS改性沥青混合料的稳定度要高于SBS改性沥青混合料，说明TPS改性沥青混合料的力学强度较好。
2.2 高温稳定性能
高温稳定性能是公路路面性能的主要评价指标，研究表明，由于排水性沥青混合料中矿料颗粒的嵌挤作用和使用高粘结力的沥青结合料，使得混合料具有相对与普通沥青混凝土较高的抗高温变形能力。课题组利用高温车辙试验来评价排水性沥青混合料高温稳定性试验结果见表4。
表4 排水性沥青混合料的车辙试验结果
|
试验项目 |
SBS改性沥青混合料 |
TPS改性沥青混合料 |
|
级配A |
级配B |
级配C |
级配A |
级配B |
级配C |
|
总空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
动稳定度DS/(次/mm) |
3154 |
4732 |
3972 |
4123 |
7463 |
6427 |
|
60min变形量/mm |
3.78 |
2.75 |
3.67 |
2.85 |
1.69 |
2.25 |
从表4可以看出，不同的沥青对相同的沥青混合料表现出差异较大的高温稳定性能，当空隙率为20%时，SBS改性沥青的DS值比TPS改性沥青DS值小，同样前者的60min变形量也比后者大。造成这一结果的原因是由于TPS改性沥青的性能优于SBS改性沥青所致。对于同一种改性沥青，随空隙率的改变，排水性沥青混合料表现出不同的高温性能，当空隙率为20%时混合料的高温性能最好，而空隙率变大或变小都会使高温性能降低。
2.3 低温抗裂性能
采用小梁低温弯曲试验对排水性沥青混合料的低温性能进行评价得到的弯曲应变指标，一般弯曲应变越大，混合料的抗低温收缩性能越好。表5给出了两种改性沥青排水性混合料的低温弯曲试验结果。
表5 排水性沥青混合料低温弯曲试验结果
|
试验项目 |
SBS改性沥青混合料 |
TPS改性沥青混合料 |
|
级配A |
级配B |
级配C |
级配A |
级配B |
级配C |
|
总空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
低温弯曲应变(-10℃)/μe |
2423.2 |
2216.7 |
1894.5 |
2497.3 |
2305.8 |
1915.3 |
|
弯曲劲度模量/MPa |
3775.6 |
3978.5 |
4127.4 |
3795.6 |
3914.6 |
4127.3 |
从表5可以看出，两种改性沥青对相同的沥青混合料的低温抗裂性能在同一个水平上，说明对于SBS和TPS改性沥青，对同一种混合料类型，其混合料表现相同的低温特性。对于同一种改性沥青，排水性沥青混合料的低温抗裂性能会随空隙率的增大而降低。
2.4 水稳定性
排水性沥青混合料的水稳定性能用残留稳定度和冻融劈裂强度比进行表示。试验结果见表6。
表6 排水性沥青混合料水稳定试验结果
|
试验项目 |
SBS改性沥青混合料 |
TPS改性沥青混合料 |
|
级配A |
级配B |
级配C |
级配A |
级配B |
级配C |
|
总空隙率/% |
17.0 |
20.1 |
22.2 |
17.1 |
20.3 |
22.4 |
|
残留稳定度/% |
93.7 |
91.3 |
84.8 |
93.8 |
91.7 |
83.4 |
|
冻融劈裂强度比/% |
86.7 |
85.4 |
78.8 |
87.6 |
85.9 |
79.6 |
从表6可以看出，在相同的空隙率下，SBS和TPS改性沥青混合料的水稳定性基本在同一个水平上。由于冻融劈裂试验比马歇尔残留稳定度试验的条件更为苛刻，所以得到的评价指标结果更能反映出材料的水稳定性能。根据冻融劈裂强度比测试结果，TPS改性沥青混合料的水稳定性略高于SBS改性沥青混合料。对于同一种改性沥青，排水性沥青混合料的水稳性能会随空隙率的增大而降低。
3 结论
本文针对排水性沥青路面的原材料、混合料的配合比以及混合料的路用性能进行了室内研究，结合试验结果，得出了以下结论：
（1）由于排水性沥青混合料的空隙较大，为了能有足够厚的沥青油膜以增加耐久性，以及防止混合料在储存、运输和摊铺过程中产生的沥青流淌和离析，应采用高粘度改性沥青，而粘度稍低的SBS改性沥青可通过添加木质素纤维的方式使其达到所用沥青要求。
（2）当空隙率为20%时，排水性沥青混合料的高温性能最好，而空隙率变大或变小都会使高温性能降低。空隙的增加会使沥青混合料的低温抗裂性能、水稳性能降低，但总体上排水性沥青混合料的低温抗裂及水稳性可以满足使用要求。
参考文献：
[1] R. B. Mallick, P. S. Kandhal, L. A. Cooley, Jr.， D. E. Watson,“Design Construction, and Performance of New-Generation Open-Graded Friction Courses.”[J] Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists (2000).
[2] 徐建达，陈梅，吕伟民等.低噪声透水性沥青路面应用[J].公路，1998 (1): 14-18.
[3] 吉青克.大孔隙材料渗透系数的室内测定[J].公路交通科技，2002,19(2):3134.
[4] Tetsuo KOBAYASH I, Mamoru KAGATA, Takayoshi KODAMA. Development of the environment frienly hybrid permeable concrete pavement[J].Ttansactions of the Japan concrete institute,2002,Vo 1.23:65-76.
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文章名称：
排水性沥青混合料性能研究
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