陶粒透水瀝青混合料路用性能研究

吳正光++王二飛++許珊珊++王修焱

文章編號：1000033X（2016）12008603

收稿日期：20160713

基金項目：國家自然科學基金項目（5157080421）

摘要：為了研究具有較好凈水功效的陶粒透水瀝青混合料，通過對不摻陶粒、摻30%陶粒以及摻40%陶粒3種透水瀝青混合料進行高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性等路用性能試驗，評價其路用性能的可行性。試驗結(jié)果表明：摻入陶粒會使透水瀝青混合料的路用性能有所下降；陶粒摻量增加大40%時，動穩(wěn)定次數(shù)減少了25%，但遠高于規(guī)范要求；凍融劈裂強度比已接近規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：透水瀝青混合料；凈水效果；陶粒；路用性能

中圖分類號：U414.03文獻標志碼：B

Research on Pavement Performance of Permeable Asphalt Mixture with Ceramsite Sand

WU Zhengguang， WANG Erfei， XU Shanshan， WANG Xiuyan

（School of Civil Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225127， Jiangsu， China）

Abstract： In order to obtain permeable asphalt concrete mixed with ceramsite sand that drains out water effectively， three types of mixtures， which contain none， 30% and 40% ceramsite sand， were prepared for the tests on high temperature stability and water stability. The results show that the addition of ceramsite sand compromises the pavement performance of permeable asphalt mixture to some extent. The dynamic stability diminishes 25% when ceramsite sand accounts for 40%. Nevertheless， it is still higher than what is required in the specification， while the freezethaw splitting strength ratio is close to the requirement.

Key words： permeable asphalt mixture； draining effect； ceramsite sand； pavement performance

0引言

國內(nèi)外研究表明[1]，透水瀝青混合料（PAC，Permeable Asphalt Concrete）對路面徑流具有凈化效果，能有效降低懸浮物、磷及鉛鋅等重金屬含量。在前期研究中發(fā)現(xiàn)[2]，陶粒透水瀝青混合料與普通透水瀝青混合料相比具有更好的凈水效果。

通過對摻入10%～50%陶粒的混合料進行除污試驗發(fā)現(xiàn)，陶粒摻量為30%～40%的透水瀝青混合料具有較好的凈化效果。因此，采用陶粒透水瀝青混合料可對路面徑流污染進行處治，研究其路用性能具有重要意義。

本文參照《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ T 190—2012），分別研究摻入30%、40%陶粒與不摻陶粒的普通透水瀝青混合料的路用性能，論證陶粒透水瀝青混合料工程應用的可行性。

1原材料

1.1瀝青膠結(jié)料

PAC級配混合料具有較大的孔隙率，粗集料多，細集料少，同時由于摻加陶粒，對瀝青的粘度等各項指標有更高的要求。本試驗所用瀝青為SBS與TPS復合改性瀝青[3]，其性能指標見表1。

1.2集料

根據(jù)PAC級配特點，所選石料應具有高強度和較好的顆粒形狀，且耐磨性能好，能保持一定的表面粗糙度，與瀝青有較好的吸附性。本試驗粗集料采用玄武巖和高強陶粒，細集料采用玄武巖。性能指標見表2、3。

1.3高強陶粒

陶粒具有蜂窩狀空隙結(jié)構(gòu)，比表面積大且不產(chǎn)生有害物質(zhì)，這使得陶粒成為一種很好的凈水材料。作為瀝青混合料集料，陶粒應有一定的強度，試驗采用高強陶粒，其性能指標見表4。

1.4礦粉

礦粉與瀝青結(jié)合形成瀝青膠漿，在混合料中起粘結(jié)和填充作用[4]。本試驗選用石灰石礦粉，性能指標見表5。

2瀝青混合料配合比設計

2.1礦料級配

為了研究摻入不同比例陶粒對瀝青混合料路用性能的影響，礦料級配采用《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 190—2012）中PAC13級配范圍，在保證20%空隙率的條件下，設計了摻入30%、40%陶粒以及不摻陶粒的3種瀝青混合料。級配設計見表6。

2.2最佳油石比的確定

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）規(guī)定的標準方法進行謝倫堡析漏試驗和肯塔堡飛散試驗確定最佳瀝青用量[5]。以預估油石比5.7%為中點，按02%梯度選取5個點進行飛散試驗，確定最小瀝青用量，析漏試驗確定最大瀝青用量，最終確定最佳瀝青用量[6]。試驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1確定0%、30%、40%陶粒摻量的混合料最佳油石比分別為58%、6.0%、6.0%，相應的馬歇爾性能試驗結(jié)果見表7，透水瀝青混合料相關(guān)設計要求見表8。

