排水性沥青混合料路用性能改善措施

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第 １６卷第 １期　
２０１３年 ２月　
建 筑 材 料 学 报　
ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　
Ｖｏ１．１６，Ｎｏ．１　
Ｆｅｂ．，２０１３　
文 章 编 号 ：１００７—９６２９（２０１３）０１－０１６４－０７　
排水性沥青混合料路用性能改善措施　
程　 成 ，　 马　 翔 ，　 刘松 玉　
（东南 大学 交通 学 院 ，江 苏 南 京 ２１００９６）　
摘要 ：为提 高排 水性 沥青 混合料 的路 用性 能 ，从 级 配 、胶 结料 类 型和 添加剂 的 角度分 析排 水 性 沥青　
混合料路用性能的影响因素，并推荐 了改善其路用性能 的相 关措 施．研究 结果 表明 ：随着空隙率的　
增加 ，排 水性 沥青混合 料稳 定性 变差 ，表 面功能特 性增 强 ；６０℃ 动 力黏 度 是排 水 性 沥青 混合 料胶 结　
料 最关键 的指标 ；纤维添加 剂 可以 明 显提 高排 水性 沥青 混 合料 的耐 久 性 ；消石灰 可 以改 善排 水性　
沥青混合料的水稳定性．排水性沥青混合料材料组成应该以高黏沥青为胶结料，掺加聚酯纤维；水　
稳 定性要 求 高的地 区可 以采 用消石灰 同比例 替代 矿粉 ．　
关键 词 ：排 水性 沥青混合 料 ；路 用性 能 ；高黏 沥青 ；添加 剂　
中图分类 号 ：Ｕ４１６．２１７　 文献标 志码 ：Ａ　 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—９６２９．２０１３．０１．０３１　
Ｍ ｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　Ｉｍ ｐｒｏｖｅ　Ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ　ｏｆ　Ｐｏｒｏｕｓ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｍ ｉｘｔｕｒｅ　
ＣＨ ＥＮ Ｇ　Ｃｈｅｎｇ ，　 Ｍ Ａ　Ｘｉａｎｇ ，　 Ｌ　Ｕ　Ｓｏｎｇ—ｙｕ　
（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐ０ｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｉｉｎｇ　２１００９６，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ，ｓｅｖｅｒａｌ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　
ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｇｒａｄａｔｉｏｎ，ｂｉｎｄｅｒ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｔｏ　
ｉｍｐｒｏｖｅ　ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｖｏｉｄ，ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍ ｉ　ｘ—　
ｔｕｒｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｄ．ｓｕｒｆａｃｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｅｎｈａｎｃｅｄ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ａｔ　６０℃ ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　
ｉｎｄｅｘ　ｆｏｒ　ｂｉｎｄｅｒ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ；ｆｉｂｅｒ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｃａｎ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　
ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ；ｌｉｍ ｅ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｗａｔｅｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ． Ｓｏ，ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ　
ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｍａｄｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｂｉｎｄｅｒ　ａｎｄ　ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ　ｆｉｂｅｒ，ａｎｄ　１ｉｍｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　
