新型TPS在排水瀝青路面中的應用研究

李鵬

摘 要：排水瀝青路面具有排水、降噪、抗滑等特點，在雨天行車中，還能減輕水霧、炫光等對行車的影響程度，對提高行車安全意義重大。但相比普通路面，排水瀝青路面耐久性較差，若適量摻加高粘瀝青，可有效解決其耐久性問題。本文在充分了解高粘改性瀝青的作用機理，對TPS高粘改性瀝青的制備過程及性能進行了分析，并通過具體工程案例研究，得出新型TPS摻加后，可提高路面抗滑性能及降噪能力。

關(guān)鍵詞：新型TPS改性劑;排水瀝青路面;作用機理

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0132-02

1 高粘改性瀝青的作用機理

本文所研究的新型TPS材料，基本與日本TPS材料組成一致，主要包括樹脂、熱塑性橡膠、增塑劑、抗老化成分。這種材料主要用于解決排水瀝青路面空隙大、松散、剝落等問題，其物理指標如表1所示。

與SBS聚合物改性劑相比，TPS的聚合物改性劑特征并不顯著，但因其內(nèi)含熱塑性橡膠、樹脂等材料，其作用機理基本與SBS相似。于瀝青材料的高溫穩(wěn)定性、低溫開裂性、抗疲勞性熱塑性橡膠均有不同程度的提升，而于瀝青粘度、勁度來講，樹脂類材料則可顯著提升。其作用機理可分為2點：

（1）高溫條件下，TPS改性劑與瀝青均勻拌和時，極易產(chǎn)生溶脹反應，充分吸收瀝青內(nèi)輕質(zhì)材料，增加瀝青重質(zhì)材料含量，其變化為粘度、軟化點變大，瀝青稠度增加。（2）在溶脹同時，改性劑還會以絲狀向瀝青內(nèi)擴散，聚合物、瀝青均會形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，且具有連續(xù)性、貫通性，此時于自由瀝青的流動來講，這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生一定尼阻效果，以此增強瀝青粘度。

2 TPS高粘改性瀝青的制備

TPS改性瀝青制備，本文選擇70#兩種基質(zhì)瀝青進行制備，根據(jù)高粘瀝青制備流程，通過高速剪切機進行處理。流程如下：

（1）根據(jù)瀝青制備份數(shù)，稱取500g/份;（2）按照摻配比例，對新型TPS質(zhì)量進行計算;（3）加熱基質(zhì)瀝青170℃，隨后將新型TPS按量摻加，并均勻拌和，保證TPS與瀝青之間具有良好相容性，待TPS顆粒不明顯時，即可進行剪切，此過程必須在170℃下完成;（4）改性劑充分融化之后，因其具有較大粘度，此時可設3000轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速，且根據(jù)要求，連續(xù)進行15～30min剪切。

為保證高粘瀝青摻量準確，可按照8%、13%、18%三種TPS摻量進行離析試驗，所得試驗結(jié)果為8%TPS、13%TPS、18%TPS軟化點分頂部、底部兩部分，頂部按順序分別為79.2℃、86.7℃、94、8℃;底部按順序分別為77.6℃、85.2℃、92.6℃，相比之下，底部軟化點均低于頂部軟化點，其主要原因在于聚合物在高溫狀態(tài)下，瀝青極易產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。從結(jié)果分析可見，三種摻量下，軟化點差均在2.5℃以下，則表明高粘改性劑和瀝青之間具有良好相容穩(wěn)定性。

3 高粘改性瀝青的路用性能分析

3.1 高溫性能

從排水瀝青路面級配組成來講，粗細集料含量各有不同，其中粗集料更多，為此，相比密級配混合料，排水瀝青路面高溫抗車轍能力更強。排水路面中高溫抗車轍性能為其主要路用性能，這也是采用高粘改性瀝青的主要因素。為增強路面抗變形能力，要求瀝青在高溫狀態(tài)下，具有粘結(jié)力、黏聚力等特點。本文選擇車轍試驗進行高溫性能測試，各混合料車轍試驗結(jié)果如表2所示。

當高粘瀝青內(nèi)TPS不斷增多時，混合料的動穩(wěn)定度將隨之增加，特別是在摻量8%以上情況下，動穩(wěn)定度幅度增長較快;摻量18%時，混合料動穩(wěn)定度值已超過8000次/mm，相比12%日本TPS，該值更高。相比SBS混合料，其動穩(wěn)定度遠遠不及新型TPS，為此，開發(fā)高粘瀝青具有重要意義。

