凍融循環作用下瀝青混合料滲透性能的研究

焦華麗

林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401121

我國季節性冰凍地區約占我國領土面積的75%以上［1］，而凍融循環作用普遍發生在季凍區的瀝青路面中。隨著溫度的降低，內部水分凍結并發生體積膨脹，在瀝青混合料內部及空隙間產生巨大的凍脹力，破壞了瀝青混凝土的細觀結構［2］；溫度升高，混合料內部水分融化，水分的遷移加速凍融損傷的演化，不斷使瀝青混合料性能衰減，引發路面松散、坑槽等病害［3］。而瀝青混合料作為一種多孔介質，其滲透特性是固有的屬性。凍融循環作用下，增大的聯通空隙率從根本上改變了瀝青混合料的滲透特性［4］。為此本文結合凍融循環試驗與滲透試驗，開展凍融循環作用下瀝青混合料滲透特性的研究。

1 原材料

試驗所用石料為地產安山巖，其毛體積相對密度為2.758，表觀相對密度為2.775，吸水率為0.77%，其滿足瀝青路面用石料的技術要求。

填料采用地產安山巖質礦粉，其表觀相對密度為2.629，含水量為0.91%，滿足規范要求。

瀝青材料選用基質90#瀝青，測試技術指標為：25℃針入度為91.2（0.1mm）；軟化點為48℃；15℃延度大于100cm。

瀝青混合料的級配參照《公里瀝青路面施工技術規范》推薦的級配曲線中值，選取AC 級配，SMA 級配以及OGFC 級配，平行件個數為3 個，其試件成型方式為擊實成型，試件直徑為100mm±0.25mm，高度為63.5mm±1.3mm。其三種級配的空隙率參數為：AC 級配試件平均空隙率3.9%，SMA 級配平均空隙率4.2%，OGFC 級配平均空隙率10.3%。

2 試驗方法

凍融循環試驗參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》執行，其具體實施方案為：（1）將瀝青混合料在真空度為97.3-98.7kPa 的環境中進行真空飽水15min，然后恢復常壓后在水中放置0.5h；（2）將試件放在塑料袋中，并加入10mL 的水，在-18℃的環境中放置16h，進行冰凍操作；（3）將試件取出后，放入25℃的水中融化4h。

滲流試驗采用瀝青混合料滲透試驗裝置開展，操作步驟為：（1）將試件的側壁用玻璃膠進行密封，確保試件為不透水狀態；（2）放入滲透試驗裝置中，同樣用玻璃膠密封在試驗倉內；（3）對試件施加水頭高度，并測量水穿透試件的流速。

滲透系數依據達西定理測定，其計算表達式見式（1）：

式中：K 為滲透系數，m/s；Q 為通過試件的水的流量，m3/s；A 為過水斷面面積，m2；L 為滲流路徑長度，m；Δh為水頭梯度，m。

3 結果分析

分別對進行0 次、1 次、3 次、5 次凍融循環作用的瀝青混合料進行滲透試驗，測定滲透系數，對于3 種不同級配下的滲透系數隨凍融循環次數的演變曲線見圖1 所示。

由圖1 可見，瀝青混合料的滲透系數隨凍融次數的增加呈增大的趨勢。對于AC 級配而言，在0 次凍融時滲透系數為0m/s，試件完全不透水，隨著凍融次數的增加，其滲透系數呈線性增大的趨勢，在5 次凍融循環作用后，滲透系數增大到0.001m/s；對于SMA 級配而言，隨著凍融次數的增大，其滲透系數呈冪函數增長趨勢，到5 次凍融循環之后，其滲透系數增大為0.003m/s；而OGFC 級配在初始狀態便具有較高的滲透系數，為0.008m/s，隨著凍融循環次數的增加，其滲透系數逐漸增大，在5 次循環之后，滲透系數增大到0.010m/s。

圖1 凍融循環作用下不同級配瀝青混合料的滲透系數

SMA 級配與AC 級配具有相近的空隙率，但滲流特性的演變存在顯著差異。在0 次凍融循環時，二者滲透系數均為0m/s，為不透水狀態。隨著凍融次數的增加，滲透系數逐漸增大，在5 次凍融循環作用后，AC 級配的滲透系數較3 次凍融循環作用后，增加了77.3%；SMA 級配的滲透系數3 次凍融循環作用后，增加了248.5%。可見，SMA 級配的瀝青混合料在凍融循環的后期對凍融循環作用更為敏感。

AC 級配近似呈線性增長規律，SMA 級配在3 次凍融循環作用內呈線性規律，在5 次凍融循環之后，其增長速率突然變大，轉變為冪函數增長趨勢；而OGFC 級配在初始狀態下便具有較大的滲透系數，隨著凍融循環次數的增加，其增長趨勢逐漸變緩，5 次凍融循環次數后的滲透系數較3 次凍融循環僅增加了3.1%。

4 結論

本文通過凍融循環試驗與滲透試驗相結合的方式探究了瀝青混合料的滲透系數在凍融循環作用下的演變規律，主要取得以下結論：

（1）凍融循環作用破壞了瀝青混合料的細觀結構，使可滲透空隙量增大，導致瀝青混合料的滲透系數隨凍融循環作用逐漸增大。

（2）OGFC 級配由于具有較大的空隙率，因此滲透系數較大，而SMA 級配與AC 級配的瀝青混合料其滲透系數較小。

（3）三種不同級配的瀝青混合料滲透系數的演變規律不同，OGFC 級配的滲透系數增長率隨凍融循環作用次數增加而逐漸減小，SMA 級配呈冪函數增加，AC 級配呈線性增加。