ｑｕａｌｉｔｙ　ｆｉｌｌｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｅａｓ　ｗｈｅｒｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｄｅｓｉｒｅｄ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ；ｐａｖｅｍ ｅｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ；ｈｉｇｈ—ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｂｉｎｄｅｒ；ａｄｄｉｔｉｖｅ　
排水性沥青混合料是主要由单一粒径碎石组　
成 ，有相 对较 大孑Ｌ隙率 的断级 配沥青 混合 料．其 空 隙　
率 一般在 １５％ 以上 ，能迅 速 排 除路 表 积水 ；表 面 粗　
糙 ，摩 擦 阻力 大 ，具 有 良好 的抗 滑 性 能 ；能 明显 降低　
路面噪声．正是因为排水性沥青混合料具有如此优　
良的表 面功 能特 性 ，许 多 国家将 其 作 为 道 路磨 耗 层　
的首选方案 ，有些国家甚至 将大 空隙沥青 混合 料应　
用 于 机场道 面 ，国内也 针 对 排 水性 沥青 混 合料 进 行　
了专题研究 ，并取得一 些研 究成 果［１　］．空隙率 大给　
沥青混 合料 带来 良好 的表 面功能 特性 ，与此 同时 ，大　
的空 隙率 也导致 了沥青混 合料 耐久性 差 、强 度 低 、高　
温性能不稳定的缺点．排水性沥青混合料要得到大　
规模的推广应用必须采取各种措施提高其路用　
性 能．　
大量 文献 ＿５　］研 究结 果 均表 明排 水 性 沥 青 混 合　
料 的耐 久性 与胶结 料 ６０℃动 力黏 度有密 切关 系 ，美　
国和欧洲不仅采用改性沥青作为排水性沥青混合料　
的胶结料，还用消石灰代替填料，并 在混合料 中掺加　
纤 维 以提高排 水性 沥青 混合料 的耐 久 性［８　］．采用 聚　
合 物改 性沥青 、纤 维 、消石 灰 等措施 均能 改善 排水 性　
收稿 日期 ：２０１２—０３—０５；修订 日期 ：２０１２—０４—１８　
基金 项 目：中美合 作研 究项 目（８６２１００１０２９）　
第一作者 ：程 成（１９８３一），男，江苏南京人 ，东南大学博士生．Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｒｃｈｅｎｇ１９８３＠１２６．ｃｏｒｎ　
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第 １期　 程　 成 ，等 ：排水性 沥青 混合 料路 用性能改善措施　
沥 青混 合料 的路 用 性 能［１　ｎ］，这 是 目前 排水 性 沥 青　
混合料研究成果 的共识 ，然 而如何兼 顾排 水性 沥青　
混合 料强 度 、耐久 性 和表 面功 能特性 ，还 需要 更 深入　
的研 究．本 文 从级 配 、胶 结料 类 型和 添加 剂 的角度 考　
虑其对排水性沥青混合料性能的影响，在此基础上　
提出改善排水性沥青混合料路用性能的措施，为排　
水性 沥青 混合 料在 中国 的大规模 推广 应 用提 供必 要　
的支 持．　
１ 试验方案设计　
本研 究 主要 目的是 在 已有研 究 的基础 上分 析 原　
材料和材料组成对排水性沥青混合料路用性能的影　
响 ，进 而 提 出 增 强 排 水 性 沥 青 混 合 料 路 用 性 能 的　
措 施．　
为了分析级配对排水性沥青混合料性能的影　
响 ，采 用 体 积 分 数 分 别 为 １３　 ，１５　 ，１７％ ，２Ｏ　 ，　
２３　 这 ５种 目标 空 隙率 的排水 性沥 青混 合料 进 行对　
比研 究 ；为 了分 析胶 结 料对 排 水 性 沥 青 混 合料 路用　
性 能 的 影 响 ，采 用 ＳＢＳ改 性 沥 青 、高 黏 沥 青 （ｈｉｇｈ—　
ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｂｉｎｄｅｒ，ＨＶＢ）、高 强 沥 青 （ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ　
ｂｉｎｄｅｒ，ＨＳＢ）进 行对 比研 究 ；为 了分 析添 加 剂 对 排　
水性沥青混合料路用性能的影响，分别添加木质素　
纤 维 、聚酯纤 维 、矿物 纤维 及 消石灰 进行 对 比研究 ．　
研究过程中主要对各种沥青混合料的强度性　
能 、耐 久性 、高 温性 能 、低 温 性 能 和表 面 功 能特 性 进　
行了对比研究．鉴于排水性沥青混合料的表面功能　
特性 主要 受 级配 的影 响 ，针 对 表 面 功 能 特性 的研 究　
主要 通过 不 同 目标 空 隙率 的排水 性 沥青 混合 料性 能　
进行 对 比分 析．　
２ 原材料试验　
２．１ 沥 青　
分别 采用 ＳＢＳ改 性 沥 青 、高 黏 沥 青 （ＨＶＢ）、高　
强沥青 （ＨＳＢ）作 为排水 性 沥青 混合料 的胶结 料进 行　
路 用性 能 对 比研 究 ，这 ３种 沥 青 的相 关 指 标 见表 １．　 ｅｌ　
其中沥青的动力黏度采用真空减压毛细管法测得， Ｐｏ　
复数剪切 黏 度 采 用 动 态 剪 切 流 变 仪 在 １．６　Ｈｚ，　
１１０　Ｐａ的剪应 力条 件下 测得 ．　
由表 １可 以看 出，高黏沥青 的特 点是软化点很 高 ，　
达到 ９１．０℃ ；６０℃动力 黏度很 大 ，可达 １００　０００　Ｐａ・Ｓ　
以上；高强沥青的特点是黏韧性值很大，６０℃复数　
剪 切 黏度 较大 ，是 高黏沥 青 的 ３倍 以上 ，５℃延 度 很　
小 ，几 乎 为 ０；ＳＢＳ改性 沥 青是 高 速 公 路建 设 过 程 使　
用 效果 很好 的一 种 沥青 ，其 ６０℃ 的动 力黏度 介 于 高　
强 沥青 和 高黏 沥青 之 间．　
表 １ 沥青 试验 结果　
