透水瀝青混合料結構設計與性能研究

陳劍偉

（福建省建科院檢驗檢測有限公司，福建 廈門361006）

0 引言

隨著我國城市路面逐漸被傳統的密實型不透水路面覆蓋，導致城市地下水得不到補充，雨水不能及時排出，造成城市內澇。自2006年至2010年，中國150多個城市受到內澇災害影響發生嚴重的洪水，直接經濟損失超過1600億元[1]。同時，傳統的非透水路面在雨天易產生水膜及積水，抗滑性能減低，影響行車安全性，易造成交通事故。因此，改善城市道路以不透水材料鋪裝路面的單一結構，開展透水瀝青路面技術研究，具有重要的意義。透水瀝青路面使用的瀝青混合料和普通瀝青混合料不同，透水瀝青路面使用的瀝青混合料需具有較大的空隙率，規范要求瀝青混合料的空隙率需控制在18%以上（普通的瀝青混合料為3%～6%）。雨水滲入透水瀝青路面后，可在透水路面層內部橫向排出，或滲至路面路基及路基內部，有效鎖住水分。根據排水方式的不同，透水路面可分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型[2]。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型的區別在于：Ⅰ型透水瀝青路面的排水是路面水滲入表面層后排水，封層在表面層和中下面層之間；Ⅱ型透水瀝青路面的排水是路面水滲入基層或墊層后排水，封層在透水基層和墊層之間；Ⅲ型透水路面是直接滲至路基，有效補充城市地下水。

1 透水瀝青混合料配合比設計

1.1 礦料

因透水瀝青路面的特殊透水需要，透水瀝青混合料形成骨架部分的粗集料更多，同普通的密級配瀝青混合料比較，透水瀝青混合料的粗集料部分占比更大，粗集料部分承受較大接觸點應力。細集料含量相對較少，主要作用為調整混合料的空隙率及提高瀝青膜厚度，其中棱角性及含泥量對路面使用性能和耐久性具有重要作用。

在該試驗中粗細集料均選用粒徑為（10～15）mm，（5～10）mm玄武巖，細集料選用機制砂，礦粉選用細磨石灰巖礦粉，對礦料的各項性能進行檢測，檢測結果均符合相應的技術指標要求。

1.2 瀝青

透水瀝青混合料空隙率高，易受陽光和空氣老化影響，提高瀝青膜厚度，減少礦料的剝落損失，可提高混合料的黏結強度，具有更好的力學性能。瀝青的軟化點，及60℃的動力黏度指標較為關鍵。

該試驗采用新立基公司生產的高黏度改性瀝青，檢測結果見表1。

表1 高黏度改性瀝青試驗結果

由表1可見，高黏度改性瀝青符合相應的技術要求，具有較高的60℃動力黏度。

1.3 透水瀝青混合料

1.3.1 級配設計

在該試驗中透水瀝青混合料采用PAC-13型，參照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40—2004）中OGFC混合料配合比設計方法，采用馬歇爾試件體積設計方法，并以空隙率為配合比設計主要指標配制透水瀝青混合料。該試驗選定目標空隙率為20%，初選瀝青含量分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，配制5組馬歇爾試樣，每組6個。設計級配曲線如圖1所示，設計級配通過率滿足PAC-13礦料級配范圍要求。

圖1 PAC-13設計級配曲線

1.3.2 空隙率及連通空隙率

空隙率為瀝青混合料空隙結構的宏觀反映，是瀝青路面滲水性能的主要控制和評價參數，利用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20—2011）中體積法及《透水瀝青路面技術規程》（CJJ190—2012）中網籃法測定5組不同瀝青含量、透水瀝青混合料的空隙率及連通空隙率，檢測結果形成的坐標圖，如圖2所示。

圖2 空隙率與連通空隙率試驗曲線

空隙率為連通、半連通、閉口空隙率之和。由圖2可以看出，隨著瀝青用量的增加，瀝青更多地進入礦料骨架中，填充混合料骨架空隙，瀝青與礦料的黏結力增強，瀝青混合料的空隙率及連通空隙率隨之減少。透水瀝青混合料透水性能主要與連通空隙率有關。由圖2看出，瀝青用量在4.0%～5.8%時，連通空隙率均≥14%，當瀝青用量超過5.8%時，連通空隙率＜14%，連通空隙率無法滿足使用要求。

1.3.3 馬歇爾穩定度

利用馬歇爾試驗穩定度評價透水瀝青混合料的力學性能，5組不同瀝青含量的透水瀝青混合料馬歇爾穩定度檢測結果形成的坐標圖，如圖3所示。

圖3 流值與馬歇爾穩定度試驗曲線

由圖3可以看出，瀝青用量在4.0%～6.0%范圍時，穩定度無明顯變化，穩定度均大于5kN，符合使用要求。因透水瀝青混合料通過加入高黏度改性瀝青，大顆粒間的黏結作用增強，透水瀝青混合料在具有較高的空隙率情況下，仍能形成穩定的骨架結構，使其仍具有良好的強度。

1.3.4 析漏試驗與飛散試驗

利用析漏試驗和飛散試驗測定5組不同瀝青含量的透水瀝青混合料的析漏及分散損失，確定瀝青混合料的最佳瀝青用量，檢測結果形成的坐標圖，如圖4所示。

圖4 析漏損失與飛散損失試驗曲線

在圖4的飛散損失曲線和析漏損失曲線的兩端，各引切線，以切線的交點對應的瀝青用量，作為最小最大瀝青用量的極值，取兩者間的瀝青用量為最佳瀝青用量。由圖4可知，該試驗的瀝青用量的最佳用量在4.9%～5.1%范圍內。當瀝青含量小于5.0%時，由于瀝青含量較少，礦料間的黏結力不足，飛散損失較大且變化明顯，隨著瀝青的增加，飛散損失逐漸減小；當瀝青含量大于5.5%時，多余瀝青將導致礦料間容易移動，飛散損失緩慢增加，隨著瀝青含量的增加，析漏損失增加；當瀝青含量大于5%后，析漏損失增加較大。因此，選用瀝青用量為5.0%為最佳瀝青用量。

2 結論

其一，采用高黏度改性瀝青及礦料配制透水瀝青混合料，其各項指標均滿足規范要求，具有良好的使用性能。其二，通過肯德堡飛散試驗和析漏試驗數據，透水瀝青混合料適用的瀝青用量為5.0%。結合空隙率試驗及馬歇爾穩定度試驗，當瀝青用量為5.0%時，材料的空隙率為20.3%，連通空隙率為15.2%，馬歇爾穩定度為6.77kN，具有較高的空隙率和良好的力學性能，滿足規范技術要求。其三，從實際應用角度出發，配制透水瀝青混合料所使用的高黏度改性瀝青價格較高，且當瀝青用量過大時，現場實際攤鋪時難度較大；結合類似工程使用情況及優選瀝青用量，該試驗所確定的瀝青用量為5.0%能滿足實際使用要求。