不同改性沥青排水路面_OGFC_13_路用性能的研究_李红平

不同改性沥青排水路面(OGFC-13)

路用性能的研究

李红平,吴德军,杨晨光

1

2

3

(1.陕西高速公路工程咨询有限公司 西安市 71006;2.西安公路研究所 西安市 710064;

3.陕西省交通建设集团公司 西安市 710075)

摘 要:比较分析了应用SBS改性沥青和TPS沥青两种不同结合料的排水路面的性能,研究表明两种沥青均满足排水沥青混凝土路面相关规定要求,但TPS沥青混合料的性能更为优良。

关键词:排水路面;TPS;SBS改性沥青;路用性能;对比研究

排水性沥青混凝土路面是一种能够快速排除路面雨水的沥青混凝土路面,其空隙率通常在18%~25%之间。它能快速将流入路面的雨水通过其结构内部的连通空隙排出路面范围外,使路表积水消除,增加道路的抗滑性能,提高雨天行车的安全性,减少汽车水雾和喷溅。同时由于路面大量空隙存在,降低车轮行驶过程中与路面产生的噪声。在越来越注重道路功能性的今天,排水路面作为一种环境友好型路面已逐渐成为公路建设的一个重要发展方向。然而较大的空隙率,同时也使路面中的沥青与骨料间的相互嵌锁作用大为减弱,耐久性损失严重。为

收稿日期:2009-05-05

弥补这一缺陷,可以通过提高沥青的黏结力并利用结合料的黏结作用增加结构强度,高黏度沥青材料可以有效改善排水路面的路用性能。

本文通过室内试验,对比分析了目前已被普遍接受的SBS改性沥青和排水路面中多采用的TPS高黏度沥青对排水路面路用性能的影响。1 原材料选用与性能

111 沥青结合料

排水性沥青混合料沥青材料的选择应考虑具有较好的高温稳定性和低温抗裂性,通常的石油沥青

土常遇到的问题。加入纤维后可增大混合料的比表面积,并能够起到加筋作用。同时由于纤维的吸油作用,最佳沥青用量增大,沥青膜厚也随之增加,对混合料的耐久性也有所改善。从表10中可以看出,不加纤维时,SK析漏量为0159%接近规范上限。加入纤维后,虽然沥青用量增加了,但两种沥青的析漏却降低了32%左右。说明纤维对于析漏的改善非常明显。从表10可以看出掺加纤维对飞散无改善作用,基本无影响。

3 主要结论

通过空隙率、连通空隙率、马歇尔,析漏、飞散、车辙、冻融劈裂、低温弯曲等试验,可以看出加入TPS后,排水性混合料的各项指标均满足要求。日本级配由于粗料多空隙率大,排水性好,考虑到与桥面的黏结性与耐久性问题,建议在特大桥的桥面铺装采用级配2,并加入011%纤维方案。参考文献:

[1] 屈殿功,巩涛,张宵鹏1OGFC排水性沥青混凝土路面

施工技术[J]1公路,2004,(1)1[2] 刘刚1纤维改性排水性沥青混合料组成设计与性能研

究[D]1武汉理工大学,20061

[3] 黄刚1开级配透水沥青磨耗层组成设计及路用性能研

究[D]1重庆交通大学,20061

[4] 冷真1排水性沥青混合料级配组成设计及性能研究

[D]1东南大学,20031

[5] 覃勉1掺加改性剂的排水性沥青混合料性能研究

[D].东南大学,20041

)152)

公 路 2009年 第6期

不能满足排水路面的需求,而需将沥青做适当的改性,本文选用西安科氏公司生产的SBS改性沥青(PG70-28)和日本大有建设株式会社生产的TPS

试验项目

针入度(25e,100g,5s)/011mm延度(5cm/min,10e)/cm

软化点(环球法)/e动力黏度,(60e)/(Pa#s)

脆点/e

质量损失/%

旋转薄膜加热试验(163e,75min)

