基于渗水系数的密级配沥青混合料空隙率标准研

摘　要：采用制备不同级配类型、不同空隙率的车辙板，进行渗水系数试验，找出各级配类型混合料的临界渗水系数，计算基于渗水系数的临界空隙率，结合设计空隙率的现行标准制定考虑混合料渗水系数的密级配沥青混合料空隙率设计标准。研究结果表明：沥青混合料的渗水系数与空隙率及最大公称粒径成正相关，；考虑渗水系数的空隙率设计推荐值中，AC-13型沥青混合料与现行标准没有变化，AC-16及AC-20型沥青混合料均较现行规范有不同程度的提高。

关键词：沥青混合料；渗水系数；空隙率
水损害作为沥青路面的主要早期病害之一，一直以来都是工程领域中的研究重点。我国现行规范中对沥青路面的渗水系数做了统一性的规定，规定密级配沥青混合料的渗水系数不大于120ml/min。据国内外相关研究证明，不同级配类型沥青混合料的渗水性能是不一样的，所以规范中对于沥青混合料渗水系数的要求过于笼统，没有针对具体的级配类型进行详细规定。本文通过对多种密级配沥青混合料渗水特性的研究，提出了应用于不同级配类型的沥青混合料渗水系数控制指标及对应的空隙率标准。
1.试验设计
　　试验各项原材料各项性能均符合规范要求。为了使得研究具有代表性，所有级配类型混合料均采用级配中值。成型沥青混合料车辙板时，通过调整碾压次数分别成型不同空隙率的车辙板，并采用传统的渗水仪进行渗水系数测试试验；试验结束后对进行渗水试验处的车辙板进行钻心来测取混合料的空隙率。
2.试验结果
　　对制备的不同级配类型、空隙率的车辙板进行渗水系数试验，并将试验结果汇总于图1。
　　
　　图1  渗水试验结果
　　分析图1可以看出，即使是相同空隙率，不同级配类型的沥青混合料之间的渗水特性也是大不相同的。沥青混合料的渗水系数随着空隙率增大而增大的同时，也随着沥青混合料最大公称粒径的增大而增大；再者沥青混合料的渗水系数明显增大的起始空隙率也各不相同，随着最大公称粒径的增大而逐渐减小。
3.临界渗水系数及临界空隙率
3.1临界渗水系数
　　国内外对于渗水系数的标准各不相同，我国采用不大于120ml/min作为对密级配沥青混合料渗水系数的标准值。美国NCAT推荐的临界渗水系数对于细级配沥青混合料为100×10-5cm/s；对于粗级配沥青混合料则为150×10-5cm/s。将上述值换算成我国的测试单位：即粗级配沥青混合料为118ml/min；细级配沥青混合料为80ml/min。
　　将AC-13沥青混合料渗水试验结果进行回归分析计算得出，若按照现行规范对渗水系数120ml/min中的要求，则对应的空隙率为7.4%；对于AC-16沥青混合料对应的空隙率为5.3%；对于AC-20沥青混合料对应的空隙率为4.6。而现行《公路沥青路面施工技术规范》中对密级配沥青混合料的设计级配的要求值为3%～5%，以120ml/min作为沥青混合料的渗水系数标准值，则大部分沥青混合料均能够满足此要求，所以现行值显得过于保守，应另行制定。借鉴美国NCAT对细级配沥青混合料渗水性能的要求，可以将AC-13的渗水系数临界标准值定位80ml/min,即AC-13的临界空隙率为6.0%。结合国内外相关研究证明，AC-16及AC-20沥青混合料的合理渗水系数值在80～100之间，且在此范围内的渗水系数值对沥青混合料控制效果相似，所以选渗水系数100ml/min为AC-16及AC-20的渗水系数临界标准值。
3.2临界空隙率
　　选定沥青混合料的临界渗水系数后，将临界渗水系数所对应的空隙率定义为临界空隙率，通过渗水试验结果的回归分析曲线中，不难得出AC-13沥青混合料渗水系数为80ml/min时所对应的空隙率为6.0%，同理也可以得到AC-20沥青混合料的临界空隙率为4.8%，AC-20的临界空隙率为4.3%。
　　考虑到为施工服务的简化性及试验结果的可靠度，对上述临界空隙率进行一定的修正，将AC-13沥青混合料的临界空隙率定位5.5%，AC-16和AC-20沥青混合料的临界空隙率分别定位4.5%和4.0%。
4.临界渗水系数控制下的空隙率标准
　　现行规范对密级配沥青混合料的空隙率的设计要求是在3%～5%，结合研究中临界渗水系数及临界空隙率的研究，现给出AC-13、AC-16及AC-20沥青混合料的空隙率设计标准，如表1。
　　表1  沥青混合料空隙率设计标准
　　
　　如同表1中所述，AC-13沥青混合料的空隙率设计标准与现行标准没有变化，均为3%～5%，而AC-16及AC-20沥青混合料的空隙率设计标准均较现行标准有所提高，分别为3%～4.5%、3%～4.0%。所以适当的提高AC-16及AC-20沥青混合料的密实性对沥青路面抵抗水损坏的性能有重要的意义。
5.结论
　　（1）沥青混合料的渗水系数与空隙率及最大公称粒径有关；
　　（2）AC-13、AC-16和AC-20沥青混合料的临界渗水系数分别为80ml/min、100ml/min、100ml/min；临界设计空隙率分别为6.0%、4.5%、4.0%。
　　（3）结合现行规范中对沥青混合料设计空隙率的要求值推荐AC-13、AC-16和AC-20沥青混合料的设计空隙率分别为3%～5%、3%～4.5%、3%～4.0%。
参考文献：
[1]  沈金安，李福普，陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策 [M]．北京：人民交通出版社，2004 ． 
[2]  冯德成，易军艳，王东升.沥青混合料渗水特性的试验研究[J]. 建筑材料学报，2010,13(2):182-186.