透水瀝青路面壓實(shí)特性研究

吳聲志

（機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)院有限公司 福建分公司，福建 廈門 361000）

引言

近年來(lái)，新型透水瀝青路面憑借抗滑、降噪、透水的優(yōu)勢(shì)極大的提高了行車安全性，受到了道路工程界的廣泛關(guān)注[1-2]。透水瀝青路面的優(yōu)勢(shì)得益于其大孔隙結(jié)構(gòu)，然而較大的空隙在提供其良好的功能特性時(shí)，也對(duì)其壓實(shí)提出了更高的要求。當(dāng)壓實(shí)不足時(shí)無(wú)法保證骨架間的嵌擠結(jié)構(gòu)，降低透水功能；而壓實(shí)過(guò)多又會(huì)破壞集料本身的棱角性，從而降低路面的強(qiáng)度。因此，探尋合適的壓實(shí)工藝對(duì)透水瀝青路面的路用性能至關(guān)重要。張愛(ài)芳[3]、張爭(zhēng)奇[4]等對(duì)密集配瀝青混合料成型方式、溫度對(duì)體積參數(shù)的影響進(jìn)行了研究。目前，關(guān)于瀝青混合料壓實(shí)方面的研究多集中在密集配瀝青混合料上，而關(guān)于透水瀝青路面壓實(shí)工藝的分析則相對(duì)較少，合適的壓實(shí)工藝是透水瀝青路面功能特性與強(qiáng)度的重要保證。

1 原材料和試驗(yàn)方法

（1）高黏瀝青。其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JTG F40-2004）[5]的要求，見(jiàn)表1。（2）集料采用玄武巖。技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JTG F40-2004）[5]的要求。（3）級(jí)配。選擇PAC-13級(jí)配的中值。透水瀝青混合料的空隙率要求為17%～23%，國(guó)內(nèi)外工程多選擇20%作為目標(biāo)空隙率，以兼顧混合料強(qiáng)度和透水功能，因此將目標(biāo)空隙率設(shè)定為20%，最佳油石比為5.1%，級(jí)配見(jiàn)表3。

表1 高黏瀝青試驗(yàn)指標(biāo)

表2 玄武巖的技術(shù)指標(biāo)

表3 透水瀝青混合料級(jí)配

混合料各項(xiàng)試驗(yàn)步驟按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）[6]要求進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 馬歇爾擊實(shí)

采用馬歇爾擊實(shí)成型透水瀝青混合料并研究其體積參數(shù)，其中目標(biāo)空隙率為20%，研究結(jié)果見(jiàn)表4。可以看出，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，透水瀝青混合料的空隙率和礦料間隙率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。以20%的目標(biāo)空隙來(lái)看，壓實(shí)次數(shù)為25次時(shí)，瀝青混合料的空隙處偏大，為22.13%，這說(shuō)明較少的壓實(shí)功，無(wú)法使得集料與瀝青膠漿達(dá)到足夠的密實(shí)程度。同樣，礦料間隙率在壓實(shí)次數(shù)為25次也高達(dá)26.33%，可見(jiàn)骨料間未形成良好的嵌擠結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓實(shí)次數(shù)增大為50次時(shí)，透水瀝青混合料的空隙率已接近目標(biāo)空隙率，而進(jìn)一步增大壓實(shí)次數(shù)時(shí)，空隙率和礦料間隙率與50次時(shí)基本相當(dāng)。這說(shuō)明馬歇爾擊實(shí)50次，已能夠給予透水瀝青混合料足夠的壓實(shí)功，達(dá)到預(yù)期的密實(shí)程度。

表4 馬歇爾擊實(shí)下體積參數(shù)

