濕熱地區(qū)改性瀝青混凝土抗?jié)B水性能試驗(yàn)研究

摘要：路面結(jié)構(gòu)中的水分會導(dǎo)致瀝青混合料的早期劣化，并且由于集料與結(jié)合料之間粘結(jié)力的喪失而降低路面的耐久性。文章基于廣西氣候特點(diǎn)，研究在瀝青混凝土中摻入乙二胺（8% ED）、聚乙烯-丁二烯乳液（7% LE）和聚醋酸乙烯酯（PVA 7%）與苯乙烯（4% SBS）等聚合物，測量計(jì)算試樣的滲透系數(shù)并且進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：復(fù)摻PVA+SBS空隙率最小，滲透系數(shù)最小，抗?jié)B水性能最好，推薦采用。

關(guān)鍵詞：改性瀝青;改性材料;滲透系數(shù);抗?jié)B水性能

0 引言

濕熱地區(qū)雨季持續(xù)時(shí)間長、降雨量大，夏季高溫持續(xù)時(shí)間長，水損害是該地區(qū)瀝青路面的主要病害。一般而言，瀝青混凝土遭受水損害，路面結(jié)構(gòu)中的水分會導(dǎo)致瀝青混合料的早期劣化，并且由于集料與結(jié)合料之間粘結(jié)力的喪失而降低路面的耐久性，從而可能導(dǎo)致混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的喪失，直接引發(fā)路面早期損壞。瀝青混合料組分之間的粘附性通常是由它們的抗?jié)B水性能決定?？?jié)B水性能最大影響因素之一是空隙率。改性材料加入瀝青或集料混合物可改善其性能，被廣泛用于修補(bǔ)瀝青混凝土路面車轍、永久變形、滲水等路面病害。根據(jù)其化學(xué)成分和用途可分為不同類型，如彈性體、塑性體和防剝離聚合物。本文基于廣西氣候特點(diǎn)，在瀝青混凝土中摻入乙二胺（8% ED）、聚乙烯-丁二烯乳液（7% LE）和聚醋酸乙烯酯（7%PVA ）與苯乙烯（4% SBS）等聚合物，測量計(jì)算試樣的滲透系數(shù)并且進(jìn)行對比分析，研究探討各種聚合物添加劑對瀝青混合料滲透性的影響，旨在提高瀝青混凝土抗?jié)B水性能。研究結(jié)果可為以后的實(shí)際工程和進(jìn)一步的理論研究提供參考。

1 原材料

瀝青選用中石油重交瀝青50#和70#，制備瀝青混凝土試件。中石油重交瀝青50#和70#基質(zhì)瀝青基本性能指標(biāo)檢測結(jié)果如表1所示。

基于廣西地區(qū)的道路施工經(jīng)驗(yàn)，試件采用AC-13瀝青混凝土，經(jīng)馬歇爾試驗(yàn)確定最佳石油比為4.6%。為了真實(shí)模擬在廣西區(qū)內(nèi)鋪設(shè)的瀝青混凝土路面，采用河池大化石場的輝綠巖母巖軋制碎石，使用的粗集料粒徑為16～4.75 mm，細(xì)集料中的砂粒徑為4.75～0.075 mm，集料的篩分試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，設(shè)計(jì)級配曲線如圖1所示。

2 抗?jié)B水性能試驗(yàn)

試件分別單摻LE和ED，復(fù)摻PVA+SBS聚合物，試件尺寸為150 mm×63.5 cm±2 mm。采用組合式落頭滲透儀檢測其滲水情況。測定試樣經(jīng)過時(shí)間t后，組合式落頭滲透儀上t1時(shí)刻與t2時(shí)刻的水頭刻度差值可評價(jià)瀝青混合料的抗?jié)B水性能。

滲透系數(shù)計(jì)算公式如（1）所示：

K=a×HA×Δtlnh1h2（1）

式中，K——滲透系數(shù)（cm/s）;

h1——t1時(shí)刻滲透儀的水頭（cm）;

h2——t2時(shí)刻滲透儀的水頭（cm）;

Δt——t1時(shí)刻與t2時(shí)刻的時(shí)間差（s）;

a——進(jìn)水管內(nèi)截面積（cm2）;

A——試件截面積（cm2）;

H——試樣高度，采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件6.35 cm。

對每個試件重復(fù)測試三次，用式（1）計(jì)算結(jié)果相差不到10%，則取平均值作為試件的滲透系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如下文表3、表4及圖2、圖3所示。

