高黏改性排水沥青混合料路用性能研究

交　通　科　技　与　经　济

ｅｃｈｎｏｌｏ＆ＥｃｏｎｏｍｉｎＡｒｅａｓｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴ　　　　ｇｙｙ　　

ｏｌ．２１，Ｎｏ．２Ｖ

，ａｒ．０１９Ｍ２

２０１９年３月

（）］：吴昱林，吴鑫．高黏改性排水沥青混合料路用性能研究［交通科技与经济，引用著录：０１９，２１２６０．Ｊ．２８７－：／ＤＯＩ１０．１９３４８．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００８６９６．２０１９．０２．０１４５－ｊ

高黏改性排水沥青混合料路用性能研究

吴昱林１，吴　鑫２

）（长沙理工大学交通运输工程学院，湖南省高速公路集团有限公司，湖南长沙４湖南长沙４１００１４；２．１００２２１．

摘　要：排水沥青路面因具有大空隙、耐磨抗滑、雨天行车无水雾、低噪音等优点，目前被广泛推广应用。为进一步提高排水沥青路面的路用性能，文中通过向ＳＢＳ改性沥青中掺加６％、８％、１０％和１２％４种不同比例的ＨＶＡ高黏改性剂制备复合改性沥青，对复合改性前、后沥青进行试验，并对确定最佳掺量的复合改性排水沥青混合料进行高温稳定性、低温性能、水稳定性试验研究。结果表明：推荐方案的复合改性排水沥青混合料在高温性能、低温性能、提高排水路水稳定性等方面均好于ＳＢＳ改性排水沥青混合料。高黏剂的加入可显著改善沥青混合料的路用性能，面的耐久性，具有一定的推广价值。

关键词：高黏改性沥青；排水沥青混合料；配合比设计；路用性能

（）中图分类号：Ａ　　　文章编号：１５００４１６　　　文献标识码：００８６９６２０１９０２０７６５Ｕ－－－Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｏａｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｉｈｖｉｓｃｏｓｉｔｍｏｄｉｆｉｅｄ　　　　　　ｐｇｙ　

ｏｒｏｕｓａｓｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅ　　ｐｐ

１２

，ＷＵ　ＷＵ　ＹｕｌｉｎＸｉｎ

（，Ｃ，Ｃ；１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｈａｎｓｈａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｈａｎｓｈａ４１００１４，Ｃｈｉｎａ　　　　　　　　ｐｇｇｇｙｇｙｇ　

，，）２．ＨｕｎａｎＥｘｒｅｓｓｗａＧｒｏｕＣｏ．Ｌｔｄ．Ｃｈａｎｓｈａ４１００２２，Ｃｈｉｎａ　　ｐｙｐｇ　　

：ｂｓｔｒａｃｔＰｏｒｏｕｓａｓｈａｌｔａｖｅｍｅｎｔｉｓｃｕｒｒｅｎｔｌｉｎａｗｉｄｅｒａｎｅｏｆｏｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｌｉｃａｔｉｏｎｄｕｅｔｏｉｔｓＡ　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｙｇｐｐｐｐ　

ｌａｒｅａｅａｒａｎｄａｎｔｉｓｌｉｏｗａｔｅｒｓｒａｓａｎｄｌｏｗｎｏｉｓｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｕｒｔｈｅｒｉｍｒｏｖｅｔｈｅｒｏａｄ　　　－　　　　　　　　　　　ｇｇｐ，ｗｐ，ｎｐｙｐ，ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｒｏｕｓａｓｈａｌｔａｖｅｍｅｎｔｔｈｉｓａｅｒｒｅａｒｅｓｔｈｅｃｏｍｏｓｉｔｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｈａｌｔｂａｄｄｉｎ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｐｐｐｐｐｐｙｇ　

