级配对路面沥青混合料空隙率的影响研究

冯羽

摘要：文章研究级配对路面沥青混合料空隙率的影响，利用PFC软件模拟测试沥青混合料空隙率，在10m³瀝青混合料空间内加入相同体积沥青和不同比例粗细集料，对混合料空隙率进行试验分析。结果表明，不同级配情况下，沥青混合料空隙率有所差异，粗集料具有更高空隙率且排水性更好。

关键词：级配;沥青;混合料;空隙率

中图分类号：U416.217文献标识码：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.027

文章编号1673-4874（2021）01-0098-03

0引言

公路在建设中不仅要求其结构有着足够的强度，同时其路用性能需要能够提供较高的功能性[1]。道路建设中，原料以沥青材料为主，沥青具有良好的耐久性，而且不溶于水，使用沥青材料会受到空隙率等因素影响，导致路面产生低洼积水，还会因连续潮湿的阴雨天，在道路上形成水膜，导致路面摩擦系数变小从而引发交通事故[2]。同时，沥青路面的致密结构降低了热稳定性，由于其较小的表面结构深度使其抗滑性较差。此外，由于路面排水功能与路面性能间的矛盾不断突出，需要在实际建造中通过不断调整配料级配来调整沥青空隙率[3]。沥青路面的排水功能通过空隙结构中的大孔隙得以实现，因此路面性能也与其骨架结构有关[4]。因此，分析路面沥青混合料空隙率结构，并研究级配对其空隙率的影响，才是解决沥青混合料使用功能与路面性能矛盾的关键。

1试验准备

1.1试验对象

试验以《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2019）、《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2019）、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2019）、《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）为依据，使用PFC软件与中心球扩散法相结合的形式，构建“clump”粗集料，利用构建的粗集料对沥青颗粒进行三维空间描述[5]。将沥青三维空间内形状中心作为球心，以此作为扩散主体，根据沥青粗集料形状特征参数规定长轴、中轴和短轴的范围，编写不同尺寸大小的轴及生产方向，模拟沥青形状特性[6]。

试验中，粗集料轴长参数如表1所示。

试验按照各种粗集料生产方法筛选出不同体积颗粒，其体积如表2所示。

集料主要试验技术指标如表3所示。

1.2试验过程

由于空隙的形成是由集料相互接触嵌挤而成，不同集料含量也会导致沥青骨架结构不同，骨架内呈现出的空隙也会有所差异[7]。因此，将试验中沥青混合料尺寸空间设定为10m³，计算各参数如式（1）所示：

（1）

式中：V_Di——第i档集料所占体积分数;

P_Di——当I档集料质量为D的通过百分率;

P_Di+1——当i+1档集料质量为D的通过百分率;

V——测试试样的空隙率;

a——测试试样的石油比例;

P_c——该标准的集料密度;

P_i——测试试样的沥青密度。

根据式（1），其矿料级配参数如表4所示。

已知沥青密度为1.03g/cm³，粗集料及细集料平均密度为1.03g/cm³，根据试验中最佳沥青用量为5.0%，得到各档粗集料所占体积比例见表5。

在同一试验体积沥青中加入不同比例粗集料，分析对比各混合料空隙率[8]。

2试验结论

根据试验各档粗集料体积分数结果，统计各断面空隙数量与空隙面积，可得到平均单个空隙面积、平均断面空隙个数、空隙等效直径等空隙细观参数。在沥青混合料内部所形成空隙主要包括连通空隙、半连通空隙以及闭口空隙。闭口空隙与外界完全隔离，半连通空隙与外界一端相连，而只有连通空隙能够顺利完成排水过程。渗水系数受到空隙率影响，一般空隙率越大，排水能力越强，混合料的渗水系数也就越好。其试验结果如下页表6所示。

级配不同的混合料即使空隙率相同，也导致其内部结构不同。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2019）中的规定，查验渗水试验要求，不同空隙率及空隙等效直径与渗水系数的关系如图1所示。

试验结果表明，粗型级配渗水系数最大，细型级配渗水系数最小，粗型细料嵌挤可形成较大空隙，有利于水分排出。粗型配料不仅增加了沥青混合料结构内部空隙，水分进入后更容易连通通道且快速流出，增加了混合料的排水性，且其空隙率直径与连通空隙率也大于细料沥青混合料。

3结语

沥青混合料路面水敏感性一直是路面工程界重视的问题。影响沥青混合料路面水敏感性的因素有很多，包括材料性质、沥青混合料性质、施工质量及交通与环境条件。但目前对于沥青混合料路面渗透性无法做到有效控制设计，因此出现路面空隙率过大或过小导致早期破坏等多方面问题。为此，通过级配对路面沥青混合料空隙率的影响研究，得到级配对空隙率影响的规律，为今后研究提供参考。

参考文献

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[8]潘艳珠，陈景运.大空隙沥青混合料空隙特征与渗透性评价[J].广东公路交通，2019，45（6）：1-5.