山區高速公路排水性瀝青路面材料特性研究

李廣俊

（招商局重慶公路工程檢測中心有限公司， 重慶 400067）

0 引言

隨著西南地區交通網的完善，山區地區高速公路的修建數量逐漸增加。由于重慶山區公路路線受地形地質影響，道路多為曲線且縱斷面坡度較大，給行車安全與舒適性帶來不利。特別在高溫多雨季節，路面排水工作量加大，雨水在光滑路表面形成水膜的可能性增大，導致產生水漂的危險性加大，且路面未及時排出的積水產生的行車濺水和水霧也大大影響了行車安全[1]。針對多雨山區高速公路路面排水的設計中，盡可能考慮將路面排水的效率提高，保持路面的抗滑性能，進一步提高雨天行車安全，提出了排水性瀝青路面。

由于排水性瀝青路面為多孔骨架嵌擠結構，路面空隙率大，一般在20%至25%之間，雨水能快速通過路面內部結構中連通空隙排出路面，從而消除路面積水；且排水性瀝青路面的表面紋理粗糙，即使在雨天中也難以形成水膜，提高了道路行車安全，對道路的抗滑性能產生積極作用，不僅如此，由于表面結構紋理粗糙，還可以減少道路白天太陽光和夜晚車輛燈光造成眩光[1,2]。因此在多雨山區高速公路路面設計中選擇排水性瀝青路面更為合理。

1 排水性瀝青路面原材及性能要求

排水性瀝青路面具有大孔隙結構特點，粗集料用量多、細集料含量少，瀝青混合料的強度是通過混合料自身粘結作用與集料間的嵌擠力形成的[4]。因此對粗集料的技術性能有較高的要求；且瀝青結合料的性質是影響混合料的水穩定性及路面耐久性的重要因素，所以對結合料的技術性能提出高要求。

1.1 瀝青

排水性瀝青路面的大孔隙結構，較普通瀝青路面更易受到日光與空氣等外界不利因素影響，且雨天中路面結構空隙與車輛輪胎間會產生更大的水壓力，對瀝青混合料中瀝青產生剝離作用，若瀝青與填料的粘附性不好，混合料容易產生剝落與松散現象。粗集料之間的嵌擠力和瀝青與填料之間的粘結力是排水性瀝青混合料承支撐路面壓力的主要來源，其中瀝青與集料之間的粘結力主要依靠瀝青的性質[3]，所以對排水性瀝青路面瀝青選擇應選用高粘改性瀝青。

根據國內外研究現狀表明，高粘改性瀝青能夠顯著提高排水性瀝青混合料的抗車轍能力和水穩定性，提高路面耐久性能，特別適用于高溫多雨的重交通高速公路路面。目前，常用的排水性瀝青路面采用的瀝青材料，包括殼牌生產的成品高粘改性瀝青、TPS（TAFPACK-Super）高粘改性瀝青和HVA（High Viscosity

Additive）高粘改性瀝青。

本文根據《JTG E20-2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》選擇三種高粘改性瀝青進行延度、軟化點、針入度及粘度等指標進行對比試驗，其中兩種高粘瀝青為在殼牌70#基質瀝青添加不同比例高粘改性劑，TPS 是深圳海川新材料科技有限公司以熱塑性橡膠、粘結性樹脂和增塑劑等為主要成分，專為大空隙瀝青混凝土路面而研發的高粘改性劑；另一種為成品瀝青，為殼牌公司生產高粘改性瀝青。

三種高粘改性瀝青對比試驗結果如下表2.1。

表2 .1 不同高粘改性瀝青技術指標檢測結果

由表2-1 可知，在70#基質瀝青中加入SBS+15%TPS，能夠大大提高瀝青的各項性能指標，60℃動力粘度是評價高粘改性瀝青混合料耐流動性的重要指標[3]，其中SBS+15%TPS 高粘改性瀝青達到145881Pa·s，遠遠大于規范中20000Pa·s，說明SBS+15%TPS 高粘改性瀝青高溫穩定性好、強度大以及抗變形能力好，在重慶山區高溫多雨情況下，SBS+15%TPS 高粘改性瀝青仍然能夠滿足要求；另一方面，除殼牌高粘改性瀝青，兩個SBS+TPS 高粘改性瀝青的60℃動力粘度值遠大于規范值，考慮將粘度改性瀝青的技術要求中的60℃動力粘度值提高。

