摘 要： 为解决OGFC路面空隙堵塞问题,对OGFC路面材料进行改造,在空隙中添加以粉煤灰为主的矿物吸水性材料,构成保水性路面,并对以OGFC-13为骨架结构的保水性路面混合料进行初步性能试验,通过降温试验、冻融劈裂试验与汉堡车辙试验,对比OGFC路面与保水性路面的降温效果、水稳定性与抗车辙性能,结果表明，保水性路面比OGFC路面降温效果更加明显,水稳定性更好,具有更好的抗车辙性能,这种路面材料经济性强、施工不复杂、具有可实施性。
关键词： 保水性路面；OGFC；水稳定性；抗车辙性能
在低碳环保理念引入道路路面后,以OGFC路面为主的排水型路面被广泛应用于海绵城市道路路面中，保水性路面是在OGFC路面的基础上,往OGFC混合料的空隙中灌注吸水材料。首先,吸水性材料理论上可以将空隙全部填满,灰尘不容易进入混合料空隙中,可以解决OGFC路面被灰尘堵塞的问题；其次,吸水性材料填充到OGFC混合料空隙中,当路面上存在积水时可以将雨水吸入吸水材料内,在温度较高时,水分蒸发,带走部分热量,可以降低路面温度,提高高温天气时路面承载力,减小车辙发生的几率；除此之外,保水性路面可以利用水吸收太阳辐射与热量,降低城市内部温度,减少“热岛效应”。依据日本的经验,保水性路面厚度宜采用5～10cm,保水性材料选用聚合物系与矿物系,根据日本对保水性路面的研究成果,聚合物系保水性材料吸水能力可以达到自身体积的几十倍,吸水性能好的可以达到几百倍,但是,存在着耐久性能差、造价高的问题。基于日本的研究成果,对OGFC路面材料进行改造,在空隙中添加以粉煤灰为主的矿物吸水性材料,构成保水性路面,并对以OGFC-13混合料为骨架结构的保水性路面材料进行初步性能试验,通过降温试验、冻融劈裂试验与汉堡车辙试验对比OGFC路面与保水性路面的降温效果、水稳定性与抗车辙性能。
(1) 集料
OGFC混合料属于骨架空隙型,承载力主要来自于集料嵌挤后界面的法向应力与界面方向的摩擦力,因此对集料性能要求较为严格,粗细集料选用玄武岩,矿粉选用能提高水稳性能的石灰岩矿粉。详见表1、表2。
表1 粗集料的基本技术性能
指 标单位高速公路上面层实测试验方法石料压碎值，不大于%2613．5T0316表观相对密度，不小于-2．60—T0304吸水率，不大于%2．01．2T0304坚韧性，不大于%129．4T0314针片状颗粒含量(混合料)，不大于%158T0312水洗法<>
表2 石灰岩矿粉试验结果
项目单位试验结果规范要求表观密度t/m32．640≥2．50含水量%0．41≤1粒度范围<><><><><>
(2)本次研究采用东莞泰和沥青产品有限公司生产的埃索SBS I-D型改性沥青。试验结果见表3。
表3 埃索SBS I-D型改性沥青主要技术指标
试验项目单位实测规范值25℃针入度，100g，5s0．1mm52．430～60针入度指数PI—0．53≥0软化点℃81．5≥705℃延度cm26．3≥25TFOF后质量变化%-0．46±1．0TFOT后残留针入度比%80．1≥65TFOT后残留延度cm24．2≥15相对密度25℃—1．022—
(3)选用OGFC-13作为研究的母体结构,取OGFC-13混合料级配中值作为级配,具体级配如表4。
表4 OGFC-13混合料级配范围
筛孔(mm)1613．29．54．752．361．180．60．30．150．075级配上限(%)10010080302218151286级配中值(%)10095702116129．57．55．54级配下限(%)1009060121064332
由于马歇尔实验方法不适用于开级配,因此先用经验公式确定油石比的范围,随后采用谢伦堡沥青析漏试验和肯塔堡飞散试验最终确定沥青的最佳用量,得到OGFC-13混合料中值级配的最佳油石比为4.2%,表观密度为2.150g/cm3,空隙率为21.0%。
(4)保水性路面混合料制作过程
①制备OGFC-13混合料的马歇尔试件、车辙板试件备用,编号并称量质量；
②将矿渣粉末、粉煤灰、消石灰、水泥与水按一定比例混合,制成具有流动性浆液的混合物,备用；
③在OGFC-13混合料成型12h后,将保水性浆液灌入OGFC-13混合料试件中,边灌入边振动,先用频率为5Hz振动2min,再改用10Hz振动3min；
④将灌注好的试件放入45℃温箱中保温,养护24h；
⑤从温箱中取出试件,冷却2h后称量质量,脱模；
⑥测量前后质量差,算出灌注保水性材料的质量,通过密度计算体积,然后与空隙率比较可知,填充率达到90%以上。
为验证保水性材料的作用,将未添加保水性材料的OGFC-13混合料与添加保水性材料的OGFC-13混合料做对比,具体研究结果如下：
在两种沥青混合料车辙板(设置三块平行组)上贴温度传感器,并且每隔30min记录一次温度。从8:00到18:00,将保水性路面混合料车辙板试件放在太阳下,为模拟城市洒水车时间,此次试验分别于8:00、12:00、16:00均匀洒水300ml。记录8:00-18:00的温度变化值,取三块平行组表面温度的均值作为研究对象,其结果如图1。
图1 温度变化图
通过试验可知：
(1)8:00-18:00区间,气温先升高后降低,OGFC混合料表层温度随气温先升高后降低,保水性路面混合料基本与气温变化趋向一致；