，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｏｒｔｉｏｎｓｏｆＨＶＡｈｉｈｖｉｓｃｏｓｉｔｍｏｄｉｆｉｅｒｔｏｔｈｅＳＢＳｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｈａｌｔａｎｄｔｅｓｔｓｔｈｅａｓｈａｌｔ　　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｙｐｐ　ｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｍｏｓｉｔｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｏｔｉｍｕｍ　ｍｏｄｉｆｉｅｄａｍｏｕｎｔｏｆｃｏｍｏｓｉｔｅｍｏｄｉｆｉｅｄｏｒｏｕｓ　　　　　　　　　　　ｐｐｐｐ，ａｓｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｈｉｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｔｌｏｗｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｗａｔｅｒ　　　　　　　　　　ｐｙｇｐｙｐｐ　ｓｔａｂｉｌｉｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｏｓｉｔｅｍｏｄｉｆｉｅｄｏｒｏｕｓａｓｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　　　　　　　　　　　　　ｙｐｐｐ，ｓｃｈｅｍｅｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅＳＢＳｍｏｄｉｆｉｅｄＰｏｒｏｕｓａｓｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｉｎｈｉｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｏｗ　　　　　　　　　　　　　ｐｇｐｐｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｗａｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔ．Ｈｉｈｖｉｓｃｏｓｉｔｃａｎｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｉｍｒｏｖｅｔｈｅｒｏａｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ　　　　　　　　　　ｐｐｙｇｙｇｙｐｐ　　，ａｓｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｏｆｄｒａｉｎａｅａｖｅｍｅｎｔｗｈｉｃｈｈａｓａｃｅｒｔａｉｎｒｏｍｏｔｉｏｎｖａｌｕｅ．　　　　　　　　　　　ｐｙｇｐｐ　

：；；ｍＫｅｗｏｒｄｓｈｉｈｉｓｃｏｓｉｔｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｈａｌｔｏｒｏｕｓａｓｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｉｘｄｅｓｉｎ；ｒｏａｄｒｆｏｒｍａｎｃｅｖｅ　　　　　－ｇｙｐｐｐｇｐｙ　　人民群众越来越看重　　随着时代的发展和进步，