针入度比/%延度(15e)/cm延度(5e)/cm

SKA-9084334613140-12010469>15011

进行试验分析。表1给出了2种沥青常规指标检验结果。

表1 改性沥青常规指标检验结果

壳牌A-90

96-4510--12-011147219>150-SBS改性沥青

704614704306-2101267314-2512

TPS改性沥青

6366846817@104

-21+0106185178545

结果表明,两种基质沥青性质差异不大,通过添加不同改性剂,TPS改性沥青的软化点和延度指标均高于SBS改性沥青,且60e动力黏度非常大,是一种高黏度改性沥青。比较而言SBS改性沥青黏度较低,为提高沥青与矿料的裹覆力,提高沥青用量,减少沥青胶浆的高温流淌,在SBS改性沥青中添加一定量的木质素纤维稳定剂,经过比对选择德国JRS公司生产的粒状木质素纤维VIATOP80,用量为混合料质量的013%。按照美国SHRP的方法对SBS改性沥青进行了试验,结果表明SBS改性沥青符合PG70-28的要求,见表1。

112 集料

排水路面的结构特点,要求粗集料应具有良好的颗粒形状,质量均匀、洁净、干燥、无风化、无杂质,并且有足够的强度、耐磨耗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨光性、抗破碎性以及与沥青的良好黏附性。表2给出了试验用临潼韩峪生产的粗集料技术指标及排水性路面对粗集料的技术要求。

由于排水性路面中细集料的用量很少,约为5%~15%,对细集料和矿粉的性能不做特殊要求,满足高速公路对其性能要求即可。

表2 粗集料试验结果及排水性路面粗集料技术要求

项 目石料压碎值洛杉矶磨耗损失

视密度吸水率对沥青黏附性

坚固性细长扁平颗粒含量

软石含量石料磨光值石料冲击值

单 位%%g/cm3%)%%%BPN%

10~15mm

013

0134511

10~15mm21770

0135

5(与科氏改性沥青)

016

5~10mm211

实测值12181214

5~10mm21730

技术指标[20[20\\215[210\\5级[12[10[5\\42[28

2 路用性能试验

211 矿料配合比选择排水性混合料配合比设计不同于一般沥青混凝

土,其级配设计中对空隙率影响较大的是2136mm

2009年 第6期 李红平等:不同改性沥青排水路面(OGFC-13)路用性能的研究筛孔通过量以及2136~4175mm粒径集料的含量。设定不同的2136mm筛通过量,通过试配检验目标空隙率。最佳沥青用量的确定要兼顾沥青抗老化要求和防止自由沥青流淌的要求,因此采用流淌试验和飞散试验确定最佳沥青用量。最后通过马歇尔试验、透水试验、水稳性试验、车辙试验、冻融劈裂试验等对排水性混合料的路用性能进行检测和验证。

根据设定的气候和交通状况,路面结构层厚度,确定混合料类型为OGFC-13,目标空隙率为20%。为全面了解SBS改性沥青和TPS高黏沥青对路用性能的影响,分析时增加目标空隙率18%和22%两

级配2级配级配1

)153)

种级配类型的部分路用性能试验。按照上述方法进行配合比设计,确定了试验选用的矿料级配和油石比,见表3和表4。

表3 各档料的比例

合成比例

915~16B4175~915B2136~4175B0~2136B石灰B矿粉=43B43B0B9B115B315

915~16B4175~915B2136~4175B0~2136B石灰B矿粉=44B44B0B7B115B315

915~16B4175~915B2136~4175B0-2136B石灰B矿粉=44B45B0B6B115B315

级配3

表4 合成级配结果

级配

级配1(VV=18%)级配2(VV=20%)级配3(VV=22%)

油石比

%418417416

通过下列筛孔(mm)的质量百分率/%

1610100101001010010

1312951995189518

915601859195919

4175171415151416

2136131511171018

11181111917911

016911812717

013613610519

0115511510510

01075412412412

212 路用性能试验

按照上述配合比设计成型试件,测定马歇尔试

验稳定度、流值,评价混合料的力学稳定性;通过渗透系数值评价透水性能;采用高温车辙试验和小梁

低温弯曲试验分析混合料的高、低温稳定性;通过残留稳定度和冻融劈裂强度比比较混合料水稳定性。

试验结果见表5。

表5 排水性沥青混合料的性能试验结果

检验项目

总空隙率/%

空隙率

连续空隙率/%稳定度/kN

力学性能

流值/011mm

透水性能高温性能

60min变形量/mm

低温性能

低温弯曲应变/(-10e@10-6)

