透水瀝青混合料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究

陳劍偉

（福建省建科院檢驗(yàn)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(tǒng)的密實(shí)型不透水路面覆蓋，導(dǎo)致城市地下水得不到補(bǔ)充，雨水不能及時(shí)排出，造成城市內(nèi)澇。自2006年至2010年，中國150多個(gè)城市受到內(nèi)澇災(zāi)害影響發(fā)生嚴(yán)重的洪水，直接經(jīng)濟(jì)損失超過1600億元[1]。同時(shí)，傳統(tǒng)的非透水路面在雨天易產(chǎn)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(jié)構(gòu)，開展透水瀝青路面技術(shù)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(guī)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(nèi)部橫向排出，或滲至路面路基及路基內(nèi)部，有效鎖住水分。根據(jù)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(qū)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(bǔ)充城市地下水。

1 透水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

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(diǎn)應(yīng)力。細(xì)集料含量相對較少，主要作用為調(diào)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(yàn)中粗細(xì)集料均選用粒徑為（10～15）mm，（5～10）mm玄武巖，細(xì)集料選用機(jī)制砂，礦粉選用細(xì)磨石灰?guī)r礦粉，對礦料的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果均符合相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)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(jié)強(qiáng)度，具有更好的力學(xué)性能。瀝青的軟化點(diǎn)，及60℃的動力黏度指標(biāo)較為關(guān)鍵。

該試驗(yàn)采用新立基公司生產(chǎn)的高黏度改性瀝青，檢測結(jié)果見表1。

表1 高黏度改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

由表1可見，高黏度改性瀝青符合相應(yīng)的技術(shù)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(shè)計(jì)

在該試驗(yàn)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(shù)規(guī)范》（JTGF40—2004）中OGFC混合料配合比設(shè)計(jì)方法，采用馬歇爾試件體積設(shè)計(jì)方法，并以空隙率為配合比設(shè)計(jì)主要指標(biāo)配制透水瀝青混合料。該試驗(yàn)選定目標(biāo)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(gè)。設(shè)計(jì)級配曲線如圖1所示，設(shè)計(jì)級配通過率滿足PAC-13礦料級配范圍要求。

圖1 PAC-13設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的宏觀反映，是瀝青路面滲水性能的主要控制和評價(jià)參數(shù)，利用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20—2011）中體積法及《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ190—2012）中網(wǎng)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(jié)果形成的坐標(biāo)圖，如圖2所示。

圖2 空隙率與連通空隙率試驗(yàn)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(jìn)入礦料骨架中，填充混合料骨架空隙，瀝青與礦料的黏結(jié)力增強(qiáng)，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(guān)。由圖2看出，瀝青用量在4.0%～5.8%時(shí)，連通空隙率均≥14%，當(dāng)瀝青用量超過5.8%時(shí)，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(wěn)定度

利用馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度評價(jià)透水瀝青混合料的力學(xué)性能，5組不同瀝青含量的透水瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度檢測結(jié)果形成的坐標(biāo)圖，如圖3所示。

圖3 流值與馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)曲線

由圖3可以看出，瀝青用量在4.0%～6.0%范圍時(shí)，穩(wěn)定度無明顯變化，穩(wěn)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(jié)作用增強(qiáng)，透水瀝青混合料在具有較高的空隙率情況下，仍能形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，使其仍具有良好的強(qiáng)度。

1.3.4 析漏試驗(yàn)與飛散試驗(yàn)

利用析漏試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)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(jié)果形成的坐標(biāo)圖，如圖4所示。

圖4 析漏損失與飛散損失試驗(yàn)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(diǎn)對應(yīng)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(yàn)的瀝青用量的最佳用量在4.9%～5.1%范圍內(nèi)。當(dāng)瀝青含量小于5.0%時(shí)，由于瀝青含量較少，礦料間的黏結(jié)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??；當(dāng)瀝青含量大于5.5%時(shí)，多余瀝青將導(dǎo)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(dāng)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(jié)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(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，具有良好的使用性能。其二，通過肯德堡飛散試驗(yàn)和析漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)，透水瀝青混合料適用的瀝青用量為5.0%。結(jié)合空隙率試驗(yàn)及馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，當(dāng)瀝青用量為5.0%時(shí)，材料的空隙率為20.3%，連通空隙率為15.2%，馬歇爾穩(wěn)定度為6.77kN，具有較高的空隙率和良好的力學(xué)性能，滿足規(guī)范技術(shù)要求。其三，從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，配制透水瀝青混合料所使用的高黏度改性瀝青價(jià)格較高，且當(dāng)瀝青用量過大時(shí)，現(xiàn)場實(shí)際攤鋪時(shí)難度較大；結(jié)合類似工程使用情況及優(yōu)選瀝青用量，該試驗(yàn)所確定的瀝青用量為5.0%能滿足實(shí)際使用要求。