出行的质量和安全。相关统计表明，雨天的事故发生率是晴天的数倍，主要是由于雨天路表的积水不能迅速排离，导致路表形成一层水膜，这会导致轮

收稿日期：０１９１４００２－－，第一作者简介：吴昱林（研究方向：路面结男，硕士研究生，１９９２－）

构与材料

，男，工程师，通信作者简介：吴　鑫（研究方向：道路设计与９８２－）１

施工．

］２１－，胎和路面之间的附着力降低［而且车辆行驶时，

会形成较大的水雾，能见度较低，易导致事故的发

］３４－，生。排水式沥青路面是一种新型路面结构［空隙

率较大，粗集料含量较多，是一种典型的骨架－空隙结构。排水式沥青路面不仅具有良好的排水性能，而且还有抗滑、雨天行车能见度好、低噪音、抗车辙性能好

］］５６７－，。等优点［目前已在我国广泛地推广应用［

］９８－很多专家和学者从沥青材料［角度出发探究

等：高黏改性排水沥青混合料路用性能研究第２期　　　　　　　　　　　　　吴昱林，

１０］

沥青混合料的路用性能，通过制备高黏改陈加干［

·７７·

改性排水沥青混合料高温稳定性、水稳定性、低温性能等进行研究。

性沥青并通过试验证实高黏改性沥青是排水沥青

１１］路面理想的黏结材料；杜宇兵［通过添加不同掺量

的废旧橡胶粉和高黏剂两种材料制备改性复合沥青，通过试验证明推荐方案的高黏复合改性沥青性能较好，具有良好的应用前景。本文在前文基础上

］１１２３－结合相关研究［和工程实践，通过不同掺量的高

１　试验准备

１．１　原材料试验

本试验采用Ｓ改性沥青试验其技术指ＢＳ（Ｉ－Ｄ）标，试验结果见表１，高黏剂采用ＨＶＡ高黏改性剂，试验技术指标见表２。

黏改性剂对Ｓ并对高黏复合ＢＳ沥青进行复合改性，

表１　ＳＢＳ改性沥青试验结果

试验项目

Ｉ－Ｄ技术要求

０≥５　５≥７　０≥２　±１．０５≥６　５≥１　

实测值５３．２８３．５３１．１－０．０４６７３．５１６

试验方法Ｔ０６０４Ｔ０６０６Ｔ０６０５Ｔ０６０９Ｔ０６０４Ｔ０６０５

（，，针入度／２５℃，１００ｇ５ｓ０．１ｍｍ）

／℃软化点（ＴＲ＆Ｂ）／）／延度（５℃，５ｃｍｍｉｎｍｃ

质量变化／％

ＲＴＦＯＴ后

针入度比／％／延度（５℃）ｍｃ

表２　ＨＶＡ高黏改性剂技术指标

颜色淡黄色

３）软硬程度（／密度／ｍｃｇ

形状颗粒状

熔点／℃１６０～１７０

　　细集料采用由羊古采石场生产的优质石灰石破碎的机制砂，粗集料由新化凯鑫碎石场生产的辉绿岩。粗集料技术指标检测结果见表３。

０．８５适中

表３　粗集料试验检测结果

检测项目

检测值／ｍｍ

５～１０　

５１０～１２．９５４０．６９０．９－４．３－１５．８１２．８５

技术要求

表观相对密度吸水率／％

．０７５ｍｍ颗粒含量／％＜０

粒径＜１０ｍｍ部分／％

针片状含量

粒径＞１０ｍｍ部分／％

软石含量／％洛杉矶磨耗损失／％

压碎值／％

集料与沥青的粘附性／级

．９５１２　０．８３　０．９　７．６－－１５．８　－５　

大于２．７０小于２．０小于１小于１２小于１０小于１小于２０小于１８小于５

其技术指标检测结果如表４　　采用石灰岩矿粉，

所示。

表４　矿粉试验检测结果

检测项目

并用态，按一定的质量比例加入ＨＶＡ高黏改性剂，

玻璃棒搅拌５ｍ然后启动沥青高速剪切仪，转速ｉｎ，调至４转动时间３整个试验过程５００转／ｍｉｎ，０ｍｉｎ，　

中温度保持在１７０℃。为得到性能更好的高黏复合

检测结果．６６２２无团粒结块无明显颜色变化

技术要求大于２．６０无团粒结块

实测

改性沥青，本试验以Ｓ探索ＢＳ改性沥青为对比组，掺入６％、８％、１０％、１２％的ＨＶＡ高黏改性剂后沥青各项指标的变化规律。按照《公路工程沥青及沥

［１４］

（青混合料试验规程》测量ＴＧＥ２０—２０１１）Ｊ　

软化点、延度及６ＨＶＡ改性后的沥青针入度、０℃

表观相对密度

外观加热安定性

１．２　高黏复合改性沥青的制备

本文采用湿法进行制备高黏复合改性沥青，首先将Ｓ使其处于流动状ＢＳ改性沥青加热至１７０℃，

动力黏度，试验结果见表５，各组沥青针入度、软化点对比如图１所示，沥青延度及６０℃动力黏度对比如图２所示。

·７８·交　通　科　技　与　经　济　　　　　　　　　　　　　　　　第２１卷表５　各组改性沥青性能试验结果

试验编号对比组

沥青种类ＳＢＳ　

（针入度／５℃，０．１ｍｍ）２

５３．２　４６．１　４２．８　４０．３　３５．２　

软化点／℃８３．５　８９．７　９７．６　９９．５　１００．２　

（延度／ｃｍ）５℃，

３１．１　３４．６　３７．２　３８．９　３９．７　

·ｓ）（动力黏度／０℃，Ｐａ６

８７５６　２４７２８　１２０１５７　２６２１４６　３２４６２１　

１＃２＃３＃４＃

９４％ＳＢＳ＋６％ＨＶＡ　９２％ＳＢＳ＋８％ＨＶＡ　９０％ＳＢＳ＋１０％ＨＶＡ　８８％ＳＢＳ＋１２％ＨＶＡ　

）规定，高黏改性沥青的针入度不应小于９０－２０１２１

不符合规范要４０，４＃试验组的针入度值只有３５．２，求，由此可以看出，高黏剂的掺量过大，会使沥青变硬，进而影响沥青混合料的性能。随着ＨＶＡ高黏

剂掺量的增加，沥青的延度和软化点均呈现不断增加的趋势，当ＨＶＡ高黏剂的掺量为１０％和１２％时，相比８％的高黏剂掺量，沥青延度仅提升了沥青延度增加幅度较小，取得的１．９５％和２．６６％，

效果不明显。随着ＨＶＡ高黏剂掺量的增加，高黏改性沥青的动力黏度呈非线性增大的趋势，当

图１　沥青针入度、软化点

沥青的动力黏度仅略大ＨＶＡ高黏剂掺量为６％时，

·ｓ，于规范推荐值２而实际在高速公路和００００Ｐａ　大交通量的城市道路使用中的高黏度改性沥青的，黏度一般都达到了１０００００Ｐａ·ｓＨＶＡ高黏剂掺　量为６％的沥青可能无法满足透水沥青混合料路用性能的要求；当ＨＶＡ高黏剂掺量为１０％和１２％