Ｔａｂｌｅ　１　 Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｂｉｎｄｅｒｓ　
Ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｂｉｎｄｅｒ　 Ｔｅｓｔ　
Ｈ ＶＢ　 Ｈ ＳＢ　 ＳＢＳ　 ｍｅｔｈｏｄ　
Ｎｏｔｅ：Ｇ　 ｉｓ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｎｕｍｂｅｒ；ＤＳＲ（ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｈｅａｒ　ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）　
ＲＴＦＯＴ（ｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｏｖｅｎ　ｔｅｓｔ）．　
２．２ 矿 料　
为了保持 良好 、耐久 的微观纹理 ，从而保证 道路　
表面具有良好的抗滑性能，排水性沥青混合料必须　
使用不易磨光的集料．另外，粗集料也必须不易破　
碎．如果 集 料 太 软弱 ，排水 性 沥青 混 合 料在 生 产 、摊　
铺过程及重交通荷载作用下易破碎，这样会改变排　
水性 沥青 混合 料 的 级配 ．表 ２列 出 了排水 性 沥青 混　
合料所 用 集料 的试 验指标 和技 术要 求．　
表 ２ 集 料 特 性　
Ｔａｂｌｅ　２　 Ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　
Ｎｏｔｅ：ＬＡ（１ｏｓ　ａｎｇｅｌｅｓ）　
排水性沥青混合料填料宜采用石灰岩碱性石料　
经 磨 细得 到 的矿粉 ，矿粉 必 须 干燥 、清洁．本 研 究采　
用 石灰 岩矿 粉 ，其 试验 指标 及技术 要求 见表 ３．　
２．３ 纤 维　
目前 ，路用 纤 维 的品种 繁多 ，为 了分 析纤 维 在大　
空隙排水性沥青混合料中的适用性，本研究选择聚　
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建 筑 材 料 学 报　 第 ｌ６卷　
表 ３ 矿 粉特 性　
Ｔａｂｌｅ　３　 Ｆｉｌｌｅｒ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　
酯 纤维 、矿物 纤维 、木质 素纤维 ３种 有代 表性 的纤 维　
掺 人排 水性 沥青 混 合 料 进行 性 能 对 比分析 ，掺 加 比　
例 为矿 料质 量 的 ０．２５　 ，纤 维指 标 满 足 中 国技术 规　
范 的要 求．　
３ 级配组成及最佳油石比　
为尽量 减少 级 配误 差 对 试 验结 果 的影 响 ，本 研　
究参考 文献 ［２］，所有混 合料 的配 料均依 据表 ４的 目　
标级配按照单一粒径逐一抓配．　
传统确定沥青混合料最佳油石比的马歇尔方法　
不再 适用 于大 空 隙率 的排 水性 沥青 混 合 料．参 考 文　
献 ［２］，本 研究确 定排 水性 沥青混 合料 的最佳 油 石 比　
时 ，首先进 行析 漏试 验 、飞 散试 验和 马歇尔 稳定 度 试　
验．然后根据析漏试验及飞散试验确定的沥青用量　
范 围 ，参 照马歇 尔稳 定度试 验结 果 ，最终确 定 几种 排　
水性沥青混合料的最佳沥青用量，具体试验结果如　
表 ５所示 ．　
表 ４ 不同 目标空隙率排水性沥青混合料的目标级配　
Ｔａｂｌｅ　４　 Ｇｒａｄａｔｉｏｎ（ｂｙ　ｍａｓｓ）ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔａｒｇｅｔｅｄ　ａｉｒ　ｖｏｉｄ　
Ｈ ＶＢ　
ＨＳＢ　
ＳＢＳ　
Ｈｙｄｒａｔｅｄ　１ｉｍｅ　
Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ　ｆｉｂｅｒ　
ＨＶ Ｂ　 Ｍ ｉｎｅｒａ１　ｆｉｂｅｒ　
Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ｆｉｂｅｒ　
４ 路 用性 能研 究　
４．１ 强度 性能　
本 研究 采用 马 歇尔 试 验 对 比不 同胶 结 料 、不 同　
目标空隙率以及纤维添加剂对排水性沥青混合料稳　
定度影响．在确 定胶结料 类型和 目标空 隙率对其强　
度性 能影 响较 大后 ，分别依 照 ＪＴＧ　Ｅ２Ｏ一 ２０１ｌ《公路　
工程沥青及沥青混合料试验规程》中 Ｔ０７１６和　
Ｔ０７１３试验 方法 评价 １５℃劈裂 强度 和 １５℃抗 压强　
度对排水性沥青混合料的强度影 响．　
强度 试验 结果见 表 ６，表 ６中 （１）从 １　～ ４　样　
品的马歇尔稳定度、劈裂强度和抗压强度试验结果　
可以看出：目标空隙率对排水性沥青混合料的强度　
有明显影响 ，随着 目标空隙率的降低 ，排水性沥青混　
合 料稳定 度 明显增 加 ；（２）从 ５　～９　样 品 的 马歇 尔　
稳定度试验结果可以看出：纤维添加剂的加入并不　
能提高排水性沥青混合料的强度，沥青胶结料类型　
对 排水性 沥青 混合 料 的稳定 度有 明显影 响 ；（３）与表　
１中沥青指标对照后发现，排水性沥青混合料的强　
度性能与沥青的复数剪切黏度有很好的相关性，复　
数 剪切 黏度 越大 的胶结 料成 型 的马歇 尔试件 稳 定度　
也 越 高 ；（４）将 ５＃～９　样 品 的劈 裂 强度 与抗 压 强度　
结果与表 １中沥青指标对照后发现，排水性沥青混　
合料的劈裂强度与抗压强度与沥青的黏韧性有很好　
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标签： #排水性 #沥青 #混合料

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