孔隙率对PAC沥青混合料路用性能的影响研究

2022-03-21韦林杰

西部交通科技 2022年1期

作者简介：

韦林杰（1974—），工程师，主要从事公路工程施工技术管理工作。

摘要：为研究不同孔隙率对PAC沥青混合料路用性能的影响，文章采用马歇尔击打仪和轮碾仪来调整PAC沥青混合料的孔隙率，对不同孔隙率PAC沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能以及水稳定性能进行对比分析。结果表明：孔隙率选择4%时混合料的动稳定度最大、车辙变形量最小，此时PAC沥青混合料的高温稳定性能较好;孔隙率选择4%时PAC沥青混合料的最大弯拉应变达到最大值，超过4%后PAC沥青混合料的最大弯拉应变开始大幅度减小;增大孔隙率可以增大PAC沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比，从而有效提升PAC沥青混合料的水稳定性能。综合来看，对于PAC沥青混合料路用性能而言，混合料的孔隙率控制在4%左右较为适宜。

关键词：PAC沥青混合料;孔隙率;路用性能;影响

中国分类号：U416.03A180664

0 引言

近年来，透水沥青混合料因具有良好的抗滑性、舒适性以及透水、透气性，逐渐在我国公路、桥梁工程中得到广泛应用[1-2]。然而透水瀝青混合料在沥青路面结构具体使用过程中，由于受到配合比设计不合理或质量控制不严格等因素的影响，导致部分项目在通车运营后，出现车辙、开裂及水损伤等病害[3-4]。因此，研究透水沥青混合料的配合比和参数设计具有重要意义。

目前，国内外学者针对透水沥青混合料的路用性能展开了大量研究，如王玉林等[5]通过在透水沥青混合料中引入木质素纤维可明显改善混合料的水稳性、高温性能、低温抗裂性能以及抗滑性能，且木质素纤维最佳掺量为0.02%;王志峰等[6]针对交通荷载日益加重条件下透水沥青混合料容易产生早期变形，且使用年限通常达不到设计使用年限等问题，通过在透水沥青混合料中加入高黏剂有效提升了PAC-13沥青混合料路用性能;于保阳等[7]为将透水性沥青混凝土路面应用于东北季冻区，对大油石比条件下的透水沥青混合料进行高温、低温、水稳定性能和渗水系数的研究，发现大油石比条件下的透水沥青混合料的高温性能稍有下降，但低温性能和水稳定性能明显提高;徐洪跃[8]针对PAC-10和PAC-13透水性沥青混合料的空隙分布特性及透水性能进行检测，发现PAC-13透水沥青混合料的有效空隙率百分比均显著大于PAC-10，但PAC-10透水沥青混合料较PAC-13具有更好的水稳定性和低温性能，而高温性能相对较差。上述研究主要针对外掺剂、油石比以及级配等参数设计对透水沥青混合料路用性能的影响，而关于孔隙率对透水沥青混合料路用性能的影响研究还有待进一步提升。基于此，本文通过马歇尔击打仪和轮碾仪控制透水沥青混合料的孔隙率，研究了不[JP+1]同孔隙率对透水沥青混合料路用性能的影响规律。

1 原材料

（1）沥青：试验采用90#基质沥青，经检测得到其主要性能指标如表1所示。

（2）粗细集料：透水沥青混合料中粗集料作为主要支撑骨架结构，占比一般在70%以上。本次试验选用玄武岩碎石作为粗集料，其主要技术指标如表2所示。细集料采用玄武岩细粉，其表观相对密度为2.71 g/cm3，含泥量为1.3%，砂当量为56.3%。

（3）矿粉：针对透水沥青混合料的大孔隙结构，矿粉选择粘附性较强的石灰岩憎水性矿粉，其主要技术指标如表3所示。

2 配合比设计及试验方案

2.1 配合比设计

通过马歇尔试验来确定PAC沥青混合料的配合比，选用级配类型为AC-13级配，混合料最佳油石比为5.1%，外掺剂掺量为0.3%。PAC沥青混合料目标级配如表4所示。

2.2 试验方案

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG-20-2011）的要求，采用马歇尔击实仪和轮碾仪，通过调整击打次数和碾压次数来控制PAC沥青混合料的孔隙率。分别制备孔隙率为2%、4%、6%、8%及10%的PAC沥青混合料试件，并针对不同孔隙率试件的路用性能进行综合分析。试件击实次数与孔隙率关系如表5所示。

3 结果与分析

3.1 高温稳定性

采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG-20-2011）中的标准车辙试验来评价PAC沥青混合料的高温稳定性能，主要测试混合料的高温抗车辙能力以及配合比设计的合理性。试验针对孔隙率分别为2%、4%、6%、8%以及10%的PAC沥青混合料动稳定度和车辙变形量进行对比分析，结果如下页图1所示。

根据图1可知，随着孔隙率由2%增至10%，PAC沥青混合料的动稳定度呈先增大后减小趋势变化。当孔隙率由2%增至4%时，PAC沥青混合料的动稳定度由3 958次/mm增至4 625次/mm，增幅为16.8%，且当孔隙率为4%时PAC沥青混合料的动稳定度达到最大值，而当孔隙率超过4%后PAC沥青混合料的动稳定度开始大幅度减小。随着孔隙率由2%增至10%，PAC沥青混合料的车辙变形量呈先减小后增大趋势变化。当孔隙率由2%增至4%时，PAC沥青混合料的车辙变形量由2.3 mm减小至2 mm，减幅为13%，且当孔隙率为4%时PAC沥青混合料的车辙变形量为最小值，而当孔隙率超过4%后PAC沥青混合料的车辙变形量开始大幅度提升。综合来看，孔隙率过大会导致PAC沥青混合料的动稳定度不足以及车辙变形量过大，从而无法保证PAC沥青结构的高温稳定性能，当孔隙率选择4%时混合料的动稳定度最大、车辙变形量最小，此时PAC沥青混合料的高温稳定性能较好。