由表7、8可知，3種瀝青混合料試件均符合規(guī)范要求。

3路用性能試驗

3.1高溫穩(wěn)定性

車轍破壞是瀝青路面損壞的常見形式之一，特別是國內(nèi)交通量日益繁重，車轍損壞也隨之愈加嚴重，而高溫穩(wěn)定性不良的瀝青混合料更容易出現(xiàn)車轍。本試驗以《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ E20—2011）中的車轍試驗來評價混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗結(jié)果見表9。

PAC混合料屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)因粗集料多，細集料極少，粗集料能通過很強的嵌擠作用形成骨架，故內(nèi)摩擦角大但粘聚力低。本試驗采用高粘復合改性瀝青改善集料間的粘結(jié)性。由表9可知，陶粒替代部分集料的混合料具有足夠的抗車轍變形能力，但隨著陶粒摻量的增加，動穩(wěn)定度下降明顯。原因是雖然采用了高強陶粒，但陶粒的強度還是較低，在車輛的反復作用下，集料間的嵌擠作用受到影響。

3.2水穩(wěn)定性

SHRP研究計劃成果中對瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗方法評價認為，凍融劈裂試驗在評價瀝青混合料水穩(wěn)性時比浸水馬歇爾試驗更嚴密且與現(xiàn)場實際情況相關(guān)性良好[7]。本試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）中的凍融劈裂試驗來評價水穩(wěn)定性。試驗結(jié)果見表10。

由表10可知，陶粒替代部分集料的混合料的凍融劈裂強度比符合規(guī)范，能夠滿足路用條件。隨著陶粒摻量的增加，混合料的水穩(wěn)定性降低，原因可能是陶粒呈中性或弱堿性，瀝青與陶粒產(chǎn)生不了化學健或產(chǎn)生粘附性較弱的化學鍵，因而粘附性較差，在凍融循環(huán)下，瀝青更容易從陶粒表面剝離，產(chǎn)生水損壞；且陶粒本身為多微孔結(jié)構(gòu)，在凍融循環(huán)下更容易產(chǎn)生水損壞。

4結(jié)語

（1）對于有水質(zhì)凈化功能的陶粒PAC13混合料與不摻加陶粒的普通PAC13混合料的路用性能進行試驗對比發(fā)現(xiàn)，摻加一定量的陶粒，混合料的路用性能略有下降，但仍滿足規(guī)范要求。

（2）對于改善路用性能的陶粒瀝青混合料，一是在滿足水質(zhì)凈化要求的前提下選擇合適的陶粒摻量；二是選擇質(zhì)地更加堅硬、針片狀含量少的陶粒，增強骨架作用。

（3）隨著陶粒摻量的增加，PAC13混合料水穩(wěn)定性并沒有表現(xiàn)出同步下降趨勢，說明影響陶粒

PAC13水穩(wěn)定性的不單是陶粒本身的性質(zhì)。與普通PAC13對比發(fā)現(xiàn)，在同一孔隙率下，摻入一定的陶粒并不會引起水穩(wěn)定性太大的變化，而且均已接近規(guī)范限值，說明孔隙率也是影響水穩(wěn)定性的重要因素。

參考文獻：

[1]張娜，趙樂軍，李鐵龍，等.天津城區(qū)道路雨水徑流水質(zhì)監(jiān)測及污染特征分析[J].生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（6）：21272131.

[2]宋秋霞，徐勇鵬，鄂勇，等.透水瀝青路面對路面徑流污染的凈化功效[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2009，40（11）：5659.

[3]郭鑠，李宇峙，張平.SBS與TPS復合改性瀝青混合料路用性能研究[J].中外公路，2013，33（1）：216218.

[4]劉麗，郝培文，肖慶一，等.瀝青膠漿高溫性能及評價方法[J].長安大學學報：自然科學版，2007，27（5）：3034.

[5]林云騰.淺談OGFC混合料配合比設計[J].福建建設科技，2008（2）：3940.

[6]蔣瑋.透水性瀝青路面混合料配合比設計方法與路用性能研究[D].西安：長安大學，2005.

[7]盧宗強.表面層三種瀝青混合料水穩(wěn)性試驗分析研究[J].交通科技，2012（1）：7275.

[責任編輯：杜衛(wèi)華]