松脂改性多孔瀝青混合料抗松散性能研究

張金亮

（山西交通控股集團有限公司，山西 太原 030006）

引言

多孔瀝青混合料是一種主要由粗集料組成的開放級配混合料，能使水迅速通過其多孔結(jié)構(gòu)排出[1]。我國最早于2004 年在西安市采用多孔瀝青混合料大面積鋪筑排水路面，取得了良好的工程應(yīng)用效果[2]。由于空隙率非常高，多孔瀝青混合料能夠有效排除路面積水。然而，由于空氣和水的運動，多孔瀝青混合料中高空隙率會導致混合料出現(xiàn)剝離問題。水分會削弱瀝青和集料之間的黏結(jié)力導致混合料快速老化，從而加劇瀝青路面的過早劣化[3-5]。由此可見，我國多孔瀝青混合料路面發(fā)展還不夠成熟，高孔隙率帶來的剝離、水損害問題缺乏有效應(yīng)對措施。

近年來，環(huán)保意識深入人心，生物改性劑被廣泛應(yīng)用于瀝青混合料中。改性劑通過增加瀝青混合料的黏結(jié)力和附著力來延長瀝青混合料的使用壽命，通過應(yīng)用改性劑還可以增加瀝青膜厚度，降低瀝青離析的風險[6-7]。松脂是一種從松樹中提取的固體樹脂，與瀝青相似，具有黏彈性。松脂還具有良好的防水性，在提高瀝青混合料抗水損失方面具有很大的潛力。將松脂添加到多孔瀝青混合料中，通過其對集料和瀝青的黏結(jié)力以及防水特性彌補多孔瀝青混合料在集料外露、剝落方面的不足。

1 原材料

1.1 集料與填料

采用粗集料、細集料和粉煤灰。根據(jù)規(guī)范，進行沖洗、干燥和篩分后的集料和填料的物理性質(zhì)見表1。

表1 集料和填料的物理性質(zhì)

1.2 松脂瀝青

松脂瀝青是將松脂、松香與原樣瀝青按一定比例混合而成。松脂按瀝青用量的2%、3%、4%、5%與瀝青混合，同時按松脂和瀝青混合物質(zhì)量的4%摻入松香，最終混合得到松脂瀝青A、B、C、D。添加松香是為了提高松脂瀝青的剛度。松脂性能指標見表2，原樣瀝青和松脂瀝青性能指標見表3。

表2 松脂的性能指標

表3 原樣瀝青和松脂瀝青的性能指標

2 配合比設(shè)計

根據(jù)表4 中集料和填料的篩分結(jié)果進行配合比設(shè)計，確定瀝青混合料中粗集料、細集料和填料分別占礦料總質(zhì)量的80%、16.5%和3.5%。瀝青用量分別取4.5%、5.0%和5.5%制得松脂瀝青，在160 ℃拌和溫度下與礦料混合攪拌，雙面擊實50 次后制得馬歇爾試件，在室溫下冷卻24 h 后得到松脂瀝青混合料試件。

表4 集料和填料篩分結(jié)果

3 最佳瀝青用量的確定

根據(jù)《瀝青混合料肯塔堡飛散試驗》（T0733—2011），該試驗使用洛杉磯磨耗機進行?？纤わw散試驗結(jié)果表示試驗后混合料重量損失相對于初始重量的百分比，即瀝青混合料的飛散損失，飛散損失越大說明混合料的抗松散性能越差。肯塔堡飛散試驗評估不同松脂瀝青混合料抗松散性能試驗結(jié)果見圖1。

