適應凍融環境的排水降噪瀝青混合料優化設計

劉宇

（1.中鐵投資集團有限公司，北京 100070；2.中鐵京西（北京）高速公路發展有限公司，北京 102308）

排水降噪瀝青路面的空隙率達到18%以上，具有大空隙特征，近年來在高速公路和城市快速路中應用廣泛[1]。排水降噪瀝青路面一般用于南方多雨地區，可提高雨天行車安全性；或者作為交通噪聲污染路段的路面表面層，可提高公路沿線居民的居住舒適度[2,3]。對于冬季凍融地區，由于排水降噪瀝青路面的空隙率較大，冰雪被車輛碾壓擠入內部空隙中，在凍脹作用下對路面結構造成一定損傷[4]。高黏度添加劑作為關鍵原材料，對排水降噪瀝青混合料的抗飛散性能影響顯著[5]。混合料級配、纖維、外界環境條件等因素亦對排水降噪瀝青混合料耐久性產生較大影響[6～8]。因此，通過材料優化提高排水降噪瀝青混合料耐久性，更加適應北方寒冷地區。

一、試驗設計

（一）原材料

1.瀝青

采用SBS改性瀝青與高黏度添加劑復合改性方案制備高黏度改性瀝青，作為排水降噪瀝青混合料的膠結料。高黏度改性瀝青主要技術指標如表1所示。

表1 高黏度改性瀝青主要技術指標

2.粗集料

粗集料采用玄武巖，主要技術指標如表2所示。

表2 粗集料主要技術指標

3.細集料

細集料采用石灰巖，主要技術指標如表3所示。

表3 細集料主要技術指標

4.礦粉

礦粉采用石灰巖磨細礦粉，主要技術指標如表4所示。

表4 礦粉主要技術指標

（二）凍融循環試驗方法

采用上述原材料制備排水降噪瀝青混合料，成型標準馬歇爾試件。考慮到極端高低溫、浸水等客觀環境條件，采用凍融循環試驗模擬北方地區冬、夏季的氣候及溫度循環，試驗條件為低溫-18℃和高溫水浴60℃交替循環。具體的試驗方法如下：

1.按照規范要求成型標準馬歇爾試件，每組試件不少于4個；

2.試件飽水處理：飽水浸泡0.5h，然后真空飽水15min，恢復常壓浸水0.5h，完成試件飽水；

3.試件凍融處理：在-18℃下冰凍16h，然后將試件放入60℃水浴箱融化8h，此為一次循環；

4.重復步驟3凍融循環過程，直到達到試驗所需循環次數為止；

5.按照規范要求開展肯塔堡飛散試驗，得到肯塔堡飛散損失；

6.考慮到重復性試驗誤差，飛散損失絕對值合理波動可能對數據分析產生一定影響，以未凍融試件的飛散損失作為基準值，分別計算不同凍融循環次數后的飛散損失增長率，作為抗凍融性能評價指標。

二、試驗結果與分析

（一）公稱最大粒徑對抗凍融性能的影響

分別測試PAC-10、PAC-13、PAC-16排水降噪瀝青混合料測試飛散損失。測試結果顯示，隨著凍融循環次數增加，排水降噪瀝青混合料的飛散損失呈現增長趨勢，飛散損失增長率逐漸增大。在凍融循環6次～8次時，飛散損失增長趨勢更加明顯，其余時候飛散損失增長相對平緩。對比不同公稱最大粒徑的飛散損失增長率可知，小粒徑排水降噪瀝青混合料抗凍融性能優于大粒徑排水降噪瀝青混合料。原因可能是小粒徑排水降噪瀝青混合料油石比較大，集料表面裹附的瀝青膜較厚，集料顆粒之間的黏結強度較高。此外，小粒徑排水降噪瀝青混合料集料粒徑較為均勻，在試驗過程中受撞擊時不易發生應力集中現象，同樣有利于提高抗凍融性能。

（二）纖維對抗凍融性能的影響

分別測試未摻加纖維和外摻0.1%聚酯纖維的PAC-13排水降噪瀝青混合料測試飛散損失。

隨著凍融循環次數增加，無論是否摻加纖維，排水降噪瀝青混合料的飛散損失均呈增長趨勢，飛散損失增長率逐漸增大。相比之下，摻加纖維的排水降噪瀝青混合料抗凍融性能更好，在相同凍融循環次數下其飛散損失增長率小于未摻加纖維的排水降噪瀝青混合料。纖維在集料骨架之間縱橫交錯，起到吸附、穩定、加筋等作用，增大了集料顆粒之間的粘結力，提高了承受外界荷載作用的能力，有利于提升排水降噪瀝青混合料抗凍融性能。

（三）凍融條件對抗凍融性能的影響

分別測試飽水凍融和無水凍融條件下PAC-13排水降噪瀝青混合料飛散損失。無水凍融是指馬歇爾試件冰凍處理后置于60℃烘箱融化而非60℃水浴箱融化，其他試驗條件不變。

隨著凍融循環次數增加，無水凍融條件下排水降噪瀝青混合料的飛散損失增長率更小。無水凍融條件下混合料在冰凍時僅是材料溫度降低，由于沒有水分結冰膨脹，集料顆粒不會受到或是輕微受到冰晶的膨脹力作用，對集料骨架結構損傷較小，飛散損失增長率較低。在無水凍融條件下，水分與瀝青分子的置換作用也較弱，對集料顆粒之間粘結力的削弱也較少。上述因素均有利于提高排水降噪瀝青混合料的抗凍融性能。

三、結語

本文分析了公稱最大粒徑、纖維、凍融條件等因素對排水降噪瀝青混合料飛散損失增長率的影響，發現較小粒徑、摻加纖維、無水凍融等措施均有利于提高排水降噪瀝青混合料的抗凍融性能。因此，在我國北方凍融環境中，可采用小粒徑混合料級配，摻加一定量的纖維，及時除雪清冰保證路面干燥，提高排水降噪瀝青混合料的抗凍融性能。