新型TPS在排水沥青路面中的应用研究
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摘 要：排水沥青路面具有排水、降噪、抗滑等特点，在雨天行车中，还能减轻水雾、炫光等对行车的影响程度，对提高行车安全意义重大。但相比普通路面，排水沥青路面耐久性较差，若适量掺加高粘沥青，可有效解决其耐久性问题。本文在充分了解高粘改性沥青的作用机理，对TPS高粘改性沥青的制备过程及性能进行了分析，并通过具体工程案例研究，得出新型TPS掺加后，可提高路面抗滑性能及降噪能力。
关键词：新型TPS改性剂;排水沥青路面;作用机理
中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0132-02
1 高粘改性沥青的作用机理
本文所研究的新型TPS材料，基本与日本TPS材料组成一致，主要包括树脂、热塑性橡胶、增塑剂、抗老化成分。这种材料主要用于解决排水沥青路面空隙大、松散、剥落等问题，其物理指标如表1所示。
与SBS聚合物改性剂相比，TPS的聚合物改性剂特征并不显著，但因其内含热塑性橡胶、树脂等材料，其作用机理基本与SBS相似。于沥青材料的高温稳定性、低温开裂性、抗疲劳性热塑性橡胶均有不同程度的提升，而于沥青粘度、劲度来讲，树脂类材料则可显著提升。其作用机理可分为2点：
（1）高温条件下，TPS改性剂与沥青均匀拌和时，极易产生溶胀反应，充分吸收沥青内轻质材料，增加沥青重质材料含量，其变化为粘度、软化点变大，沥青稠度增加。（2）在溶胀同时，改性剂还会以丝状向沥青内扩散，聚合物、沥青均会形成网络结构，且具有连续性、贯通性，此时于自由沥青的流动来讲，这种网络结构将产生一定尼阻效果，以此增强沥青粘度。
2 TPS高粘改性沥青的制备
TPS改性沥青制备，本文选擇70#两种基质沥青进行制备，根据高粘沥青制备流程，通过高速剪切机进行处理。流程如下：
（1）根据沥青制备份数，称取500g/份;（2）按照掺配比例，对新型TPS质量进行计算;（3）加热基质沥青170℃，随后将新型TPS按量掺加，并均匀拌和，保证TPS与沥青之间具有良好相容性，待TPS颗粒不明显时，即可进行剪切，此过程必须在170℃下完成;（4）改性剂充分融化之后，因其具有较大粘度，此时可设3000转/min转速，且根据要求，连续进行15～30min剪切。
为保证高粘沥青掺量准确，可按照8%、13%、18%三种TPS掺量进行离析试验，所得试验结果为8%TPS、13%TPS、18%TPS软化点分顶部、底部两部分，顶部按顺序分别为79.2℃、86.7℃、94、8℃;底部按顺序分别为77.6℃、85.2℃、92.6℃，相比之下，底部软化点均低于顶部软化点，其主要原因在于聚合物在高温状态下，沥青极易产生上浮现象。从结果分析可见，三种掺量下，软化点差均在2.5℃以下，则表明高粘改性剂和沥青之间具有良好相容稳定性。
3 高粘改性沥青的路用性能分析
3.1 高温性能
从排水沥青路面级配组成来讲，粗细集料含量各有不同，其中粗集料更多，为此，相比密级配混合料，排水沥青路面高温抗车辙能力更强。排水路面中高温抗车辙性能为其主要路用性能，这也是采用高粘改性沥青的主要因素。为增强路面抗变形能力，要求沥青在高温状态下，具有粘结力、黏聚力等特点。本文选择车辙试验进行高温性能测试，各混合料车辙试验结果如表2所示。
当高粘沥青内TPS不断增多时，混合料的动稳定度将随之增加，特别是在掺量8%以上情况下，动稳定度幅度增长较快;掺量18%时，混合料动稳定度值已超过8000次/mm，相比12%日本TPS，该值更高。相比SBS混合料，其动稳定度远远不及新型TPS，为此，开发高粘沥青具有重要意义。
3.2 低温性能
