基于空隙率变化幅度的透水沥青路面用混合料性能探讨

摘要 为有效了解空隙率变化对透水沥青掺合料性能的影响，提高透水沥青路面设计水平，保证道路路用性能，文章利用相关试验系统探究了空隙率分别为18.0%、20.0%、22.0%、24.0%条件下透水沥青掺合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、渗水性能变化规律，并通过无量纲化分析确定了空隙率变化对各种性能的影响程度。结果显示：（1）空隙率不断增大时，透水沥青掺合料高、低温性能先升高后降低，水稳性能持续降低，渗水性能持续提升；空隙率为20.0%条件下，掺合料高、低温性能达到最优状态。（2）空隙率变化对透水沥青掺合料性能影响程度的排序为高温性能＞渗水性能＞低温性能＞水稳性能。

关键词 公路沥青路面；空隙率；透水沥青混合料；路用性能

中图分类号 U414 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2025）02-0141-03

0 引言

透水沥青路面作为一种特殊的路面结构形式，为典型大空隙开级配结构，具有较强的排水、降噪、抗滑功能，能够有效排除路面积水，保证车辆运行安全[1]。透水沥青掺合料路用性能受集料级配类型、沥青性能、空隙率大小等各方面因素影响较大，其中任一指标发生变化，均会导致其路用性能出现改变[2]。为有效探究空隙率变化对透水沥青掺合料性能的影响，该文通过一系列试验系统分析了不同空隙率条件下透水沥青掺合料的路用性能变化规律，具有重要的实践意义[3]。

1 原材料与组成设计

1.1 沥青

透水沥青掺合料具有大空隙结构，为保证集料之间的黏结效果，需选用高黏沥青。根据实际需要，该文通过HVA高黏剂及SBS沥青制备高黏改性沥青，HVA∶SBS沥青=2∶23，高黏沥青各项性能指标均符合标准要求[4-6]。

1.2 集料与填料

集料采用优质花岗岩，填料选用花岗岩磨细矿粉，集料和填料的各项性能指标均符合标准要求。

1.3 配合比设计

沥青掺合料级配采用OGFC-13，空隙率依次取18.0%、20.0%、22.0%、24.0%。利用飞散、试验测定掺合料的油石比，并依次得到不同空隙率下的油石比、连通空隙、析漏及飞散损失变化规律曲线，见图1～4所示。

从图1～4可知，沥青掺合料空隙率越大，油石比越小，连通空隙、析漏及飞散损失量越大。根本原因在于掺合料空隙率的增加会在一定程度上改变集料间的挤密效果，使粗集料占比增大，沥青占比下降，在外荷载影响下结构内部的细集料会逐渐脱落[7]。

2 透水沥青混合料性能分析

该文主要针对空隙率变化对沥青掺合料高温性能、低温性能、水稳性能及渗水性能的影响实施分析，并确定对各种性能的影响程度[8]。

2.1 高温稳定性

夏季高温阶段，沥青路面温度可达50℃以上，并且在持续高温及光照条件下，沥青路面极易出现车辙、泛油、松散等质量问题，严重影响沥青路面的使用性能，缩短使用年限[9]。通过高温性能试验测定各种空隙率条件下透水沥青掺合料的动稳定度，并对其高温性能实施评价，详细测试结果见图5所示：

从图5可以看出，空隙率越大，透水沥青掺合料动稳定度先逐渐升高后缓慢降低，其中空隙率为20.0%条件下，沥青掺合料动稳定度最大，其值为4 863.0次/mm。

经分析，其根本原因在于空隙率增加，使得掺合料内部的粗集料含量增大，集料嵌挤更加密实，结构更加稳定，而当空隙率过大时，粗集料比例较大，造成填料及沥青材料占比较低，集料间的黏结作用不足，从而造成沥青掺合料的稳定性降低，引发路面车辙等问题。

2.2 水稳定性

透水沥青路面空隙率较大，在持续性降雨作用下，极易出现水损破坏[10]。为此，通过试验对各种空隙率条件下掺合料的水稳性能实施检测，详细检测结果见图6所示：

从图6可以看出，空隙率越大，透水沥青掺合料的水稳性能越低，其中空隙率为20.0%条件下，沥青掺合料的残留稳定度、冻融劈裂强度比最大，其值依次为88.2%、84.7%，根本原因在于掺合料空隙率增加造成粗集料占比增大，油石比下降，集料与沥青之间的黏附效果降低，在雨水及交通荷载作用下集料极易产生松散、脱落现象。

2.3 低温抗裂性

在冬季严寒阶段，沥青路面温度通常低于-10℃，沥青材料硬度及脆性增大，容易产生硬脆破坏，引发路面开裂等问题。通过试验测定，对各种空隙率条件下掺合料的低温性能变化实施分析，得出检测结论如下：

空隙率为20.0%条件下，沥青掺合料的破坏应变最大，其值高达3 628.0 uε，相较于空隙率为18.0%条件下，其低温破坏应变增加11.19%。经分析，其根本原因在于空隙率增加，使得掺合料内部的粗集料含量增大，集料嵌挤更加密实，结构更加稳定，温度较低的条件下可充分发挥抗变形能力，能够有效承受外力作用，而当空隙率过大时，粗集料比例持续增加，造成掺合料内部的沥青含量降低，集料间的黏附效果减弱，从而造成沥青掺合料低温性能显著降低。

2.4 渗水性能

渗水性能直接决定透水沥青路面的排水效果，当空隙率出现小幅度变动时，便会引起掺合料渗水性能的较大变化，因此研究空隙率变化对渗水性能的影响尤为必要。通过试验测定各种空隙率条件下沥青掺合料渗水系数的变化规律，并对其渗水性能实施评价，得出结论如下：

空隙率越大，掺合料渗水系数越大，并且提升幅度越来越大，根本原因在于当掺合料空隙率增大时，结构内部连通空隙率比例逐渐增大，从而造成渗水性能显著提升。所以，在对透水掺合料渗水性能实施分析时，需重点针对结构内部的连通空隙进行研究。与空隙率为18.0%时相比，20.0%、24.0%的空隙率条件下，沥青掺合料的渗水性能分别提高21.0%、85.48%。

3 关联分析

对各种空隙率条件下透水沥青掺合料的高温性能、水稳定性、低温性能、渗水性能实施无量纲化分析，获得不同空隙率下各项指标的变化规律：

（1）当空隙率发生变化时，动稳定度、渗水系数变化最为显著，充分说明空隙率变化对掺合料高温及渗水性能的影响最大。

（2）空隙率变化对透水沥青掺合料性能影响程度的排序为高温性能＞渗水性能＞低温性能＞水稳性能。

（3）根据各项指标的变化情况，最终推荐透水沥青掺合料的最佳空隙率为20.0%。

4 结语

综上所述，该文利用相关试验系统分析了空隙率变化对透水沥青掺合料路用性能的影响，得出如下结论：

（1）沥青掺合料空隙率越大，透水沥青掺合料的油石比越小，连通空隙、析漏及分散损失量越大。

（2）空隙率不断增大时，透水沥青掺合料高、低温性能先升高后降低，空隙率为20.0%条件下的掺合料高、低温性能达到最优状态。

（3）空隙率不断增大时，透水沥青掺合料水稳性能持续降低，渗水性能持续提升，并且渗水性能主要取决于连通空隙占比。

（4）通过无量纲化分析，得到空隙率变化对透水沥青掺合料性能影响程度的排序为高温性能＞渗水性能＞低温性能＞水稳性能。

参考文献

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