时，沥青的动力黏度过大，会造成施工泵送困难。综合沥青性能指标、经济指标和施工的考虑，确定２２％ＳＢＳ＋８％ＨＶＡ为推荐方案。＃试验组９

２　配合比设计

排水沥青混合料配合比设计主要从以下两个方面进行，一是矿料的级配设计，二是沥青用量的

图２　沥青延度、动力黏度

确定。排水沥青混合料油石比主要通过飞散和析漏试验综合确定。

２．１　矿料级配

各档集料筛分及合成级配见表６。

图１和图２可以看出，随着ＨＶＡ高黏　　从表５、

剂掺量的增加，ＨＶＡ复合改性沥青的针入度值不／（断减小，根据《透水沥青路面技术规程》ＪＪＴＣ　　　　　

级配

１６．０　

表６　各档集料筛分及合成级配表

筛孔尺寸／ｍｍ及通过百分率／％

１３．２　１００　９５　９０　９０　

９．５　７１　６０．５　５０　６１．２　

４．７５　３０　２０　１０　２１．４　

２．３６　２２　１５．５　９　１２．８　

１．１８　１７　１２　７　８．９　

０．６　１４　１０　６　７．４　

０．３　１２　８．５　５　６．２　

０．１５　９　６．５　４　５．４　

０．０７５７５３４．８

上限中值下限合成级配

１００　

１００　１００　１００　

．２　最佳油石比２

采用３．５％、４．０％、４．５％、５．０％、５．５％５组不同的油石比进行配制沥青混合料，然后通过析漏和

飞散试验，得到损失曲线图，并将图中的拐点作为最大油石比。经过试验验证，本次目标配合比最佳油石比为４最佳油石比分析．８％。检测结果见表７，

等：高黏改性排水沥青混合料路用性能研究第２期　　　　　　　　　　　　　吴昱林，·７９·

结果见图３。

表７　析漏和飞散试验检测结果

％　

油石比

３．５　４．０　４．５　５．０　５．５析漏损失率０．０８０　０．０９３　０．１００　０．１３０　０

．１８０飞散损失率

１３．４　

９．１　

６．９　

５．４　

４．７

图３　飞散损失及析漏损失与油石比关系图

依据表７在图３中找到两条曲线的拐点，可知飞散试验确定的最小沥青用量为４．４％，析漏试验确定的最大沥青用量为４．９％，因排水沥青混合料的空隙率较大，应适当增加沥青与集料之间的裹附，所以，在合理范围内应增加沥青的用量。基于此，选用沥青最佳油石比选择为４．８％。在最佳沥青用量下成型马歇尔试件，测得排水式沥青混合料的毛体积相对密度（体积法）为２．０３５，空隙率（体积法）为２３．７％。

　路用性能研究

３．１　高温性能研究

排水沥青混合料因粗集料含量较多，细集料含量较少，导致空隙率较大，高温抗车辙能力相对较差，所以排水沥青路面基本选择高黏改性沥青来增强沥青的黏结力，进而提高路面抵抗车辙的能力。通过室内车辙试验对高黏改性沥青和ＳＢＳ改性沥青两种沥青混合料的高温性能进行评价，试件通过轮碾法成型尺寸为３００ｍｍ×３００ｍｍ×５０ｍｍ的板式试件，试验温度为６０℃、

荷载施加大小为０．７ＭＰａ，加载速率为４２次／ｍｉｎ。试验结果见表８。

表８　沥青混合料车辙试验结果

沥青类型９２％ＳＢＳ＋８％ＨＶＡ

高黏改性沥青

ＳＢＳ改性沥青

４５ｍｉｎ变形／ｍｍ　

１．１２６　１．７２６６０ｍｉｎ变形／ｍｍ　

１．２０５　１．８３９动稳定度／（次／ｍｍ）

７　９７４　

５　

５７５　　

从表８试验结果可知，

高黏改性沥青混合料和ＳＢＳ沥青混合料的动稳定度均满足规范要求的不小

于３　０００次／ｍｍ，且高黏改性沥青混合料的动稳定度较ＳＢＳ沥青混合料的动稳定度提升了４３％；高黏改性沥青混合料６０ｍｉｎ的车辙变形深度较ＳＢＳ沥青混合料的车辙深度小，仅为ＳＢＳ沥青混合料的６５％。可见掺加高黏改性剂以后，沥青的黏度增加，可有效限制集料之间的相互滑动，起到阻滞的作用，进而改善排水沥青路面的高温稳定性，提高路面的耐久能力。

３．２　水稳定性

与传统的沥青混合料相比，排水式沥青混合料内部要经受更多的雨水侵蚀，而水稳定性又是沥青混合料的重要指标。通过冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验对排水式沥青混合料的水稳定性进行评