(2)OGFC混合料表层气温与保水性路面表层气温在测试时间段内存在差值,而且差值在洒水后30min达到最大,为10℃左右,说明保水性路面较OGFC路面能更好地降低路面表层温度,减小车辙发生的概率。
选用冻融劈裂试验作为评价试验,以TSR(冻融前后的劈裂强度比)作为评价指标,横向对比OGFC路面与保水性路面的水稳定性。试验操作参照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,试验结果如表5。
保水性路面混合料与OGFC混合料冻融劈裂残留稳定度比均满足规范要求,但是,保水性路面混合料的TSR比OGFC混合料的高,这说明保水性路面混合料的水稳定性比OGFC混合料的好。
试验成型300mm×300mm×50mm的试件,试验前将其放入汉堡车辙仪中60℃水浴保温2h,然后使钢轮(宽47mm,重705N)在试件上反复运动直到汉堡车辙仪反复作用20000次或者最大车辙深度达到20mm结束试验。每种材料设置了两个平行试件,试验结果如表6。
表5 冻融劈裂试验结果
试件未冻融冻融TSR(%)最大荷载(N)高度(mm)劈裂强度(MPa)最大荷载(N)高度(mm)劈裂强度(MPa)单个值均值保水性路面混合料637063．510．635563063．900．56388．66634063．350．639569063．820．56187．79639063．390．636565063．630．57289．9488．80OGFC混合料622063．520．621543064．010．53285．67625063．450．625542063．870．53485．44626063．720．627567063．920．5486．1285．74
表6 汉堡车辙试验结果
试验材料车辙深度/mm相对变形率/%蠕变斜率OGFC混合料14．814．62-3×10-524．414．82-4×10-5保水性路面混合料13．843．68-2×10-523．683．36-2×10-5
从汉堡车辙试验结果可知：两种混合料在60℃水浴条件下进行汉堡车辙试验,未出现明显的剥落与水损害的现象。保水性路面车辙深度及相对变形率都低于OGFC路面,说明保水性材料填充OGFC混合料空隙后,能够有效地提高混合料的抗剪切能力与抗车辙能力。从蠕变速率数据可知,OGFC混合料蠕变斜率相对偏小,说明其抗水损害能力相对保水性路面混合料较差,与冻融劈裂试验表征结果一致。
通过以上研究可知,在OGFC混合料中填充保水性材料可以降低路面温度,降低幅度最大为10℃,可以提高混合料的力学性能、水稳性能与抗车辙性能。保水性路面矿物原材料简单、廉价,施工不复杂,理论上具有可实施性。
参考文献
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PENG Xiao-bao
(Xiangtan Architectural Design Institute，Xiangtan 411100,Chian)
Abstract In order to solve the blocking problem of OGFC pavement gap, the reconstruction is made for the OGFC pavement material. The water-retaining pavement is formed by adding the water-absorbing material of mineral like coal ash in the gap, and the test on the preliminary performance of water-retaining pavement mixture that takes OGFC-13 as the skeleton structure is performed. Through the temperature reduction test, freeze-thaw split test and hamburg wheel tracking test, the temperature reduction effect, water stability and anti-rutting performance of OGFC pavement and water-retaining pavement are compared. The results show that the temperature reduction effect of water-retaining pavement is more obvious than that of OGFC pavement, the water stability is better, and it is with better anti-rutting performance. This kind of pavement material is with strong economical efficiency, uncomplex construction and exploitativeness.
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