空隙率對高透水結構瀝青路用性能影響研究

陳艷瓊

（福建船政交通職業學院，福州 350007）

福建省屬于暖熱濕潤的亞熱帶海洋性季風氣候，降雨量充沛，平均年降雨量高達1 400 mm～2 000 mm。密級配瀝青路面由于透水性差、排水能力相對低，雨天降水來不及排除而在路表覆蓋一層水膜，在水膜的作用下，輪胎與路面的附著系數降低，路面抗滑性能降低，造成雨天交通事故發生概率提高。而高透水式結構瀝青路面，空隙率大，在混合料內部形成排水通道，能降低路表的水量，大大提高瀝青路面的抗滑性能。

目前，國內關于高透水式結構瀝青路面的研究主要有：張昶等提出生石灰與消石灰對提高PA混合料黏結性能比較有效，消石灰的改性性能略優于生石灰，水泥幾乎沒有改性效果，當消石灰摻入量為4%時對改善瀝青混合料水穩效果最佳[1]；林云騰等指出隨著空隙率的變化，OGFC-13混合料各項路用性能呈規律性變化。孔隙率增大，透水性和防滑性能增強，高溫穩定性和水穩定性降低[2]。潘萬南等對兩處不同的試驗路透水瀝青面層進行壓實工藝分析，結果表明，為得到較理想的壓實效果和目標空隙率，應根據交通荷載、礦料級配及高粘改性劑使用情況，提出基于特定條件下的壓實工藝方案[3]。郭根才提出采取調整系統干拌時間至20S、將混合料攤鋪溫度提高5℃至175℃、調整初壓溫度至155℃～165℃、采用鋼輪壓力機進行終壓作業、適當降低攤鋪速度等措施可以降低瀝青混合料離析、推移粘胎等問題[4]。本文將以油石比5.2%為瀝青用量配置五組不同礦料比PA-13瀝青混合料，測定其馬歇爾穩定度、流值、動穩定度、殘留穩定度、肯塔堡飛散試驗混合料損失值等指標，對比五組不同空隙率對瀝青路用性能的影響，從而推選更優空隙率。

1 試驗方案

本試驗以二級公路PA-13的目標配合比為基礎，油石比為5.2%，五組不同礦料比例見表1，試驗方法為瀝青混合料密度試驗（表干法）、馬歇爾穩定度試驗、車轍試驗、肯塔堡飛散試驗等。

表1 礦料比例

2.1 瀝青

瀝青采用高改性瀝青，瀝青各項指標試驗值見表2。

表2 高改性瀝青試驗標值

2.2 礦料

本研究中所有使用礦料都有明確標準，礦料的各項指標試驗值見表3。

表3 礦料的指標試驗值

2.3 其他

纖維穩定劑添加量為瀝青混合料的0.4%，瀝青加熱溫度170℃，集料加熱溫度190℃，拌和溫度控制在175℃左右。

3 試驗結果

3.1 空隙率指標

按照瀝青混合料密度試驗（表干法）試驗方法測定五組不同礦料比的物理指標，并計算相應的空隙率見表4。

表4 五組礦料比的空隙率

3.2 各試驗指標與空隙率對比

測定五組不同礦料比例馬歇爾穩定度、流值、動穩定度、殘留穩定度、肯塔堡飛散試驗混合料損失值，并繪制空隙率與各試驗指標的變動關系如圖1-5。

圖1 穩定度與空隙率關系圖

3.3 空隙率對瀝青路用性能影響分析

①五組試件空隙率與馬歇爾穩定關系如圖1所示，從試驗結果看馬歇爾穩定度隨著空隙率的增大而減少，當空隙率達到22.7%時，馬歇爾穩定度低于6 kN以下，馬歇爾穩定度的降低意味著高溫時瀝青路面抵抗車輛荷載的作用能力有所下降，為了保證瀝青路用性能，馬歇爾穩定度不能太低。《排水瀝青路面設計與施工指導規范》（（JTG/T 3350-03-2020））規定穩定度不低于5 kN。