隨著壓實(shí)次數(shù)的增加瀝青飽和度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。表明了瀝青填充骨料間隙的程度，瀝青飽和度越高，瀝青與集料間的粘附作用越好。當(dāng)壓實(shí)次數(shù)為25次時(shí)，瀝青飽和度僅為20.58%，而當(dāng)壓實(shí)次數(shù)增加至50次時(shí)，瀝青飽和度上升為31.91%，可見(jiàn)增大壓實(shí)次數(shù)使得瀝青與集料間的均勻性更好。同樣，當(dāng)進(jìn)一步增大壓實(shí)次數(shù)時(shí)，壓實(shí)對(duì)透水瀝青混合料的瀝青飽和度提升也較小。隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，粗骨料骨架間隙率呈現(xiàn)先增加后較少的趨勢(shì)?？梢?jiàn)，壓實(shí)功并沒(méi)越大越好，過(guò)多的壓實(shí)次數(shù)會(huì)破壞集料本身，從而影響集料間嵌擠結(jié)構(gòu)的形成。采用馬歇爾擊實(shí) 50次成型透水瀝青混合料效果最佳。

2.2 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)

采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法[3]成型透水瀝青混合料并研究其體積參數(shù)變化，見(jiàn)圖1。透水瀝青混合料與傳統(tǒng)瀝青混合料最明顯的區(qū)別在于其大孔隙特征，因此采用不同旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)下試件實(shí)時(shí)空隙率與目標(biāo)空隙率的比值，作為試件壓實(shí)合理性的判斷指標(biāo)。由圖1可以看出，隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，透水瀝青混合料的目標(biāo)空隙率比呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)壓實(shí)次數(shù)為100～130次時(shí)，透水瀝青混合料開始達(dá)到目標(biāo)空隙率，同時(shí)隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，其空隙率比并沒(méi)有進(jìn)一步增加。這說(shuō)明，此時(shí)的透水瀝青混合料已經(jīng)形成良好的嵌擠結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)壓實(shí)的剪切作用有較好的抵抗能力。若進(jìn)一步增加壓實(shí)次數(shù)或者增大壓應(yīng)力，則會(huì)對(duì)集料造成破壞。綜上所述，透水瀝青混合料的適宜旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為90～100次之間。

圖1 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)下體積參數(shù)

2.3 路用性能

馬歇爾擊實(shí)試件次數(shù)為50次，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件為95次，結(jié)果見(jiàn)表5?？梢钥闯觯邷匦阅芊矫?，馬歇爾成型試件的動(dòng)穩(wěn)定度為9 130次/毫米，而旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件的動(dòng)穩(wěn)定度為10 318次/毫米，增加了13%。分析認(rèn)為，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)是通過(guò)輪碾的方式進(jìn)行的，輪碾作用于試件時(shí)，不僅有來(lái)自垂直方向的壓應(yīng)力，還有水平方向的剪應(yīng)力。馬歇爾成型試件時(shí)為垂直方向的成型，缺少水平方向的壓實(shí)功。而旋轉(zhuǎn)壓實(shí)采用旋轉(zhuǎn)的方式，這使得瀝青混合料在成型時(shí)還會(huì)受到水平方向的分力，因此提高了抵抗剪應(yīng)力的能力。

表5 不同壓實(shí)方式下的路用性能

低溫方面，兩種成型方式瀝青混合料的結(jié)果差異較小，其中馬歇爾成型試件的最大彎拉應(yīng)變3 214 ，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件的最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 209 。此外，水穩(wěn)定性和抗飛散性方面，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件的結(jié)果也優(yōu)于馬歇爾成型試件。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)壓實(shí)改善了集料間的嵌擠情況，同時(shí)與瀝青間形成更好的黏結(jié)力，從而提高了透水瀝青混合料的抵抗水損壞和飛散破壞的能力。透水性能方面，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型后瀝青混合料的透水性能更好。分析認(rèn)為，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)可以看成三維狀態(tài)下的壓實(shí)，集料間的骨架嵌擠更加均勻，成型后混合料內(nèi)部的連通空隙更多。而馬歇爾擊實(shí)為一維擊實(shí)，因此封閉空隙更多，從而降低了透水性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)馬歇爾擊實(shí)次數(shù)為50次時(shí)，透水瀝青混合料骨架空隙結(jié)構(gòu)，體積參數(shù)最為合理。（2） 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法最佳壓實(shí)次數(shù)為90次。（3） 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)改善了集料間的嵌擠情況，同時(shí)與瀝青間形成更好的黏結(jié)力，提高了透水瀝青混合料的抵抗高溫變形、水損壞、飛散以及透水能力。