聚烯烴/乙烯共聚物干法改性O(shè)GFC瀝青混合料路用性能研究

劉永明，林 汀

（1.江西省交通工程質(zhì)量檢測(cè)中心，江西 南昌 330038；2.江西省交通運(yùn)輸技術(shù)創(chuàng)新中心，江西 南昌 330038）

0 引言

OGFC（Open Graded Friction Courses）是一種具有連通空隙的開(kāi)級(jí)配抗滑磨耗層瀝青混合料。它起源于歐洲，在德國(guó)稱(chēng)為大空隙或排水性路面，英國(guó)稱(chēng)為大空隙率瀝青碎石，美國(guó)稱(chēng)為開(kāi)級(jí)配瀝青磨耗層（OGFC）。OGFC主要是為提高路面的抗滑性能、減少雨天濺水而設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)空隙率高達(dá)20%左右，降水時(shí)路表水可通過(guò)結(jié)構(gòu)層連通的空隙滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部并排走，有效地降低了表面積水所引起的水霧、濺水及眩光，增加路面表面粗糙度。由于OGFC具有空隙率大、表面粗糙、雨天抗滑、減少水膜滑溜、提高雨季夜晚行車(chē)標(biāo)線的識(shí)別能力和降低行車(chē)噪音等特點(diǎn)，越來(lái)越受道路工作者的關(guān)注。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家自上個(gè)世紀(jì)中葉就開(kāi)始對(duì)OGFC進(jìn)行研究，20世紀(jì)70年代末以來(lái)，已經(jīng)在國(guó)外高等級(jí)公路上得到了較多的應(yīng)用，荷蘭60%的高速公路為排水性瀝青混凝土路面，日本真正實(shí)施于1987年。1993年成立了排水性鋪裝研究會(huì)，1996年日本道路協(xié)會(huì)編制出版了《排水性鋪裝技術(shù)指南》，用于指導(dǎo)施工[1]。高黏度瀝青是OGFC混合料的核心材料，因此在試驗(yàn)研究過(guò)程中不可避免地要涉及到高黏瀝青種類(lèi)的選擇，排水瀝青混凝土路面的經(jīng)濟(jì)性也受到高黏瀝青種類(lèi)選擇的支配。

本文針對(duì)OGFC混合料的組成特點(diǎn)，在最佳瀝青用量條件下，以聚烯烴/乙烯共聚物（以下簡(jiǎn)稱(chēng)RK300）為主要原料，輔助于合適的增容劑、分散劑和特種添加劑，通過(guò)現(xiàn)代化工合成工藝制成高相容、高分散的顆粒狀改性劑[2]，對(duì)不同高黏瀝青結(jié)合料以及是否摻加RK300的混合料的路用性能迸行對(duì)比研究，分析瀝青混合料和RK300的加入對(duì)瀝青混合料的性能影響。

1 原材料

1.1 瀝青

試驗(yàn)采用埃索70號(hào)基質(zhì)瀝青，摻加高聚物HRK-011改性劑進(jìn)行改性，埃索70基質(zhì)瀝青摻加高聚物改性劑TPS進(jìn)行改性，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 高黏瀝青性能指標(biāo)

1.2 礦料

試驗(yàn)原材料采用深圳生產(chǎn)的輝綠巖集料，性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 碎石性能指標(biāo)

1.3 RK300物理性能與作用機(jī)理

參照工業(yè)化產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)指標(biāo)和方法，本文對(duì)聚烯烴/乙烯共聚物進(jìn)行了物理性能檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。

表3 RK300物理性能指標(biāo)

RK300應(yīng)用了“快速分散相容技術(shù)”，在一般熱拌瀝青混合料的溫度下即超過(guò)其熔點(diǎn)并達(dá)到“微米級(jí)分散”，在骨料表面形成“島型高分子分散膜”，并與骨料形成良好的結(jié)合。若加入熱瀝青濕拌，則一部分熔化了的成分，與瀝青中低分子組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)成大分子量組分，從而提高了瀝青的粘度和稠度，瀝青軟化點(diǎn)也隨之提高，可有效改善瀝青混合料的韌性和抗剝落能力[4]。另一部分未完全熔化的成分在瀝青中以微米級(jí)的微粒形式分散（如圖1所示），形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而起到加筋增強(qiáng)、增韌作用，提高瀝青混合料的模量。通過(guò)干拌、濕拌過(guò)程，RK300均可增強(qiáng)瀝青與骨料的粘合力、提高瀝青粘稠度和軟化點(diǎn)，并在混合料中形成均勻的高分子網(wǎng)格加筋，從而增強(qiáng)瀝青混合料的韌性，改善了瀝青混合料的耐低溫性能。基于材料存儲(chǔ)和施工條件等因素的綜合考慮，本文建議采用干法型施工方法。