3.2 低温抗裂性

PAC沥青混合料属于柔性结构，温度的变化对于混合料低温抗裂性影响较大。试验采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG-20-2011）中的低温弯曲试验与低温飞散试验方法，对孔隙率分别为2%、4%、6%、8%以及10%的PAC沥青混合料最大弯拉应变和弯曲劲度模量进行对比分析，结果如图2所示。

根据图2可知，随着孔隙率由2%增至10%，PAC沥青混合料的最大弯拉应变呈先增大后减小的变化趋势。当孔隙率由2%增至4%时，PAC沥青混合料的最大弯拉应变由3 148 μ增至3 296 μ，增幅为4.7%，且当孔隙率为4%时PAC沥青混合料的最大弯拉应变达到最大值，而当孔隙率超过4%后PAC沥青混合料的最大弯拉应变开始大幅度减小。随着孔隙率由2%增至10%，PAC沥青混合料的弯曲劲度模量不断减小。当孔隙率由2%增至6%时，PAC沥青混合料的弯曲劲度模量减小幅度较大，平均减幅为8.6%;当孔隙率由6%增至10%时，PAC沥青混合料的弯曲劲度模量减小幅度相对较小，平均减幅为2.2%，说明孔隙率超过6%后对于PAC沥青混合料弯曲劲度模量的影响会有所下降。综合来看，孔隙率过大会降低PAC沥青混合料的最大弯拉应变和弯曲劲度模量，从而无法保证PAC沥青结构的低温抗裂性能。结合孔隙率对PAC瀝青混合料最大弯拉应变和弯曲劲度模量的影响来看，PAC沥青混合料孔隙率选择4%较为适宜。

3.3 水稳定性

采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG-20-2011）中的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价PAC沥青混合料的水稳定性能，主要测试混合料受水的破坏后是否出现剥落现象以及是否具备抗水损害能力。试验针对孔隙率分别为2%、4%、6%、8%以及10%的PAC沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比进行对比分析，结果如图3所示。

根据图3可知，PAC沥青混合料的残留稳定度随着孔隙率的增大而不断增大。其中孔隙率由2%增至8%时，PAC沥青混合料的残留稳定度增幅相对明显，而孔隙率由8%增至10%时，PAC沥青混合料的残留稳定度增幅相对较小，原因是PAC沥青混合料的孔隙率越大，越利于混合料内部结构的水分排出，减少了水分在混合料的内部停留时间。随着孔隙率由2%增至10%，PAC沥青混合料的冻融劈裂强度比不断增大。当孔隙率由2%增至6%时，PAC沥青混合料的冻融劈裂强度比增幅相对较大，平均增幅在5.3%左右;当孔隙率由6%增至10%时，PAC沥青混合料的冻融劈裂强度比增幅相对较小，平均增幅在2.8%左右，说明孔隙率的增大可以有效增大PAC沥青混合料的冻融劈裂强度比，但孔隙率超过6%后增幅效果会有所下降。综合来看，PAC沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均会随着孔隙率的增大而增大，增大孔隙率可以有效提升PAC沥青混合料的水稳定性能。

4 结语

本文通过马歇尔击打仪和轮碾仪制备不同孔隙率的PAC沥青混合料试件，并针对混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能以及水稳定性能进行对比分析，得到以下主要结论：

（1）当孔隙率<4%时，PAC沥青混合料的动稳定度不断增大，车辙变形量则逐渐减小;当孔隙率>4%时，混合料的动稳定度开始大幅下降，且车辙变形量逐渐增大。

（2）孔隙率>4%后PAC沥青混合料的最大弯拉应变开始大幅度减小，>6%后对于PAC沥青混合料弯曲劲度模量的影响会有所下降。结合孔隙率对PAC沥青混合料最大弯拉应变和弯曲劲度模量影响来看，PAC沥青混合料孔隙率选择4%较为适宜。

（3）PAC沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均会随着孔隙率的增大而增大，说明增大孔隙率可以有效提升PAC沥青混合料的水稳定性能。

参考文献：

[1]潘万南，马国勇，林云腾，等.多因素影响下透水沥青面层压实工艺研究[J].福建建设科技，2020（5）：33-35.

[2]林海榕.透水沥青混合料动态设计参数试验研究[J].上海公路，2020（2）：91-93，106，129.

[3]戴勇，周炳，赵凌鸥，等.大粒径透水沥青路面配合比设计与性能评价[J].工程技术研究，2020，5（2）：19-20.

[4]朱胜标.透水沥青混凝土路用性能及施工技术研究[J].北方交通，2019（6）：52-55，58.

[5]王玉林，卢东，徐宁.木质素纤维对再生透水沥青混合料路用性能研究[J].公路，2021，66（2）：52-56.

[6]王志峰，白晓茹.掺高黏剂透水沥青混合料配合比设计及性能研究[J].福建交通科技，2020（3）：52-55.