3.2 低溫性能

低溫狀態(tài)下，瀝青路面極易出現(xiàn)低溫開裂現(xiàn)象，從而改變?yōu)r青混合料力學性能，特別是對排水瀝青路面而言，低溫性能更為重要。作為一種高粘改性劑，TPS主要組成包括熱塑性橡膠、樹脂、增塑劑。將新型TPS摻加到排水瀝青混合料內(nèi)，可增強其高溫性能，但于瀝青低溫性能來講，樹脂類改性劑的摻加并無太多益處，甚至會產(chǎn)生負面影響。為此。本文通過萬能實驗材料機進行排水瀝青混合料低溫性能檢測。

由此可見，新型TPS的摻加，對其脆化點并無太大改變，但小梁彎拉強度均有所提升，特別是在不斷增加TPS摻量時，彎拉強度也將隨之增加，這對排水路面在低溫條件下低溫破壞具有重要性的意義。

利用各種實驗對高粘瀝青常規(guī)指標進行測試，經(jīng)試驗可知，當新型TPS摻量不斷增多時，可有效改善瀝青各項性能。當摻量為13%的情況下，高粘瀝青各項指標均與相關(guān)規(guī)范要求相符。此外，當摻量為8%的情況下，相比SBS瀝青兩者高溫指標基本相同。而12%日本TPS改性瀝青與國產(chǎn)新型TPS相比，其各項性能均與新型TPS摻量13%～18%各項性能相似，且與新型TPS摻量18%的高粘瀝青性能最為接近。但在低溫性能方面，新型TPS與日本TPS均在SBS改性瀝青性能之下。通過上述各性能對比分析，本文建議在13 ～18%之間控制新型TPS摻量，將這種材料用于排水瀝青路面可有效提升工程質(zhì)量。

4 工程案例分析

某公路工程屬于易積水段，施工決定選擇排水瀝青路面，施工起訖樁號為K4+808～K5+308處。根據(jù)實際情況，可選擇PAC-10、PAC-13排水瀝青路面結(jié)構(gòu)用于上面層，因結(jié)構(gòu)屬于大孔隙18%～25%，為解決大孔隙路面飛散、掉粒情況，可使用高粘度改性瀝青，即本文所選用的新型TPS改性劑，從而增強路面結(jié)構(gòu)耐久性，延長路面使用壽命。

4.1 施工工藝流程

（1）拌和。選擇間歇式瀝青拌和機作為排水瀝青混合料，且具備二級除塵功能，從而對添加量進行合理控制。為增強排水瀝青路面耐久性，盡可能降低飛散、掉粒等情況，可選擇新型TPS改性劑進行施工，且合理控制混合料溫度。（2）運輸。裝料前，可將一層隔離劑涂抹至車廂底板，多次移動車輛裝料。并將篷布等材料加蓋于車頂，做好保溫工作。（3）攤鋪。提前30～60min預熱熨平板，在拌和機供料速度下，合理調(diào)整攤鋪速度，保證攤鋪能力滿足要求。一般可在2～3m/min內(nèi)控制攤鋪速度。（4）壓實。根據(jù)面積大小，合理選擇壓實設備。第一，當壓實部位面積較大時，可選擇雙鋼輪壓路機進行施工，碾壓遍數(shù)為3～5遍。第二，當壓實部位面積較小時，可選擇小型壓路機施工，遍數(shù)控制在2～3遍，保證碾壓后無明顯輪跡。

4.2 工程路用性能檢驗

（1）抗滑性能。針對本路段抗滑性能，可選擇擺式摩擦系數(shù)測定儀進行準確測量，本文以排水瀝青路面與一般瀝青路面為例進行抗滑性能對比分析，則擺值結(jié)果顯示，一般瀝青路面平均擺值在71.8BPN，排水瀝青路面平均擺值在77BPN，相比之下，排水瀝青路面抗滑性能更佳。（2）降噪性能。按照具體工程情況，可選擇CTT法進行降噪性能分析。經(jīng)測試可見，當速度為40km/h時，一般瀝青路面與排水瀝青路面的噪聲分別為80.7dB、78.4dB;速度為60km/h時，一般瀝青路面與排水瀝青路面的噪聲分別為84.6dB、81.7dB;速度為80km/h時，一般瀝青路面與排水瀝青路面的噪聲分別為91.4dB、86.5dB。由此得出，在車速不變條件下，排水瀝青路面噪聲更小，具有良好的降噪性能。隨著速度的增加，降噪性能更加顯著。

5 結(jié)語

綜上所述，排水瀝青路面空隙率雜20%左右，且具有排水、降噪、抗滑等優(yōu)勢，更能滿足當前交通舒適、安全、環(huán)保的發(fā)展理念。但在排水瀝青路面技術(shù)研究中，我國多選用進口高粘改性劑材料增強路面性能，但此類材料成本高，嚴重制約了該路面在我國的應用與推廣。為解決這一問題，本文主要研究一種新型國產(chǎn)TPS高粘改性劑，并對比此改性劑與SBS改性瀝青、日本TPS改性瀝青之間的性能，以此確定其摻量最佳范圍，這對排水瀝青路面的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

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