基于高黏剂改性透水沥青混合料的工艺对比研究

1 前言

随着公路的建设与发展，“海绵城市”公路建设慢慢走进大众的视野，力推环保与绿色公路的建设与运行，透水沥青路面是目前广大学者研究的重中之重，与传统路面相比，透水沥青路面空隙率达到了18%～25%，在满足透水功能前提下，透水沥青路面的承载力颇受研究者担忧，为确保路面有足够的承载力且具有良好的抗车辙和抗剥落性能，高黏改性材料的性能和应用工艺是解决透水沥青路面出现病害的重要因素。

在国外，尤其是日本和荷兰，由于常年多雨，透水沥青路面的应用比较普遍，透水沥青混合料中改性剂，主要有SBS、TPS高黏剂和橡胶3种，应用最多的是前两种。大量实践表明：这几种改性剂对提高透水沥青路面性能效果显著。在中国透水沥青路面中，初期大多使用日本进口TPS高黏剂，但由于成本高的缘故没能大量推广。近几年研制了国产高黏剂，在提高透水沥青路面的抗车辙、耐久性等方面进行了大量的探索，并取得了显著效果。纵观国内外研究成果，在透水沥青路面中高黏剂的应用有两种方式：一种为成品改性(湿法)；另一种为直投式改性(干法)。干法工艺是指将沥青、改性剂、集料在拌和阶段一同加入拌和楼中，在高温和集料的快速挤压作用下，完成沥青的改性过程。湿法的施工工艺与普通沥青的施工工艺大致相同，由高速剪切机将沥青与高黏剂共混制备髙黏改性沥青。与湿法工艺相比，干法省去了成品改性沥青的制备设备费和加工费用，能够避免湿法改性工艺难以解决的改性剂离析分层、热储存性能指标衰减等问题，在实际施工中多采用干投法，但对于干法和湿法的使用效果研究甚少，该文对这两种工艺进行室内试验研究与探讨，采用国产高抗飞散HVA高黏剂，以8%、12%、16%掺量与基质沥青剪切制成高黏改性沥青，制作改性沥青透水沥青混合料。与3种掺量用干法制作的透水沥青混合料试件一起进行性能测试。研究3种掺量不同工艺高黏改性透水沥青混合料性能的差异与规律。

2 原材料技术性质

基质沥青为70#A级，粗集料采用辉绿岩，细集料采用石灰岩机制砂，填料为石灰岩矿粉，添加剂为中国产高抗飞散HVA高黏剂及中国产木质素纤维。技术指标参照规范[11]、[12]，试验方法按照文献[13-15]进行检测，检测结果均满足高速公路及一级公路和城市快速道、城市主干路用原材料技术要求。表1、2为HVA高黏剂和木质素纤维检测结果。

表1 HVA高黏剂检测结果技术指标单位检测结果技术要求试验方法密度g//T533灰分%0.1≤0.5GB/T4498熔融指数g/(10min)8.0≥5GB/T%定伸拉力MPa0.2≤0.5GB/T533伸长率%1327≥800GB/T533

3 不同工艺高黏改性透水沥青混合料性能测试

透水沥青路面的配合比设计方法参照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中开级配沥青混合料的配合比设计方法，矿料级配参照CJJ/T 190-2012《透水沥青路面技术规程》中PAC-13沥青混合料级配。集料共分10～15、5～10、0～5 mm 3档，以目标空隙率确定的矿料级配配比为(10～15 mm)∶(5～10 mm)∶(0～5mm)∶矿粉=58%∶30%∶9%∶3%，矿料合成级配结果如表3所示。

表2 木质素纤维检测结果检测项目单位检测结果技术指标试验方法外观灰色絮状观看灰分含量%17.618±5高温590～600℃燃烧后测定残留物pH值7.87.水溶液用pH试纸含水率(以质量计)%3.7≤5105℃烘箱烘2h后冷却称量吸油率5.5不小于纤维质量的5倍用煤油浸泡后放在筛上经振敲后称量

表3 PAC-13矿料合成级配项目通过下列筛孔(mm)的质量百分率/%合成级配--.级配要求--～～8012～3010～226～184～152～123～82～6

级配确定之后，以计算的初始沥青用量为中值，配制沥青混合料进行析漏和飞散试验，确定最佳油石比范围。得出的沥青油石比范围为5.0%～5.3%(沥青与高黏改性剂占矿料的百分比)，结果如图1所示。试验中，用干法和湿法两种工艺制备沥青混合料试件，高黏改性沥青混合料油石比确定为5.1%，高黏剂掺量分别为8%、12%和16%。纤维用量为高黏改性沥青混合料总质量的0.3%。干法和湿法制备的马歇尔试件性能测试结果见表4。

图1 透水沥青混合料析漏和飞散试验结果

4 不同工艺高黏改性透水沥青混合料性能分析

4.1 高温稳定性

评价沥青混合料高温稳定性的技术指标为动稳定度。透水沥青混合料由于具有较大的空隙率使得与外界环境的接触较为紧密，在荷载的作用下，路面较传统路面更容易引起车辙，通常通过车辙试验的动稳定度来评价。动稳定度越高，抗车辙性能越好，越不容易引起车辙病害。

文章来源：《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/qikandaodu/2021/0302/422.html