3 抗?jié)B水性能分析

由表3可知，50#基質(zhì)瀝青制備瀝青混凝土試件，摻入水泥填料但未摻入改性材料，且最大空隙率為6.983%的情況下，滲透系數(shù)最大為58.745 cm/s;摻入石灰石粉填料但未摻入改性材料，且最大空隙率為5.413%的情況下，滲透系數(shù)最小為8.971 cm/s。

由下頁表4可知，70#基質(zhì)瀝青制備瀝青混凝土試件，摻入水泥填料但未摻入改性材料，且最大空隙率為7.054%的情況下，滲透系數(shù)最大為61.523 cm/s;摻入石灰石粉填料復(fù)摻7% PVA+4% SBS，且最大空隙率為4.398%的情況下，滲透系數(shù)最小為2.305 cm/s。

由表4計(jì)算可知，摻入石灰石粉填料但未摻入改性材料試樣平均滲透系數(shù)為22.718 cm/s，摻入改性材料試樣平均滲透系數(shù)為18.029 cm/s，較前者降低了約21%。摻入水泥填料但未摻入改性材料試樣平均滲透系數(shù)為60.134 cm/s，摻入改性材料試樣平均滲透系數(shù)為30.214 5 cm/s，較前者降低了約50%。表明相同填料，摻入改性材料后，試樣滲透系數(shù)均降低，抗?jié)B水性得到改善。摻入石灰石粉填料較水泥填料滲透系數(shù)低，未摻入和摻入改性材料分別降低62%和40%。

由圖2可知，對于所有的摻入方案，滲透系數(shù)范圍為6.488～61.523 cm/s，70#瀝青制備的混合料的抗?jié)B水性能低于50#瀝青制備的混合料。未摻入改性材料試樣滲透系數(shù)最大為41.426 cm/s;復(fù)摻PVA+SBS試樣滲透系數(shù)最小為14.520 cm/s。單摻ED、單摻入LE和復(fù)摻PVA+SBS試樣的滲透系數(shù)平均值分別為23.034 cm/s、34.812 cm/s、14.520 cm/s，較未摻入改性材料滲透系數(shù)分別降低了約44%、16%、65%。表明摻入改性材料后，試樣滲透系數(shù)均降低，抗?jié)B水性得到改善。其中復(fù)摻PVA+SBS滲透系數(shù)最小，其抗?jié)B水性能最好。

由圖3可知，對于所有的摻入方案，空隙率范圍為4.398～7.054 cm/s，70#瀝青制備的混合料的空隙率高于50#瀝青制備的混合料。隨著空隙率的減少，試樣的滲透率也隨之降低，抗?jié)B水性能提高，空隙率與滲透系數(shù)成正比。最大空隙率為7.045%時(shí)，以水泥為填料未摻入改性材料的試樣滲透率為61.523 cm/s;最小空隙率為4.398%時(shí)，以摻入石灰石粉為填料的復(fù)摻7% PVA+4% SBS試樣滲透率為2.305 cm/s，空隙率下降38%時(shí)滲透率下降96%，表明空隙率對滲透率影響較大。單摻ED、單摻入LE和復(fù)摻PVA+SBS的空隙率平均值分別為6.118%、6.380%、5.716%，較未摻入改性材料空隙率平均分別減少了約6%、2%、12%，表明摻入改性材料后，試樣空隙率均減少，抗?jié)B水性得到改善。其中復(fù)摻PVA+SBS空隙率為最小，滲透系數(shù)最小，其抗?jié)B水性能最好。

4 結(jié)語

本文在瀝青混凝土中摻入乙二胺（8% ED）、聚乙烯-丁二烯乳液（7% LE）和聚醋酸乙烯酯（7% PVA）與苯乙烯（4% SBS）等聚合物，通過試驗(yàn)測量計(jì)算試樣的滲透系數(shù)并且進(jìn)行對比分析可知：

（1）相同填料，摻入改性材料后，試樣滲透系數(shù)均降低，抗?jié)B水性得到改善。摻入石灰石粉填料較水泥填料滲透系數(shù)低，未摻入和摻入改性材料分別降低62%和40%。

（2）對于所有的摻入方案，滲透系數(shù)范圍為6.488～61.523 cm/s，70#瀝青制備的混合料的抗?jié)B水性能低于50#瀝青制備的混合料。

（3）單摻ED、單摻入LE和復(fù)摻PVA+SBS的空隙率平均值分別為6.118%、6.380%、5.716%，較未摻入改性材料空隙率平均分別減少了約6%、2%、12%，表明摻入改性材料后，試樣空隙率均減少，抗?jié)B水性得到改善。其中復(fù)摻PVA+SBS空隙率為最小，滲透系數(shù)最小，其抗?jié)B水性能最好，推薦采用。

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