②五組試件空隙率與流值關系如圖2所示，從試驗結果看五組試件的流值均滿足《排水瀝青路面設計與施工指導規范》（（JTG /T 3350-03-2020）要求，且流值隨著空隙率的增大而減小。流值變小意味隨著空隙率增大瀝青路面達到破壞時路面的豎向變形小，瀝青路面不容易出現擁包、車轍病害。

圖2 流值與空隙率關系圖

③五組試件空隙率與動穩定度關系如圖3所示，從試驗結果看五組試件的均高于《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2017）中普通公路1 000次/mm，高速公路3 200次/mm，說明高透水式瀝青路面的高溫穩定比一般瀝青混凝土高；空隙率為20.1%、21.4%、22.7%三組試件動穩定度大于《排水瀝青路面設計與施工指導規范》（JTG /T 3350-03-2020）規定的最小次數5 000次/mm，主要是由于粗集料量含量多，顆粒間的骨架結構承擔了大部分荷載的作用，同時高粘度改性瀝青優良的黏結作用，提高路面高溫下抵抗變形的能力，提高路面抗車轍能力。

圖3 動穩定度與空隙率關系圖

④五組試件空隙率與浸水殘留穩定度關系如圖4所示，從試驗結果看前四組的48 h浸水殘留穩定度滿足《排水瀝青路面設計與施工指導規范》（JTG /T 3350-03-2020）規定的不低于85%[5]，而第五組略低些。同時也看出隨著空隙率的增大而殘留穩定度降低，殘留穩定度降低意味著路面水穩定性降低，如果路面在水的浸泡下，經受車輛荷載的反復作用，水有可能進一步入侵瀝青與集料的界面，在水動力作用下，瀝青膜漸漸從集料表面剝離，從而導致瀝青與集料之間的黏附力降低[6]，出現坑槽等病害。

圖4 殘留穩定度與空隙率關系圖

針對這種情況建議措施作好路面的排水措施，讓水盡快從路面兩邊排除，以免水浸泡路面，造成路面水損害，同時采用性能更優良的高黏改性瀝青。

⑤五組試件空隙率與飛散損失值關系如圖5所示，從試驗結果看肯塔堡飛散試驗混合料損失值隨著空隙率增在而增大，該值的變大，意味著瀝青混合料在荷載作用下，表面集料脫落、掉粒損失的可能性增大，引發的坑槽病害的可能性也增大。建議采用高性能纖維穩定劑，起到吸附瀝青增加瀝青膜厚度的作用，同時實現加筋、增黏、增韌的效果，改善路面抗飛散性能，提高耐久性。

圖5 肯塔堡飛散試驗混合料損失值與空隙率關系圖

4 結論

①空隙率大小對瀝青路面影響主要表現在瀝青高溫穩定性、水穩定性、抗滑性方面。從試驗結果看隨著空隙率增大，穩定度、流值、殘留穩定度均變小，肯塔堡飛散試驗混合料損失值變大，穩定度值有變小也有變大。總的來說，增大空隙率，可以提高瀝青路面的高溫穩定性，提高瀝青路面的抗滑性，但瀝青路面的水穩定性降低，產生坑槽病害的可能性增大。

②福建省由于年降水量高達1 400 mm以上，瀝青路面對水穩定性的要求更高。因此高透水結構路面配合比設計更應充分論證，建議空隙率為19%～23%，集料、礦粉為堿性，同時采用高性能纖維穩定劑，高黏性改性瀝青。加強施工過程質量控制，通過調整系統干拌時間、攤鋪溫度、初壓溫度、適當降低攤鋪速度等措施降低瀝青混合料離析。

③應重視防水層設計及施工，以免由于防水層被破壞造成水滲透到路基，使路基土含水量過大，強度急劇降低，引起路基翻漿等病害。