透水沥青混合料结构设计与性能研究

陈剑伟

（福建省建科院检验检测有限公司，福建 厦门361006）

0 引言

随着我国城市路面逐渐被传统的密实型不透水路面覆盖，导致城市地下水得不到补充，雨水不能及时排出，造成城市内涝。自2006年至2010年，中国150多个城市受到内涝灾害影响发生严重的洪水，直接经济损失超过1600亿元[1]。同时，传统的非透水路面在雨天易产生水膜及积水，抗滑性能减低，影响行车安全性，易造成交通事故。因此，改善城市道路以不透水材料铺装路面的单一结构，开展透水沥青路面技术研究，具有重要的意义。透水沥青路面使用的沥青混合料和普通沥青混合料不同，透水沥青路面使用的沥青混合料需具有较大的空隙率，规范要求沥青混合料的空隙率需控制在18%以上（普通的沥青混合料为3%～6%）。雨水渗入透水沥青路面后，可在透水路面层内部横向排出，或渗至路面路基及路基内部，有效锁住水分。根据排水方式的不同，透水路面可分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型[2]。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型的区别在于：Ⅰ型透水沥青路面的排水是路面水渗入表面层后排水，封层在表面层和中下面层之间；Ⅱ型透水沥青路面的排水是路面水渗入基层或垫层后排水，封层在透水基层和垫层之间；Ⅲ型透水路面是直接渗至路基，有效补充城市地下水。

1 透水沥青混合料配合比设计

1.1 矿料

因透水沥青路面的特殊透水需要，透水沥青混合料形成骨架部分的粗集料更多，同普通的密级配沥青混合料比较，透水沥青混合料的粗集料部分占比更大，粗集料部分承受较大接触点应力。细集料含量相对较少，主要作用为调整混合料的空隙率及提高沥青膜厚度，其中棱角性及含泥量对路面使用性能和耐久性具有重要作用。

在该试验中粗细集料均选用粒径为（10～15）mm，（5～10）mm玄武岩，细集料选用机制砂，矿粉选用细磨石灰岩矿粉，对矿料的各项性能进行检测，检测结果均符合相应的技术指标要求。

1.2 沥青

透水沥青混合料空隙率高，易受阳光和空气老化影响，提高沥青膜厚度，减少矿料的剥落损失，可提高混合料的黏结强度，具有更好的力学性能。沥青的软化点，及60℃的动力黏度指标较为关键。

该试验采用新立基公司生产的高黏度改性沥青，检测结果见表1。

表1 高黏度改性沥青试验结果

由表1可见，高黏度改性沥青符合相应的技术要求，具有较高的60℃动力黏度。

1.3 透水沥青混合料

1.3.1 级配设计

在该试验中透水沥青混合料采用PAC-13型，参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）中OGFC混合料配合比设计方法，采用马歇尔试件体积设计方法，并以空隙率为配合比设计主要指标配制透水沥青混合料。该试验选定目标空隙率为20%，初选沥青含量分别为4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，配制5组马歇尔试样，每组6个。设计级配曲线如图1所示，设计级配通过率满足PAC-13矿料级配范围要求。

图1 PAC-13设计级配曲线

1.3.2 空隙率及连通空隙率

空隙率为沥青混合料空隙结构的宏观反映，是沥青路面渗水性能的主要控制和评价参数，利用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20—2011）中体积法及《透水沥青路面技术规程》（CJJ190—2012）中网篮法测定5组不同沥青含量、透水沥青混合料的空隙率及连通空隙率，检测结果形成的坐标图，如图2所示。

图2 空隙率与连通空隙率试验曲线

空隙率为连通、半连通、闭口空隙率之和。由图2可以看出，随着沥青用量的增加，沥青更多地进入矿料骨架中，填充混合料骨架空隙，沥青与矿料的黏结力增强，沥青混合料的空隙率及连通空隙率随之减少。透水沥青混合料透水性能主要与连通空隙率有关。由图2看出，沥青用量在4.0%～5.8%时，连通空隙率均≥14%，当沥青用量超过5.8%时，连通空隙率＜14%，连通空隙率无法满足使用要求。

1.3.3 马歇尔稳定度

利用马歇尔试验稳定度评价透水沥青混合料的力学性能，5组不同沥青含量的透水沥青混合料马歇尔稳定度检测结果形成的坐标图，如图3所示。

图3 流值与马歇尔稳定度试验曲线

由图3可以看出，沥青用量在4.0%～6.0%范围时，稳定度无明显变化，稳定度均大于5kN，符合使用要求。因透水沥青混合料通过加入高黏度改性沥青，大颗粒间的黏结作用增强，透水沥青混合料在具有较高的空隙率情况下，仍能形成稳定的骨架结构，使其仍具有良好的强度。

1.3.4 析漏试验与飞散试验

利用析漏试验和飞散试验测定5组不同沥青含量的透水沥青混合料的析漏及分散损失，确定沥青混合料的最佳沥青用量，检测结果形成的坐标图，如图4所示。

图4 析漏损失与飞散损失试验曲线

在图4的飞散损失曲线和析漏损失曲线的两端，各引切线，以切线的交点对应的沥青用量，作为最小最大沥青用量的极值，取两者间的沥青用量为最佳沥青用量。由图4可知，该试验的沥青用量的最佳用量在4.9%～5.1%范围内。当沥青含量小于5.0%时，由于沥青含量较少，矿料间的黏结力不足，飞散损失较大且变化明显，随着沥青的增加，飞散损失逐渐减小；当沥青含量大于5.5%时，多余沥青将导致矿料间容易移动，飞散损失缓慢增加，随着沥青含量的增加，析漏损失增加；当沥青含量大于5%后，析漏损失增加较大。因此，选用沥青用量为5.0%为最佳沥青用量。

2 结论

其一，采用高黏度改性沥青及矿料配制透水沥青混合料，其各项指标均满足规范要求，具有良好的使用性能。其二，通过肯德堡飞散试验和析漏试验数据，透水沥青混合料适用的沥青用量为5.0%。结合空隙率试验及马歇尔稳定度试验，当沥青用量为5.0%时，材料的空隙率为20.3%，连通空隙率为15.2%，马歇尔稳定度为6.77kN，具有较高的空隙率和良好的力学性能，满足规范技术要求。其三，从实际应用角度出发，配制透水沥青混合料所使用的高黏度改性沥青价格较高，且当沥青用量过大时，现场实际摊铺时难度较大；结合类似工程使用情况及优选沥青用量，该试验所确定的沥青用量为5.0%能满足实际使用要求。