透水沥青路面压实特性研究

2020-08-05吴声志

山东交通科技 2020年3期

吴声志

（机械工业第六设计院有限公司福建分公司，福建厦门 361000）

引言

近年来，新型透水沥青路面凭借抗滑、降噪、透水的优势极大的提高了行车安全性，受到了道路工程界的广泛关注[1-2]。透水沥青路面的优势得益于其大孔隙结构，然而较大的空隙在提供其良好的功能特性时，也对其压实提出了更高的要求。当压实不足时无法保证骨架间的嵌挤结构，降低透水功能；而压实过多又会破坏集料本身的棱角性，从而降低路面的强度。因此，探寻合适的压实工艺对透水沥青路面的路用性能至关重要。张爱芳[3]、张争奇[4]等对密集配沥青混合料成型方式、温度对体积参数的影响进行了研究。目前，关于沥青混合料压实方面的研究多集中在密集配沥青混合料上，而关于透水沥青路面压实工艺的分析则相对较少，合适的压实工艺是透水沥青路面功能特性与强度的重要保证。

1 原材料和试验方法

（1）高黏沥青。其各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（ JTG F40-2004）[5]的要求，见表1。（2）集料采用玄武岩。技术指标见表2，各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（ JTG F40-2004）[5]的要求。（3）级配。选择PAC-13级配的中值。透水沥青混合料的空隙率要求为17%～23%，国内外工程多选择20%作为目标空隙率，以兼顾混合料强度和透水功能，因此将目标空隙率设定为20%，最佳油石比为5.1%，级配见表3。

表1 高黏沥青试验指标

表2 玄武岩的技术指标

表3 透水沥青混合料级配

混合料各项试验步骤按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[6]要求进行。

2 试验结果与分析

2.1 马歇尔击实

采用马歇尔击实成型透水沥青混合料并研究其体积参数，其中目标空隙率为20%，研究结果见表4。可以看出，随着压实次数的增加，透水沥青混合料的空隙率和矿料间隙率呈现下降的趋势。以20%的目标空隙来看，压实次数为25次时，沥青混合料的空隙处偏大，为22.13%，这说明较少的压实功，无法使得集料与沥青胶浆达到足够的密实程度。同样，矿料间隙率在压实次数为25次也高达26.33%，可见骨料间未形成良好的嵌挤结构。当压实次数增大为50次时，透水沥青混合料的空隙率已接近目标空隙率，而进一步增大压实次数时，空隙率和矿料间隙率与50次时基本相当。这说明马歇尔击实50次，已能够给予透水沥青混合料足够的压实功，达到预期的密实程度。

表4 马歇尔击实下体积参数

随着压实次数的增加沥青饱和度呈现增加的趋势。表明了沥青填充骨料间隙的程度，沥青饱和度越高，沥青与集料间的粘附作用越好。当压实次数为25次时，沥青饱和度仅为20.58%，而当压实次数增加至50次时，沥青饱和度上升为31.91%，可见增大压实次数使得沥青与集料间的均匀性更好。同样，当进一步增大压实次数时，压实对透水沥青混合料的沥青饱和度提升也较小。随着压实次数的增加，粗骨料骨架间隙率呈现先增加后较少的趋势。可见，压实功并没越大越好，过多的压实次数会破坏集料本身，从而影响集料间嵌挤结构的形成。采用马歇尔击实 50次成型透水沥青混合料效果最佳。

2.2 旋转压实

采用旋转压实法[3]成型透水沥青混合料并研究其体积参数变化，见图1。透水沥青混合料与传统沥青混合料最明显的区别在于其大孔隙特征，因此采用不同旋转压实次数下试件实时空隙率与目标空隙率的比值，作为试件压实合理性的判断指标。由图1可以看出，随着压实次数的增加，透水沥青混合料的目标空隙率比呈现增加的趋势。当压实次数为100～130次时，透水沥青混合料开始达到目标空隙率，同时随着压实次数的增加，其空隙率比并没有进一步增加。这说明，此时的透水沥青混合料已经形成良好的嵌挤结构，同时对压实的剪切作用有较好的抵抗能力。若进一步增加压实次数或者增大压应力，则会对集料造成破坏。综上所述，透水沥青混合料的适宜旋转压实次数为90～100次之间。

图1 旋转压实下体积参数

2.3 路用性能

马歇尔击实试件次数为50次，旋转压实试件为95次，结果见表5。可以看出，高温性能方面，马歇尔成型试件的动稳定度为9 130次/毫米，而旋转压实成型试件的动稳定度为10 318次/毫米，增加了13%。分析认为，沥青混合料的动稳定度试验是通过轮碾的方式进行的，轮碾作用于试件时，不仅有来自垂直方向的压应力，还有水平方向的剪应力。马歇尔成型试件时为垂直方向的成型，缺少水平方向的压实功。而旋转压实采用旋转的方式，这使得沥青混合料在成型时还会受到水平方向的分力，因此提高了抵抗剪应力的能力。

表5 不同压实方式下的路用性能

低温方面，两种成型方式沥青混合料的结果差异较小，其中马歇尔成型试件的最大弯拉应变3 214 ，旋转压实成型试件的最大弯拉应变为3 209 。此外，水稳定性和抗飞散性方面，旋转压实成型试件的结果也优于马歇尔成型试件。这是因为旋转压实改善了集料间的嵌挤情况，同时与沥青间形成更好的黏结力，从而提高了透水沥青混合料的抵抗水损坏和飞散破坏的能力。透水性能方面，旋转压实成型后沥青混合料的透水性能更好。分析认为，旋转压实可以看成三维状态下的压实，集料间的骨架嵌挤更加均匀，成型后混合料内部的连通空隙更多。而马歇尔击实为一维击实，因此封闭空隙更多，从而降低了透水性能。