低温状态下，沥青路面极易出现低温开裂现象，从而改变沥青混合料力学性能，特别是对排水沥青路面而言，低温性能更为重要。作为一种高粘改性剂，TPS主要组成包括热塑性橡胶、树脂、增塑剂。将新型TPS掺加到排水沥青混合料内，可增强其高温性能，但于沥青低温性能来讲，树脂类改性剂的掺加并无太多益处，甚至会产生负面影响。为此。本文通过万能实验材料机进行排水沥青混合料低温性能检测。
由此可见，新型TPS的掺加，对其脆化点并无太大改变，但小梁弯拉强度均有所提升，特别是在不断增加TPS掺量时，弯拉强度也将随之增加，这对排水路面在低温条件下低温破坏具有重要性的意义。
利用各种实验对高粘沥青常规指标进行测试，经试验可知，当新型TPS掺量不断增多时，可有效改善沥青各项性能。当掺量为13%的情况下，高粘沥青各项指标均与相关规范要求相符。此外，当掺量为8%的情况下，相比SBS沥青两者高温指标基本相同。而12%日本TPS改性沥青与国产新型TPS相比，其各项性能均与新型TPS掺量13%～18%各项性能相似，且与新型TPS掺量18%的高粘沥青性能最为接近。但在低温性能方面，新型TPS与日本TPS均在SBS改性沥青性能之下。通过上述各性能对比分析，本文建议在13 ～18%之间控制新型TPS掺量，将这种材料用于排水沥青路面可有效提升工程质量。
4 工程案例分析
某公路工程属于易积水段，施工决定选择排水沥青路面，施工起讫桩号为K4+808～K5+308处。根据实际情况，可选择PAC-10、PAC-13排水沥青路面结构用于上面层，因结构属于大孔隙18%～25%，为解决大孔隙路面飞散、掉粒情况，可使用高粘度改性沥青，即本文所选用的新型TPS改性剂，从而增强路面结构耐久性，延长路面使用寿命。
4.1 施工工艺流程
（1）拌和。选择间歇式沥青拌和机作为排水沥青混合料，且具备二级除尘功能，从而对添加量进行合理控制。为增强排水沥青路面耐久性，尽可能降低飞散、掉粒等情况，可选择新型TPS改性剂进行施工，且合理控制混合料温度。（2）运输。装料前，可将一层隔离剂涂抹至车厢底板，多次移动车辆装料。并将篷布等材料加盖于车顶，做好保温工作。（3）摊铺。提前30～60min预热熨平板，在拌和机供料速度下，合理调整摊铺速度，保证摊铺能力满足要求。一般可在2～3m/min内控制摊铺速度。（4）压实。根据面积大小，合理选择压实设备。第一，当压实部位面积较大时，可选择双钢轮压路机进行施工，碾压遍数为3～5遍。第二，当压实部位面积较小时，可选择小型压路机施工，遍数控制在2～3遍，保证碾压后无明显轮迹。
4.2 工程路用性能检验
（1）抗滑性能。针对本路段抗滑性能，可选择摆式摩擦系数测定仪进行准确测量，本文以排水沥青路面与一般沥青路面为例进行抗滑性能对比分析，则摆值结果显示，一般沥青路面平均摆值在71.8BPN，排水沥青路面平均摆值在77BPN，相比之下，排水沥青路面抗滑性能更佳。（2）降噪性能。按照具体工程情况，可选择CTT法进行降噪性能分析。经测试可见，当速度为40km/h时，一般沥青路面与排水沥青路面的噪声分别为80.7dB、78.4dB;速度为60km/h时，一般沥青路面与排水沥青路面的噪声分别为84.6dB、81.7dB;速度为80km/h时，一般沥青路面与排水沥青路面的噪声分别为91.4dB、86.5dB。由此得出，在车速不变条件下，排水沥青路面噪声更小，具有良好的降噪性能。随着速度的增加，降噪性能更加显著。
5 结语
综上所述，排水沥青路面空隙率杂20%左右，且具有排水、降噪、抗滑等优势，更能满足当前交通舒适、安全、环保的发展理念。但在排水沥青路面技术研究中，我国多选用进口高粘改性剂材料增强路面性能，但此类材料成本高，严重制约了该路面在我国的应用与推广。为解决这一问题，本文主要研究一种新型国产TPS高粘改性剂，并对比此改性剂与SBS改性沥青、日本TPS改性沥青之间的性能，以此确定其掺量最佳范围，这对排水沥青路面的应用具有重要的现实意义。
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