价。其试验结果见表９。

表９　浸水马歇尔试验结果

试验类型

沥青类型９２％ＳＢＳ＋８％ＨＶＡ

高黏改性沥青

ＳＢＳ改性沥青

稳定度ＭＳ／ｋＮ　１３．３５　１３．２１浸水马歇浸水４８ｈ稳定度

尔试验

ＭＳ／１１．９９　１０．８１１

ｋＮ残留稳定度／％

８９．８　８１．８冻融劈裂冻融前劈裂强度／ＭＰａ　１．３６　１．１２试验冻融后劈裂强度／ＭＰａ　

１．１８　０．９０　

破坏强度比／％

８６．８　

８０．４

从表９试验结果可以看出，

高黏改性沥青混合料的稳定度略大于ＳＢＳ改性沥青混合料，高黏改性沥青混合料的残留稳定度较ＳＢＳ改性沥青混合料大８％；高黏改性沥青混合料的冻融前后的劈裂强度均好于ＳＢＳ改性沥青混合料，且破坏强度比较大，达到了８６．８％。在雨水或者冻融季节，水分可通过沥青路面内部的空隙渗入到沥青混合料内部，在车轮荷载的作用下，水分会渗入沥青内部或沥青与矿料黏结的界面，使沥青与矿料之间的黏附性降低并逐渐丧失黏结能力，进而出现剥落、松散等病害，而高黏改性剂的加入可显著增强沥青与集料之间的黏结性能。

３．３　低温抗裂性

对两种改性沥青混合料在－１０℃条件下进行小梁弯曲性能试验，试验结果见表１０。

３·８０·

表１０　小梁弯曲试验结果

沥青类型

交　通　科　技　与　经　济　　　　　　　　　　　　　　　　第２１卷

变形能力。

ＳＢＳ改性沥青

５．７６２９８６　１９２９　

９２％ＳＢＳ＋８％ＨＶＡ

高黏改性沥青

６．３９　５７３６　　１７４７　　

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［］，：自然科学版）Ｊ．重庆交通大学学报（２０１８，３７（６）４２７．４－沥青混合料更易出现脆性开在低温条件下，

裂。弯曲劲度模量可以反映沥青混合料的抗裂性，其模量值越小，弯曲破坏所需的能量越大，说明沥青混合料的抗裂性能越好；最大弯拉应变则反映了沥青混合料的低温抗变性能力，弯拉应变值越大，抵抗变形能力越强。从表１高黏改性０中可以看出，沥青混合料在低温环境下弯拉应变值更大，弯曲劲度模量值较Ｓ这说ＢＳ改性沥青混合料的模量值大，明高黏改性沥青混合料低温抗裂性更强，且能够承受较大的变形，具有更好的低温抗变形能力。

［］７　吴军．沥青结合料对排水沥青混合料路用性能的影响

，：］研究［应用技术版）２Ｊ．公路交通科技（０１７（８）７３７５．１１－［］赵斐，吴晗，等．温拌橡胶复合改性沥青混合料路８　魏冬，

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［ＧｒａｄｅＦｒｉｃｔｉｏｎＣｏｕｒｓｅＨｏｔＭｉｘＡｓｈａｌｔＤ］．ＵＳＡ－Ｍｉｓｓｉｓ－　　　　　ｐ：，ｉｉＳｔａｔｅＭｉｓｓｉｓｓｉｉＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２００５．５．ｓ　　　ｐｐｐｐｙ［］张岭岭，吴金荣．聚酯纤维透水性沥青混合料配合比设１３

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４　结　语

）１ＳＢＳ改性沥青中掺加不同掺量的ＨＶＡ高黏改性剂后，高黏改性沥青的针入度、延度、软化点及动力黏度等指标得到较为明显的改善，基于沥青性能的提升效果和经济方面的考虑，确定９２％ＳＢＳ＋８％ＨＶＡ为推荐改性方案。

）通过室内高温车辙试验，推荐方案的高黏改２性排水沥青混合料的动稳定度较ＳＢＳ改性排水沥青混合料提升了４可见掺加高黏改性剂以后，３％，沥青的黏度增加，可有效限制集料之间的相互滑动，起到阻滞的作用，从而使得沥青混合料的高温稳定性增加，提高排水路面的耐久性。

）通过室内冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验和３

小梁弯曲试验验证，推荐方案的高黏改性沥青混合料的残留稳定度和破坏强度比均好于ＳＢＳ改性排水沥青混合料，具有较好的水稳定性，且低温抗裂性更强，能够承受较大的变形，具有更好的低温抗

［责任编辑：王文福］

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（本刊编辑部）