中国产成品高黏沥青的排水沥青混合料PA-13性能研究

时敬涛， 安丰伟， 李纯， 王体宏， 张生泉， 徐金玉

(1.中石油燃料油有限责任公司研究院， 北京市 100195；2.中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室；3.苏交科集团股份有限公司 新型道路材料国家工程实验室；4.中石油燃料油有限责任公司生产技术处)

排水沥青混合料空隙率大，内部连通孔隙多，可快速排除路面雨水，被广泛应用于海绵城市道路建设中，可有效减少雨天路面水雾，提高行车安全性同时又可减少噪声污染。

由于排水沥青混合料粗集料用量较多，采用普通沥青会存在黏结性、抗车辙和变形能力差等问题，同时为防止车轮荷载冲击作用下引起表面骨料飞散，排水性沥青混合料多使用高黏改性沥青。高黏改性沥青主要有外掺高黏添加剂型和成品高黏沥青两种类型，但是受部分进口原材料影响，目前高黏沥青价格昂贵，给排水沥青路面的大范围推广应用带来了较大的影响。另外，添加剂型高黏沥青，在施工时受拌和时间的影响易存在拌和不均匀或者溶解不充分的现象，严重时会影响工程质量。

采用南美重油生产的成品高黏沥青，由于改性材料和制备工艺已国产化，成本远低于进口高黏改性沥青，该文对国产成品高黏改性沥青性能进行评价，同时进行排水沥青混合料设计，并与其他产品进行对比分析，以期为中国海绵道路建设的推广应用提供支持。

1 高黏改性沥青性能评价

对南美重油为原料生产的成品高黏沥青技术指标进行了检测，结果如表1所示。

续表1

从表1可以看出：中国产成品高黏沥青各指标均满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中OGFC沥青混合料用高黏改性沥青和《排水沥青路面设计与施工技术细则(征求意见稿)》中高黏度改性沥青的技术要求。与某添加剂型高黏改性沥青相比，各项技术指标基本相当，与TPS高黏改性沥青相比，具有更高的黏度。

2 排水沥青混合料设计

2.1 原材料

采用中国产成品高黏沥青、玄武岩粗集料、石灰岩细集料和木质素纤维(掺量为沥青混合料质量的0.1%)进行排水沥青混合料PA-13配合比设计。各种矿料、沥青密度试验结果见表2、3，各种矿料的筛分结果见表4。

表2 矿料密度试验结果

表3 高黏沥青及纤维密度试验结果

表4 各种矿料的筛分试验结果

2.2 矿料级配确定

根据级配范围，试配3组不同的矿料级配作为初选级配，级配组成见表5。

表5 3组不同的矿料级配组成

根据14 μm沥青膜厚度和集料表面积预估沥青用量，其估算沥青用量=假定膜厚×集料表面积。

集料表面积=0.41+0.41a+0.82b+1.64c+2.87d+6.14e+12.29f+32.77g。其中：a、b、c、d、e、f、g分别为4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.75 mm筛孔的通过百分率。

按照初选级配和油石比5.0%，双面各击实50次制作马歇尔试件，测定空隙率(VV)和马歇尔稳定度，测试结果见表6。

表6 初选级配马歇尔试验结果

选级配B为优选级配，其空隙率VV和马歇尔稳定度均满足要求。

2.3 最佳油石比确定

按照优选级配B称取矿料，按±0.5%、±1%变化油石比，分别进行肯塔堡飞散和谢伦堡析漏试验(表7)。根据试验结果绘制谢伦堡析漏和肯塔堡飞散试验结果与油石比的关系图(图1)，图中以飞散试验结果的拐点为最小沥青用量(OAC1)，以析漏试验结果的拐点为最大沥青用量(OAC2)，在OAC1～OAC2的范围内参照马歇尔试验结果，确定最佳油石比为5.0%。

表7 不同油石比的沥青混合料马歇尔试验结果

图1 谢伦堡析漏和肯塔堡飞散与油石比的关系图

2.4 混合料性能验证

以确定的矿料级配和最佳油石比拌制混合料，分别进行浸水肯塔堡飞散试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验、低温小梁弯曲试验和渗水试验，试验结果见表8。

表8 PA-13混合料性能试验结果

表8表明：所设计的PA-13改性沥青混合料的抗水损害性能、高温稳定性能、低温抗裂性能均满足技术要求，具有良好的路用性能。

3 排水沥青混合料性能对比

将中国产成品高黏改性沥青混合料PA-13与某高黏改性沥青和TPS高黏改性沥青PA-13混合料的路用性能进行比较，混合料技术指标比较见表9。

表9 混合料技术指标比较

从表9可以看出：中国产成品高黏沥青混合料PA-13与其他品牌高黏沥青混合料的性能基本相当，已达到目前市场上同类产品的技术水平。

4 应用前景分析

中国产成品高黏沥青PA-13混合料，各项路用性能均满足排水路面技术要求，且常规热拌沥青混合料施工机具便可施工，无需额外增加机具及工序。从造价方面看，中国产成品高黏沥青，其改性剂材料及制备工艺已国产化，每吨材料生产成本与SBS改性沥青相比仅增加500元左右，以SBS改性沥青4 500元/t、高黏改性剂35 000元/t进行测算，每吨成品高黏改性沥青造价为5 000元左右，添加剂型高黏沥青(改性剂与SBS改性沥青掺配比例大约为8∶92)为7 000元左右，与添加剂型高黏改性沥青相比可节约成本28%左右，其经济效益显著，有着较好的应用推广价值。

5 结论

(1) 采用南美重油生产的成品高黏沥青各项技术指标均满足排水沥青路面高黏度改性沥青技术要求，与某添加剂型高黏改性沥青和TPS高黏改性沥青相比，已达到同等水平。

(2) PA-13混合料路用性能试验表明，中国产成品高黏沥青排水混合料具有良好的抗水损害性能、高低温稳定性能、渗水性能等。

(3) 对采用不同高黏改性沥青设计的排水混合料性能进行比较，结果表明，中国产成品高黏沥青设计的排水混合料PA-13路用性能与某市售高黏改性沥青及TPS高黏改性沥青排水混合料PA-13路用性能相当，基本处在同一水平。

(4) 采用南美重油生产的成品高黏沥青，材料和工艺已国产化，成本远低于进口高黏沥青，试验结果表明沥青及混合料性能与进口产品基本相当，可以取代进口产品在排水路面中进行应用。