空隙率对高透水结构沥青路用性能影响研究

陈艳琼

（福建船政交通职业学院，福州 350007）

福建省属于暖热湿润的亚热带海洋性季风气候，降雨量充沛，平均年降雨量高达1 400 mm～2 000 mm。密级配沥青路面由于透水性差、排水能力相对低，雨天降水来不及排除而在路表覆盖一层水膜，在水膜的作用下，轮胎与路面的附着系数降低，路面抗滑性能降低，造成雨天交通事故发生概率提高。而高透水式结构沥青路面，空隙率大，在混合料内部形成排水通道，能降低路表的水量，大大提高沥青路面的抗滑性能。

目前，国内关于高透水式结构沥青路面的研究主要有：张昶等提出生石灰与消石灰对提高PA混合料黏结性能比较有效，消石灰的改性性能略优于生石灰，水泥几乎没有改性效果，当消石灰掺入量为4%时对改善沥青混合料水稳效果最佳[1]；林云腾等指出随着空隙率的变化，OGFC-13混合料各项路用性能呈规律性变化。孔隙率增大，透水性和防滑性能增强，高温稳定性和水稳定性降低[2]。潘万南等对两处不同的试验路透水沥青面层进行压实工艺分析，结果表明，为得到较理想的压实效果和目标空隙率，应根据交通荷载、矿料级配及高粘改性剂使用情况，提出基于特定条件下的压实工艺方案[3]。郭根才提出采取调整系统干拌时间至20S、将混合料摊铺温度提高5℃至175℃、调整初压温度至155℃～165℃、采用钢轮压力机进行终压作业、适当降低摊铺速度等措施可以降低沥青混合料离析、推移粘胎等问题[4]。本文将以油石比5.2%为沥青用量配置五组不同矿料比PA-13沥青混合料，测定其马歇尔稳定度、流值、动稳定度、残留稳定度、肯塔堡飞散试验混合料损失值等指标，对比五组不同空隙率对沥青路用性能的影响，从而推选更优空隙率。

1 试验方案

本试验以二级公路PA-13的目标配合比为基础，油石比为5.2%，五组不同矿料比例见表1，试验方法为沥青混合料密度试验（表干法）、马歇尔稳定度试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验等。

表1 矿料比例

2.1 沥青

沥青采用高改性沥青，沥青各项指标试验值见表2。

表2 高改性沥青试验标值

2.2 矿料

本研究中所有使用矿料都有明确标准，矿料的各项指标试验值见表3。

表3 矿料的指标试验值

2.3 其他

纤维稳定剂添加量为沥青混合料的0.4%，沥青加热温度170℃，集料加热温度190℃，拌和温度控制在175℃左右。

3 试验结果

3.1 空隙率指标

按照沥青混合料密度试验（表干法）试验方法测定五组不同矿料比的物理指标，并计算相应的空隙率见表4。

表4 五组矿料比的空隙率

3.2 各试验指标与空隙率对比

测定五组不同矿料比例马歇尔稳定度、流值、动稳定度、残留稳定度、肯塔堡飞散试验混合料损失值，并绘制空隙率与各试验指标的变动关系如图1-5。

图1 稳定度与空隙率关系图

3.3 空隙率对沥青路用性能影响分析

①五组试件空隙率与马歇尔稳定关系如图1所示，从试验结果看马歇尔稳定度随着空隙率的增大而减少，当空隙率达到22.7%时，马歇尔稳定度低于6 kN以下，马歇尔稳定度的降低意味着高温时沥青路面抵抗车辆荷载的作用能力有所下降，为了保证沥青路用性能，马歇尔稳定度不能太低。《排水沥青路面设计与施工指导规范》（（JTG/T 3350-03-2020））规定稳定度不低于5 kN。

②五组试件空隙率与流值关系如图2所示，从试验结果看五组试件的流值均满足《排水沥青路面设计与施工指导规范》（（JTG /T 3350-03-2020）要求，且流值随着空隙率的增大而减小。流值变小意味随着空隙率增大沥青路面达到破坏时路面的竖向变形小，沥青路面不容易出现拥包、车辙病害。

图2 流值与空隙率关系图

③五组试件空隙率与动稳定度关系如图3所示，从试验结果看五组试件的均高于《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）中普通公路1 000次/mm，高速公路3 200次/mm，说明高透水式沥青路面的高温稳定比一般沥青混凝土高；空隙率为20.1%、21.4%、22.7%三组试件动稳定度大于《排水沥青路面设计与施工指导规范》（JTG /T 3350-03-2020）规定的最小次数5 000次/mm，主要是由于粗集料量含量多，颗粒间的骨架结构承担了大部分荷载的作用，同时高粘度改性沥青优良的黏结作用，提高路面高温下抵抗变形的能力，提高路面抗车辙能力。

图3 动稳定度与空隙率关系图

④五组试件空隙率与浸水残留稳定度关系如图4所示，从试验结果看前四组的48 h浸水残留稳定度满足《排水沥青路面设计与施工指导规范》（JTG /T 3350-03-2020）规定的不低于85%[5]，而第五组略低些。同时也看出随着空隙率的增大而残留稳定度降低，残留稳定度降低意味着路面水稳定性降低，如果路面在水的浸泡下，经受车辆荷载的反复作用，水有可能进一步入侵沥青与集料的界面，在水动力作用下，沥青膜渐渐从集料表面剥离，从而导致沥青与集料之间的黏附力降低[6]，出现坑槽等病害。

图4 残留稳定度与空隙率关系图

针对这种情况建议措施作好路面的排水措施，让水尽快从路面两边排除，以免水浸泡路面，造成路面水损害，同时采用性能更优良的高黏改性沥青。

⑤五组试件空隙率与飞散损失值关系如图5所示，从试验结果看肯塔堡飞散试验混合料损失值随着空隙率增在而增大，该值的变大，意味着沥青混合料在荷载作用下，表面集料脱落、掉粒损失的可能性增大，引发的坑槽病害的可能性也增大。建议采用高性能纤维稳定剂，起到吸附沥青增加沥青膜厚度的作用，同时实现加筋、增黏、增韧的效果，改善路面抗飞散性能，提高耐久性。

图5 肯塔堡飞散试验混合料损失值与空隙率关系图

4 结论

①空隙率大小对沥青路面影响主要表现在沥青高温稳定性、水稳定性、抗滑性方面。从试验结果看随着空隙率增大，稳定度、流值、残留稳定度均变小，肯塔堡飞散试验混合料损失值变大，稳定度值有变小也有变大。总的来说，增大空隙率，可以提高沥青路面的高温稳定性，提高沥青路面的抗滑性，但沥青路面的水稳定性降低，产生坑槽病害的可能性增大。

②福建省由于年降水量高达1 400 mm以上，沥青路面对水稳定性的要求更高。因此高透水结构路面配合比设计更应充分论证，建议空隙率为19%～23%，集料、矿粉为碱性，同时采用高性能纤维稳定剂，高黏性改性沥青。加强施工过程质量控制，通过调整系统干拌时间、摊铺温度、初压温度、适当降低摊铺速度等措施降低沥青混合料离析。

③应重视防水层设计及施工，以免由于防水层被破坏造成水渗透到路基，使路基土含水量过大，强度急剧降低，引起路基翻浆等病害。