弯曲劲度模量/MPa残留稳定度/%

水稳定性

冻融劈裂强度比/%

8711

8612

7916

-8615

-9016

-2375113667109216

21892130104090119013

-1934174276188311

2192---11712213183978118912

2133---31122554173413149418

渗透系数/(10-2cm/s)车辙动稳定度DS/(次/mm)

42172137-381331086846

33143133-451221318069

3711310211292

211431259326

--5768

13186157

16125187

19184168

13167174

16116125

19165195

--1810

SBS改性沥青OGFC

VV=18%

VV=20%20123

VV=22%2211

TPS改性沥青OGFC

VV=18%1718

VV=20%2011

VV=22%2119

SBSAC-13410

3 路用性能比较分析

311 空隙率对排水路面路用性能的影响

从表5中可以看出,对同一种沥青结合料,连续空隙率随混合料的总空隙率增大而增大,随着空隙率的增加,马歇尔稳定度和流值逐渐减小,渗透系数

增加,其力学性能下降,但同时透水性能逐渐提高。随着空隙率的变化,排水路面高温稳定性表现出不同的特点,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。低温抗裂性能会随空隙率的增大而降低。与普通沥

)154)

公 路 2009年 第6期

青混合料相比,排水沥青混合料的低温性能略低于AC-13沥青混合料,说明空隙的增加会使沥青混合料的低温抗裂性能降低,但总体上排水路面的低温抗裂可以满足低温使用要求。

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。排水沥青混合料无论是在残留稳定度还是在冻融劈裂强度比的试验结果上都略低于AC-13沥青混合料,说明空隙的增加会使沥青混合料的水稳性能降低,但总体上排水路面的水稳性能可以满足使用要求。312 不同结合料对排水路面路用性能的影响

从表5可以看出,目标空隙率为20%的排水性沥青混合料的各项指标值均满足规范规定的指标要求,说明文中选取的两种改性沥青均可以作为排水沥青混合料的结合料。但添加TPS高黏沥青混合料的综合路用性能明显优于SBS改性沥青混合料。对比相同的矿料级配时,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,可以看出,两者实测值非常相近,这说明沥青结合料种类的变化对混合料空隙率的影响很小。而透水性能与空隙率关系密切,故结合料类型对透水性能的影响几乎很小,渗透系数实测值的比较,有效验证了这一结论。

对比两种沥青结合料条件下低温性能发现其低温抗裂性能在同一个水平上,比较SBS和TPS改性沥青可以看出,其脆点均为-21e,具有同一水平的低温性能,因而对同一种混合料类型,其混合料表现的低温特性相差无几。

对于级配相同而采用不同结合料的排水沥青混合料表现出差异较大的高温稳定性能,实测数据显示同样是20%的空隙率,SBS改性沥青的DS值远小于TPS改性沥青,其60min的变形量也有较大

的差别,这说明沥青的性质对排水性混合料的高温性能影响较大。比较两种沥青的性能指标,发现其软化点值差异较大,SBS改性沥青软化点为70e,TPS改性沥青的软化点为84e。通过表5的试验结果说明混合料高温性能与沥青的关系具有密切相关性,采用TPS高黏沥青的排水路面的性能明显优于SBS改性沥青的排水路面。4 结论

(1)室内试验分析表明,排水路面中使用日本大有建设株式会社生产的TPS沥青混合料路用性能明显优于SBS改性沥青混合料。

(2)对同一种沥青结合料,随着总空隙率的增加,连续空隙率增大,其力学性能、低温抗裂性能、水稳性均有不同程度的降低,但同时透水性能明显提高。

(3)沥青结合料的变化对混合料空隙率的影响很小,因而对透水性能的影响也很微弱。

(4)不同的沥青结合料对高温稳定性能的影响较明显,改性沥青的高温指标与混合料高温性能具有密切相关性,排水路面中采用TPS沥青混合料的高温稳定性明显高于SBS改性沥青混合料。

(5)室内试验和试验路验证结果表明,采用TPS沥青混合料的排水路面性能指标优越,可以大面积推广应用。参考文献:

[1] JTGD50-2006,公路沥青路面设计规范[S].

[2] JTJ052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程

[S].

[3] 排水性铺装技术指针[S].日本道路协会,19961[4] 伍石生1低噪声沥青路面设计与施工养护[M]1北京:

人民交通出版社,20051