大孔隙高分子聚合物混合料路用性能研究★

巴學(xué)亮 許 鷹 何建彬 劉思銓

(1.北京建筑大學(xué)土木交通工程學(xué)院，北京 100044；2.北京市城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044； 3.首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044)

0 引言

OGFC瀝青混合料路面因其良好的防滑、降噪、排水性能成為“海綿城市”構(gòu)建中重要的一部分，然而，這種路面形式所采用的高粘瀝青在使用時需要較高的溫度，路面鋪筑過程中會產(chǎn)生有害性煙霧，又成為節(jié)能減排的矛盾體。

近年來，為響應(yīng)節(jié)能減排的需要，高分子聚合物膠結(jié)劑開始應(yīng)用于路面鋪裝。國外自20世紀(jì)90年代開始將其作為道路路面搶修材料進行研究[1-4]，我國則于2000年才開始將其用于道路研究。王火明、李汝凱等[5-7]研究了單一粒徑多孔隙高分子聚合物類混合料的膠粘劑用量，以及強度和路用性能，提出了其強度形成機理。目前該類混合料主要用于公園、小區(qū)、商務(wù)區(qū)廣場和人行道等交通壓力比較低的道面鋪裝。對于正常的行車道路上，其性能尚缺乏研究。鑒于此，本文將針對大孔隙高分子聚合物混合料的路用性能展開研究。

1 原材料

高分子聚合物膠粘劑：單組分型膠粘劑，性能指標(biāo)見表1。

瀝青：高粘瀝青，各項指標(biāo)符合規(guī)范要求。

集料：4.75 mm以上粗集料為玄武巖，4.75 mm以下細集料為石灰?guī)r，顆粒均勻，針片狀顆粒含量少，硬度高。

表1 高分子聚合物膠粘劑性能指標(biāo)

2 配合比設(shè)計

2.1 級配設(shè)計

級配參照OGFC—13瀝青混合料級配設(shè)計區(qū)間進行設(shè)計，見表2，目標(biāo)空隙率為20%。

2.2 大孔隙高分子聚合物混合料設(shè)計

由于目前對高分子聚合物混合料研究較少，沒有規(guī)定的設(shè)計方法，參照J(rèn)TG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程，通過以性能平衡為主兼顧目標(biāo)空隙率的方法設(shè)計大孔隙高分子聚合物混合料。需要測定的指標(biāo)包括空隙率、標(biāo)準(zhǔn)飛散損失和摩擦系數(shù)，見圖1～圖3。

表2 級配組成

2.3 OGFC瀝青混合料設(shè)計

采用上述級配，參照現(xiàn)行規(guī)范預(yù)估油石比，并以該值為中心，以±0.3%為級差，取5個油石比拌合瀝青混合料，進行謝倫堡析漏試驗和肯塔堡飛散試驗，結(jié)果見圖4，圖5。

2.4 最佳膠結(jié)劑用量確定

1)大孔隙高分子聚合物混合料。以標(biāo)準(zhǔn)飛散損失變化中的拐點5%和BPN>60分別作為最佳膠粘劑用量取值的上下限，以設(shè)計級配的目標(biāo)空隙率20.4%所對應(yīng)的膠粘劑用量5.9%作為最佳膠粘劑用量。

2)OGFC瀝青混合料。根據(jù)析漏試驗和飛散試驗曲線拐點對應(yīng)的油石比約為4.8%～5.0%，取其中間值4.9%作為最佳油石比。

3 路用性能

本文從高溫、低溫、抗滑和水穩(wěn)四個方面對最佳膠粘劑用量下的兩種混合料的路用性能進行了研究。采用高溫車轍試驗來評價混合料的高溫穩(wěn)定性，試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，試驗溫度為60 ℃；采用-10 ℃下的低溫小梁彎曲試驗來評價混合料的低溫抗裂性，試件采用輪碾法成型的車轍板切制，尺寸為250 mm×30 mm×35 mm，試驗加載速率為50 mm/min；采用擺式摩擦儀對混合料的抗滑性能進行測試，以BPN值作為抗滑性能的評價指標(biāo)；采用浸水馬歇爾試驗和浸水飛散試驗來評價混合料的水穩(wěn)定性見圖6～圖9。各項性能狀況如表3所示。

表3 混合料路用性能

測試表明，大孔隙高分子聚合物混合料的高、低溫性能明顯優(yōu)于OGFC瀝青混合料；大孔隙高分子聚合物混合料抗滑性能稍低于OGFC瀝青混合料，但相差不大；以浸水殘留穩(wěn)定度和浸水飛散損失評價OGFC瀝青混合料水穩(wěn)定性均較差。以浸水殘留穩(wěn)定度評價大孔隙高分子聚合物混合料，其水穩(wěn)定性較差。而以浸水飛散損失評價大孔隙高分子聚合物混合料水穩(wěn)定性卻非常優(yōu)異，但此時混合料強度已明顯降低很多，如圖10所示，因此以浸水飛散損失來評價大孔隙高分子聚合物混合料水穩(wěn)定性不能反映真實情況。

4 結(jié)論

本文對大孔隙高分子聚合物混合料的路用性能進行了研究，通過對兩種混合料路用性能的對比，得出以下主要結(jié)論：

1)大孔隙高分子聚合物混合料的高、低溫性能優(yōu)異，明顯高于同級配的OGFC瀝青混合料；2)大孔隙高分子聚合物混合料抗滑性能稍低于OGFC瀝青混合料，但相差不大；3)以浸水殘留穩(wěn)定度評價大孔隙高分子聚合物混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果表明水穩(wěn)定性較差；4)以浸水飛散損失評價大孔隙高分子聚合物混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果表明水穩(wěn)定性優(yōu)異。但此時混合料強度已明顯降低，因此以浸水飛散損失評價大孔隙高分子聚合物混合料的水穩(wěn)定性不符合實際情況。

[1] Marzocchi A,Robertn G,Bolen GE.Road pavement and repair: USA, US 4265563[P].1981-05-05.

[2] Chattopadhyay DK,Raju KVSN.Structural engineering of polyurethane coatings for high performance applications[J].Progress in Polymer Science,2007,32(3):352-418.

[3] Sarva SS,Deschanel S,Boyce MC, et al.Stress-strain behavior of a polyurea and a polyurethane from low to high strain rates[J].Polymer,2007,48(8):2208-2213.

[4] Mohamed Jais.Rapid remediation using polyurethane foam/resin grout in Malaysia[J].Geotechnical Research,2017(2):1-11.

[5] 王火明.多孔隙聚氨酯碎石混合料強度及路用性能[J].中國公路學(xué)報,2014(10):24-31.

[6] 李汝凱,王小明,王火明,等.聚氨酯碎石透水路面膠水用量試驗研究[J].公路工程，2015(2):105-108.

[7] 李汝凱,王火明,周 剛.多孔隙聚氨酯碎石混合料強度及影響因素試驗研究[J].中外公路，2015(1):244-247.