1.2 集料

1.2.1 粗集料

排水性瀝青路面粗集料用量較多，占集料總量的80%以上；保證排水性瀝青路面大孔隙結構特點是基于粗集料之間的嵌擠作用，所以對粗集料的選擇尤為關鍵。

粗集料的顆粒形狀、技術性質及級配對排水路面瀝青混合料的性能有著重要影響。首先，粗集料的壓碎值與混合料間嵌擠作用有關，壓碎值越小，粗集料的抗擠壓能力越好，混合料的嵌擠強度越大；粗集料的針片狀顆粒含量越多，會降低混合料之間的粘結作用，且被壓碎的集料顆粒越多，會堵塞空隙，影響排水效果；因排水性瀝青路面經常受到雨水沖刷，為保證路面的耐久性能，集料應與瀝青具有良好的粘附性[4,6]。

一般來說，對排水性瀝青路面選用的粗集料為玄武巖和花崗巖。參照國內外排水性瀝青路面研究現狀，并結合重慶山區高速公路技術指標，提出山區高速公路排水性瀝青路面用粗集料技術要求，并選用重慶遠洋綜合石料廠生產的玄武巖碎石進行試驗，結果如下表2-2 所示。

表2 .2 山區高速公路排水瀝青路面粗集料技術指標

排水性瀝青路面的排水性能主要與其連通空隙率有關，而連通空隙與集料的最大粒徑有關。國外研究表明[4]，采用較高含量的改性瀝青路面，選用較大粒徑的粗集料能夠延長路面使用壽命，增大路面的構造深度，提高路面抗滑能力。但一般我國排水性瀝青路面采用集料的最大粒徑為13.2mm，所以為提高路面使用壽命，增強排水能力，不妨考慮采用16mm 的集料。

1.2.2 細集料

排水性瀝青路面混合料所用細集料所占比例較少，一般可以采用石屑、天然砂和機制砂。不同的細集料表面情況不同，與瀝青拌合而成的混合料的性能就有所不同。石屑是人工破碎過程中得到的，具有表面粗糙，棱角多，與瀝青的粘附性好的特點，可以提高瀝青混合料的穩定度和動穩定度[41]；天然砂主要是石英，具有耐久性好，施工易壓實的特點，但天然砂表面棱角少，與瀝青的粘附性差；機制砂是由制砂機生產出來的，表面粗糙、棱角性好。本文試驗采用的細集料為石灰巖的碎石，其性能檢驗結果見表2.3。

表2 .3 山區高速公路排水瀝青路面細集料技術指標

排水性瀝青混合料的空隙率與細集料2.36mm 的通過率有關。由圖2-1 可知，若保證排水性瀝青路面空隙率20%～25%之間，細集料中2.36mm 的含量最好控制在20%左右，我國細集料規范控制2.36mm 含量通過率在10%～22%，建議將范圍值提高至15%～22%。

1.3 填料

礦粉也可以稱作填料，通常采用石粉，也可以用粉煤灰，消石灰和水泥一定量替換石粉。作為礦粉，應該滿足一定的潔凈、干燥和自由流動性。

對于排水瀝青路面而言，提高其水穩性的措施之一，采用消石灰和水泥替代部分或全部礦粉[10]。國內外研究證明，摻加石灰或水泥活性大且具有同瀝青相反酸堿性的物質做礦料，能夠提高瀝青混合料的抗水損害性能，減緩瀝青混合料的老化，但是水泥成分較為復雜、活性比消石灰低且相對密度較消石灰更大，即摻配比例更大，不建議使用[6]。將混合料中礦料分別摻加1.0%消石灰、3.0%消石灰、2.5%水泥、4.5%水泥進行劈裂強度試驗，發現3.0%消石灰標準劈裂強度與凍融劈裂強度最優，說明3%消石灰摻量是混合料抗水損性能指標最優摻量，這與《公路瀝青路面施工技術規范》中摻量上限2%相悖，故可否考慮將技術規范中的摻量提高。

2 結論

①對于山區排水性瀝青路面的瀝青材料技術指標要求，應重點考慮60℃動力粘度，規范中要求的20000Pa·s 遠不滿足現近高粘改性瀝青的發展，故考慮提高60℃動力粘度指標要求。

②現行國內排水性瀝青路面粗集料的最大粒徑為13.2mm，結合國內外研究現狀，提高路面使用壽命，增強排水能力，不妨考慮采用16mm 的集料。

③細集料含量與路面空隙率有關，為保證排水性瀝青路面空隙率最優，建議將細集料用量范圍從10%～22%提高到15%～22%。

④關于填料的選擇，推薦使用3%消石灰，對提高混合料水穩定性有顯著影響。