圖1 松脂改性多孔瀝青混合料肯塔堡飛散試驗結(jié)果

結(jié)果表明：（1）對于瀝青含量為4.5%的試件，飛散損失隨松脂摻量的增加而增大，抗松散性能呈下降趨勢。隨著瀝青用量的增加，肯塔堡飛散損失有減小的趨勢，因為瀝青用量的提高增加了瀝青膜的厚度，厚瀝青膜能夠更好地密封集料，強化集料和瀝青之間的黏結(jié)力，從而提高了整體抗松散性能。（2）5%和5.5%瀝青用量的試件試驗結(jié)果表明，與對照組（0%松脂）相比，含松脂瀝青B、C（3%和4%松脂）的混合料抗松散性能更好。對于瀝青用量為5%的試樣，松脂瀝青B（3%松脂）所制備的多孔瀝青混合料抗松散性能最好。瀝青用量為5.5%時，不同松脂用量對應(yīng)的混合料飛散損失分別為10.28%、12.53%、9.65%、8.98%和10.99%。綜上，在多孔瀝青混合料中加入適量的松脂可以提高抗松散性能。

松脂改性多孔瀝青混合料空隙率和瀝青用量之間的關(guān)系見圖2。可以看出，多孔瀝青混合料的空隙率值隨著瀝青用量的增加呈下降趨勢。因為瀝青用量越高，瀝青所能填充的空隙就越多，而且松脂改性的瀝青混合料的空隙率值均小于對照組（0%松脂）混合料的空隙率，說明松脂的摻入能夠填補混合料內(nèi)部的空隙，松脂瀝青具有較強的集料黏結(jié)力。

圖2 松脂改性多孔瀝青混合料空隙率試驗結(jié)果

4 最佳瀝青用量混合料抗松散性和水穩(wěn)定性研究

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011），多孔瀝青混合料的最佳瀝青用量可由不小于18%的空隙率對應(yīng)的瀝青含量確定?？紤]肯塔堡飛散損失不大于20%，確定所用多孔瀝青混合料的最佳瀝青含量為5.0%。根據(jù)最佳瀝青用量成型馬歇爾試件后，分別對試件進行老化處理（60 ℃烘箱內(nèi)養(yǎng)護7 d）和浸水處理（60 ℃的水中浸泡24 h）。

4.1 混合料老化前后肯塔堡飛散試驗

最佳瀝青含量下混合料老化前后肯塔堡飛散試驗結(jié)果見圖3。

圖3 最佳瀝青含量下混合料老化前后肯塔堡飛散試驗結(jié)果

可知：（1）老化后對照組瀝青混合料的抗松散性能為18.41%，松脂瀝青A、B、C（2%～4%松脂）混合料老化后飛散損失值較小，但松脂瀝青D（5%松脂）混合料飛散損失大于對照組。說明在多孔瀝青混合料中添加適量（2%～4%）的松脂能夠提高瀝青與集料之間的黏結(jié)力，從而提高混合料的整體抗松散性。（2）對比不同松脂含量的混合料發(fā)現(xiàn)，3%松脂含量的多孔瀝青混合料飛散損失數(shù)值最小，抗松散性最好。

4.2 混合料浸水飛散試驗

最佳瀝青用量下混合料浸水飛散試驗結(jié)果見圖4。可知，松脂瀝青B（3%松脂）混合料的浸水飛散損失最小，而對照組的浸水飛散損失最大。說明摻加松脂能夠提高多孔瀝青混合料的水穩(wěn)定性，而3%松脂的多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性最好。因為松脂是優(yōu)良的黏結(jié)劑和防水材料，不僅可以改善瀝青和集料之間的黏結(jié)力，在浸水條件下還能起到防水防潮、保護集料的作用，含有松脂瀝青的多孔瀝青混合料具有較好的抗水損害性能。因此，建議采用松脂作為改性劑，以提高多孔瀝青混合料在雨水豐富地區(qū)的抗水損害能力，提高瀝青路面的壽命。

圖4 最佳瀝青用量下混合料浸水飛散試驗結(jié)果

5 結(jié)語

（1）多孔瀝青混合料中添加2%～4%的松脂，老化前后的混合料均具有良好的抗松散性。（2）含有松脂瀝青的多孔瀝青混合料均具有良好的抗水損害性能。（3）松脂改性多孔瀝青混合料可廣泛應(yīng)用于雨水充沛地區(qū)，對于提高瀝青路面服務(wù)水平和服務(wù)壽命有積極作用。