透水瀝青路面壓實特性研究

吳聲志

（機械工業(yè)第六設計院有限公司 福建分公司，福建 廈門 361000）

引言

近年來，新型透水瀝青路面憑借抗滑、降噪、透水的優(yōu)勢極大的提高了行車安全性，受到了道路工程界的廣泛關(guān)注[1-2]。透水瀝青路面的優(yōu)勢得益于其大孔隙結(jié)構(gòu)，然而較大的空隙在提供其良好的功能特性時，也對其壓實提出了更高的要求。當壓實不足時無法保證骨架間的嵌擠結(jié)構(gòu)，降低透水功能；而壓實過多又會破壞集料本身的棱角性，從而降低路面的強度。因此，探尋合適的壓實工藝對透水瀝青路面的路用性能至關(guān)重要。張愛芳[3]、張爭奇[4]等對密集配瀝青混合料成型方式、溫度對體積參數(shù)的影響進行了研究。目前，關(guān)于瀝青混合料壓實方面的研究多集中在密集配瀝青混合料上，而關(guān)于透水瀝青路面壓實工藝的分析則相對較少，合適的壓實工藝是透水瀝青路面功能特性與強度的重要保證。

1 原材料和試驗方法

（1）高黏瀝青。其各項性能指標均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JTG F40-2004）[5]的要求，見表1。（2）集料采用玄武巖。技術(shù)指標見表2，各項性能指標均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JTG F40-2004）[5]的要求。（3）級配。選擇PAC-13級配的中值。透水瀝青混合料的空隙率要求為17%～23%，國內(nèi)外工程多選擇20%作為目標空隙率，以兼顧混合料強度和透水功能，因此將目標空隙率設定為20%，最佳油石比為5.1%，級配見表3。

表1 高黏瀝青試驗指標

表2 玄武巖的技術(shù)指標

表3 透水瀝青混合料級配

混合料各項試驗步驟按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）[6]要求進行。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 馬歇爾擊實

采用馬歇爾擊實成型透水瀝青混合料并研究其體積參數(shù)，其中目標空隙率為20%，研究結(jié)果見表4。可以看出，隨著壓實次數(shù)的增加，透水瀝青混合料的空隙率和礦料間隙率呈現(xiàn)下降的趨勢。以20%的目標空隙來看，壓實次數(shù)為25次時，瀝青混合料的空隙處偏大，為22.13%，這說明較少的壓實功，無法使得集料與瀝青膠漿達到足夠的密實程度。同樣，礦料間隙率在壓實次數(shù)為25次也高達26.33%，可見骨料間未形成良好的嵌擠結(jié)構(gòu)。當壓實次數(shù)增大為50次時，透水瀝青混合料的空隙率已接近目標空隙率，而進一步增大壓實次數(shù)時，空隙率和礦料間隙率與50次時基本相當。這說明馬歇爾擊實50次，已能夠給予透水瀝青混合料足夠的壓實功，達到預期的密實程度。

表4 馬歇爾擊實下體積參數(shù)

隨著壓實次數(shù)的增加瀝青飽和度呈現(xiàn)增加的趨勢。表明了瀝青填充骨料間隙的程度，瀝青飽和度越高，瀝青與集料間的粘附作用越好。當壓實次數(shù)為25次時，瀝青飽和度僅為20.58%，而當壓實次數(shù)增加至50次時，瀝青飽和度上升為31.91%，可見增大壓實次數(shù)使得瀝青與集料間的均勻性更好。同樣，當進一步增大壓實次數(shù)時，壓實對透水瀝青混合料的瀝青飽和度提升也較小。隨著壓實次數(shù)的增加，粗骨料骨架間隙率呈現(xiàn)先增加后較少的趨勢。可見，壓實功并沒越大越好，過多的壓實次數(shù)會破壞集料本身，從而影響集料間嵌擠結(jié)構(gòu)的形成。采用馬歇爾擊實 50次成型透水瀝青混合料效果最佳。

2.2 旋轉(zhuǎn)壓實

采用旋轉(zhuǎn)壓實法[3]成型透水瀝青混合料并研究其體積參數(shù)變化，見圖1。透水瀝青混合料與傳統(tǒng)瀝青混合料最明顯的區(qū)別在于其大孔隙特征，因此采用不同旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)下試件實時空隙率與目標空隙率的比值，作為試件壓實合理性的判斷指標。由圖1可以看出，隨著壓實次數(shù)的增加，透水瀝青混合料的目標空隙率比呈現(xiàn)增加的趨勢。當壓實次數(shù)為100～130次時，透水瀝青混合料開始達到目標空隙率，同時隨著壓實次數(shù)的增加，其空隙率比并沒有進一步增加。這說明，此時的透水瀝青混合料已經(jīng)形成良好的嵌擠結(jié)構(gòu)，同時對壓實的剪切作用有較好的抵抗能力。若進一步增加壓實次數(shù)或者增大壓應力，則會對集料造成破壞。綜上所述，透水瀝青混合料的適宜旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)為90～100次之間。

圖1 旋轉(zhuǎn)壓實下體積參數(shù)

2.3 路用性能

馬歇爾擊實試件次數(shù)為50次，旋轉(zhuǎn)壓實試件為95次，結(jié)果見表5。可以看出，高溫性能方面，馬歇爾成型試件的動穩(wěn)定度為9 130次/毫米，而旋轉(zhuǎn)壓實成型試件的動穩(wěn)定度為10 318次/毫米，增加了13%。分析認為，瀝青混合料的動穩(wěn)定度試驗是通過輪碾的方式進行的，輪碾作用于試件時，不僅有來自垂直方向的壓應力，還有水平方向的剪應力。馬歇爾成型試件時為垂直方向的成型，缺少水平方向的壓實功。而旋轉(zhuǎn)壓實采用旋轉(zhuǎn)的方式，這使得瀝青混合料在成型時還會受到水平方向的分力，因此提高了抵抗剪應力的能力。

表5 不同壓實方式下的路用性能

低溫方面，兩種成型方式瀝青混合料的結(jié)果差異較小，其中馬歇爾成型試件的最大彎拉應變3 214 ，旋轉(zhuǎn)壓實成型試件的最大彎拉應變?yōu)? 209 。此外，水穩(wěn)定性和抗飛散性方面，旋轉(zhuǎn)壓實成型試件的結(jié)果也優(yōu)于馬歇爾成型試件。這是因為旋轉(zhuǎn)壓實改善了集料間的嵌擠情況，同時與瀝青間形成更好的黏結(jié)力，從而提高了透水瀝青混合料的抵抗水損壞和飛散破壞的能力。透水性能方面，旋轉(zhuǎn)壓實成型后瀝青混合料的透水性能更好。分析認為，旋轉(zhuǎn)壓實可以看成三維狀態(tài)下的壓實，集料間的骨架嵌擠更加均勻，成型后混合料內(nèi)部的連通空隙更多。而馬歇爾擊實為一維擊實，因此封閉空隙更多，從而降低了透水性能。

3 結(jié)語

（1）當馬歇爾擊實次數(shù)為50次時，透水瀝青混合料骨架空隙結(jié)構(gòu)，體積參數(shù)最為合理。（2） 旋轉(zhuǎn)壓實法最佳壓實次數(shù)為90次。（3） 旋轉(zhuǎn)壓實改善了集料間的嵌擠情況，同時與瀝青間形成更好的黏結(jié)力，提高了透水瀝青混合料的抵抗高溫變形、水損壞、飛散以及透水能力。