瀝青混合料滲透性影響因素分析

摘要：為了研究不同因素對瀝青混合料滲透性能的影響，通過測試AC-13和AC-20兩種瀝青混合料不同空隙率試件在不同溫度、水壓和軸壓條件下的滲透系數，對比研究水壓、溫度、空隙率、軸壓、最大公稱粒徑等因素對瀝青混合料滲透性能的影響。試驗結果表明，滲水量隨著水壓的增大而增大，但增加幅度呈逐漸減小的趨勢；空隙率對瀝青混合料材料滲透性能影響最大，空隙率越大，其滲透系數越大，間接驗證了8%的空隙率是瀝青路面透水性急劇增長的拐點；對于不同瀝青混合料材料，最大公稱粒徑越大，其滲透系數越大；對于相同的瀝青混合料，試驗溫度越高，加載的軸壓越大，其滲透系數越大。

關鍵詞：瀝青混合料；滲透性；影響因素

1、引言

隨著我國高速公路的迅速發展，作為瀝青路面主要病害之一的水損害也日益成為許多學者研究的焦點。目前我國對于瀝青混合料的滲透系數測試并沒有統一的測試儀器和試驗規程，大多采用自研的滲透儀進行滲透性能的測試，測試結果難免有所差異。因此，作者利用自研的滲透儀，針對不同空隙率的AC-13和AC-20兩種瀝青混合料，在不同水壓、軸壓和溫度下進行滲透試驗，探討不同因素對其滲透性能的影響，以指導瀝青混合料及路面的設計與施工。

2、原材料及瀝青混合料級配設計

根據目前高等級公路建設中瀝青路面常用瀝青混合料類型及水損害層位，選用AC-13和AC-20兩種瀝青混合料作為研究對象。試驗采用的這兩種混合料的合成級配見表1，其中，AC-13瀝青混合料，其粗集料為玄武巖，細集料為石灰巖；AC-20瀝青混合料，其粗集料為砂巖，細集料為石灰巖；礦粉為石灰巖礦粉；瀝青均為SBS改性瀝青。通過對2種瀝青混合料進行馬歇爾試驗，得出其最佳油石比分別為4.7%和4.1%。

3、滲透試驗

3.1 試件制備

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2011），采取旋轉壓實成型方式制備2種瀝青混合料試件，通過改變旋轉壓實次數控制其空隙率分別為6%和8%。目前，測量多孔介質空隙率的主要方法為表干法和蠟封法，其中，表干法適用于吸水率低于2%的瀝青混合料的毛體積相對密度或毛體積密度，而蠟封法適用于測定吸水率大于2%的瀝青混合料的毛體積相對密度或毛體積密度。由于本試驗所用試件的實測吸水率均小于2%，故本試驗采用表干法測定AC-13和AC-20的空隙率，分別為5.9%，8.2%和5.8%，7.9%。

3.2 測試方法

1）將試件充分飽水后側壁涂抹防水膠，涂抹潤滑劑凡士林后，再將試件裝入滲透性測試裝置中。2）向裝置內部緩慢施加圍壓至0.75MPa，靜待10min，檢驗裝置氣密性。3）調節滲透性測試裝置上部加載組件加壓板，以固定軸壓，同時保證圍壓不變。4）調節水壓至測試水壓值，待出水口單位時間內滲水量穩定后開始測試。在固定軸壓下逐級加載水壓，測試水壓從0.05～0.7MPa，間隔為0.05MPa。5）測試完一個軸壓條件下不同水壓下的滲水量后，軸壓調為下一個軸壓值，繼續測試該軸壓條件不同水壓下的滲水量，軸壓測試順序為0.7，0.9，1.1MPa。

4、滲透系數及其影響因素分析

4.1 水壓的影響

試驗所測試的6%和8%空隙率的AC-13和AC-20試件，無論是AC-13還是AC-20瀝青混合料，其滲透系數均隨水壓的增大而減小。滲透系數不為常數，隨著水壓的增大而不斷減小。

4.2 溫度的影響

不同溫度條件下水的動力粘滯系數不同，導致不同溫度條件下瀝青混合料的滲透性能有所差異。在材料、空隙率、水壓相同的條件下，溫度越高，其滲透系數越大。如：AC-13在60℃和15℃時滲透系數之比約為3倍（空隙率為6%）和3.5倍（空隙率為8%）；水的動力粘滯系數直接影響滲透系數的大小，溫度越高，水的動力粘滯系數越小；在相同的試驗條件下，其流速越快，滲透能力越強，滲透系數越大。

4.3 空隙率的影響

不同空隙率的瀝青混合料試件，其試件內部連通空隙的數量及空隙分布不同，而連通空隙的多少直接影響混合料的滲透能力。連通空隙越多，則其滲透能力越強。在材料、溫度、水壓相同的條件下，空隙率越大，則其滲透系數越大。如：AC-13空隙率為8%時的滲透系數大于空隙率為6%時的滲透系數，前者是后者的10倍左右，相差1個數量級；AC-20空隙率為8%時的滲透系數，也大于空隙率為6%時的滲透系數，前者是后者的4倍左右。這間接驗證了8%的空隙率是瀝青路面透水性急劇增長的拐點。究其原因，是因為空隙率越大，瀝青混合料內部的空隙越多，出現上下連通的有效空隙的幾率就越大，有效空隙越多，則滲透能力越強。

4.4 材料最大公稱粒徑的影響

材料最大公稱粒徑不同，其空隙通道的大小也不同，滲流的空隙通道越大，其滲透能力越強。在溫度、空隙率、水壓相同的條件下，最大公稱粒徑越大，其滲透系數越大，如：15℃時，AC-20和AC-13的滲透系數之比約為4倍（空隙率為6%）和1.8倍（空隙率為8%）；60℃時，AC-20和AC-13的滲透系數之比約為3.7倍（空隙率為6%）和1.4倍（空隙率為8%），同等條件下AC-20的滲透系數均大于AC-13的滲透系數。

5、結束語

在對比分析的諸因素中，瀝青混合料的空隙率對其滲透系數的影響最大。瀝青混合料的空隙率越大，則其滲透系數越大，間接驗證了8%的空隙率是瀝青路面透水性急劇增長的拐點。對于密級配瀝青混合料，施工中應嚴格保證瀝青混合料的壓實質量，其空隙率應控制在8%以下。溫度、水壓和最大公稱粒徑對瀝青混合料滲透系數有較大的影響，軸壓的影響相對有限，在高溫時較為明顯。同種瀝青混合料滲透系數隨著溫度的升高以及最大公稱粒徑、軸壓的增大而增大，隨著水壓的增大而減小。

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