圖1 RK300顯微鏡成像圖

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

為分析RK300的摻加對(duì)混合料性能的影響，針對(duì)摻加RK300與否設(shè)計(jì)了2種級(jí)配，如表4所示。

表4 碎石性能指標(biāo)

2.2 最佳瀝青用量及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)設(shè)計(jì)的2種級(jí)配，分別采用埃索70號(hào)改性瀝青（HRK-011）和埃索70號(hào)改性瀝青（TPS）高黏度改性瀝青結(jié)合料拌制OGFC混合料，確定最佳瀝青用量后等量降低油石比。最終確定的不摻加RK300和摻加RK300兩種級(jí)配的最佳油石比分別為5.0%和4.7%。兩種級(jí)配在最佳瀝青用量下的馬歇爾體積指標(biāo)如表5所示。

表5 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表4及表5中結(jié)果可以看出，摻加RK300后，等量降低了原設(shè)計(jì)的油石比，最佳油石比反而減小了0.3%，而空隙率相對(duì)減小0.9%，原因是加入的RK300等量降低瀝青用量，使得自由瀝青的數(shù)量減少，但是，空隙率符合設(shè)計(jì)要求，反觀穩(wěn)定度，比不摻加RK300強(qiáng)度增加了1.39kN，在一定程度上改善了瀝青混合料路用性能。

3 室內(nèi)路用性能試驗(yàn)

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），采用車(chē)轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度來(lái)評(píng)價(jià)混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)溫度為60℃，試驗(yàn)輪壓0.7MPa，在不浸水的條件下進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。采用浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比來(lái)評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)定性。同時(shí)在低溫條件下進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)，評(píng)價(jià)混合料的低溫彎曲性能[3]。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 OGFC瀝青混合料室內(nèi)試驗(yàn)匯總

從表6中結(jié)果可以看出，對(duì)相同級(jí)配不同結(jié)合料的混合料性能來(lái)說(shuō)，HRK-011結(jié)合料的各項(xiàng)路用性能試驗(yàn)結(jié)果要明顯優(yōu)于TPS結(jié)合料。而在不同的油石比瀝青混合料中摻加RK300的油石比為4.7%，HRK-011瀝青混合料的路用性能與TPS相比表現(xiàn)出明顯的差異。那么，RK300其作用原理：是將RK300加入高溫的石料中，吸熱軟化，在攪拌過(guò)程中，由于受到石料的剪切作用，RK300以離散的狀態(tài)均勻分布在瀝青混合料中，以薄膜的形式粘附在石料表面，形成了粗集料表面瀝青膜加高聚物膜加瀝青膜的三層膜結(jié)構(gòu)，加上高溫條件，膜之間的相互滲透成為可能。冷卻過(guò)程中，混合料中的高聚物與瀝青相互滲透，形成瀝青合金化，基質(zhì)瀝青得到很好的改性。冷卻后，高聚物不同程度的交織起來(lái)，在石料骨架內(nèi)搭橋，起到加筋、填隙作用[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于OGFC混合料，RK300的加入將有助于提高混合料的綜合路用性能，因此在實(shí)際施工中，用來(lái)改善混合料的路用性能，彌補(bǔ)OGFC混合料由于空隙率大而造成的力學(xué)性能的不足。

[1]屈殿功，鞏濤，張宵鵬.OGFC排水性瀝青混凝土路面施工技術(shù)[J].公路，2004，（1）：22-26.

[2]歐陽(yáng)春發(fā)，王仕峰，張勇，朱玉堂.高溫貯存穩(wěn)定的聚合物改性瀝青材料制備方法[P].中國(guó)專(zhuān)利：ZL200310108108.4，2003-10-23.

[3]JTG E20—2011，公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4]Mallick R.B.,Kandhal P.S.,Cooley Jr L.A.and Watson D.E..Design,construction,and performance of new-generation open-graded friction courses[R].National Center for Asphalt Technology,Auburn,AL,2000.