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user: 4. 空隙率与横向渗透系数的关系 渗入路面结构内的水能否排出，不仅取决于混凝土的空隙率，更重要的是连通空隙率以及该空隙率是否通畅 [ 17 ] ，同时跟路面的横坡度有关。要探明进入到路面结构内部的水能否在横坡度的作用下及时排出，就需掌握在不同横坡以及不同空隙率下路面的横向排水性能，通过沥青混凝土试件的室内横向排水试验，研究空隙率与排水性能的关系 [ 18 ] ，为路面水损害的防治提供依据。 4.1. 横向排水试验 沥青混凝土的横向排水性能可以用渗透系数表示，渗透系数越大，表明沥青混凝土的排水性能就越好 [ 19 ] 。目前，国内外对于渗透系数的测定并没有统一的方法，为此本研究自行设计了测定沥青混凝土渗透系数的设备，其示意图如图4。 图4. 横向排水试验装置图 试验时，选用2%、2.5%、3%、3.5%和4%五种坡度，分别测定试件在5种坡度时的渗透系数，渗透系数按式3进行计算，计算结果见表5。 K = 2 Q L l t ( H 2 − h 2 ) (3) 式中：K-沥青混合料的渗透系数，cm/s； Q-t时间内流出的水量，cm 3 /s； H、h-进水口和出水口处的水位标高，cm； L-渗流长度，本试验取车辙板长度，30 cm； l-试件宽度，cm；t-渗流时间，s。 Table 5 Permeability coefficient test result AC-13 SMA-13 实测空隙率 /% 连通空隙率 /% 横向坡度 /% 渗透系数 /cm * s −1 设计空隙率 /% 实测空隙率 /% 连通空隙率 /% 横向坡度 /% 渗透系数 /cm * s −1 设计空隙率 /% 2.7 0.8 2.0 0 2.6 2.4 1.0 2.0 0 2.6 2.5 0 2.5 0 3.0 0 3.0 0 3.5 0 3.5 0 4.0 0 4.0 0 3.6 1.7 2.0 0 3.8 3.2 1.9 2.0 0.0013 3.4 2.5 0 2.5 0.0023 3.0 0 3.0 0.0035 3.5 0 3.5 0.0048 4.0 0 4.0 0.0063 6.4 2.3 2.0 0.0379 6.6 6.0 3.3 2.0 0.0708 6.3 2.5 0.0427 2.5 0.0793 3.0 0.0471 3.0 0.0877 3.5 0.0516 3.5 0.0948 4.0 0.0563 4.0 0.1019 8.7 3.8 2.0 0.0714 9.5 8.6 5.3 2.0 0.1248 9.2 2.5 0.0817 2.5 0.1371 3.0 0.0921 3.0 0.1493 3.5 0.0997 3.5 0.1602 4.0 0.1076 4.0 0.1712 11.9 4.5 2.0 0.1144 12.4 11.3 7.9 2.0 0.2269 12.1 2.5 0.1244 2.5 0.2391 3.0 0.1345 3.0 0.2503 3.5 0.1442 3.5 0.2605 4.0 0.1538 4.0 0.2697 14.2 6.5 2.0 0.2967 15.3 13.8 10.5 2.0 0.3713 15.0 2.5 0.3043 2.5 0.3984 3.0 0.3120 3 0.4251 3.5 0.3239 3.5 0.4501 4.0 0.3359 4.0 0.4750 表5. 渗透系数试验结果 4.2. 向排水试验结果分析 为分析渗透系数与空隙率之间的关联，根据表5中的试验数据，绘制出不同坡度时沥青混凝土试件空隙率、连通空隙率与渗透系数的关系曲线，如图5~8所示。 图5. AC-13空隙率与渗透系数的关系曲线 图6. SMA-13空隙率与渗透系数的关系曲线 图7. AC-13连通空隙率与渗透系数的关系曲线 图8. SMA-13连通空隙率与渗透系数的关系曲线 从图中得出以下结论： 1) AC-13和SMA-13的横向渗透系数也具有随着空隙率的增大呈三阶段增长的特征。第一阶段，当AC-13的空隙率小于3.5%，SMA-13的空隙率小于3%时，渗透系数几乎为0 cm/s，此时沥青混凝土不排水；第二阶段，当AC-13的空隙率在3.5%~12%，SMA-13空隙率在3.0%~10%时，随着空隙率的增大，渗透系数在增大；第三阶段，当AC-13空隙率大于12%，SMA-13空隙率大于10%，随着空隙率的增大，渗透系数呈直线增加，且斜率更大，表明此时沥青混凝土排水效果较好。 2) 坡度越大，空隙率与渗透系数关系曲线的斜率就越大，表明坡度对排水性能的影响显著。 为分析混合料种类对渗透系数的影响，绘制AC-13和SMA-13在坡度为2%和3%时的空隙率与渗透系数的关系曲线，如图9和图10所示。 图9. 坡度为2%时的空隙率与渗透系数的关系曲线 图10. 坡度为3%时的空隙率与渗透系数的关系曲线 由图10得出以下结论： AC-13和SMA-13的渗透系数随空隙率变化的趋势基本相同；空隙率相同时，SMA-13的渗透系数大于AC-13的；并且其关系曲线的斜率比AC-13大，表明随着空隙率增大，SMA-13比AC-13更容易排水。 对比图5、图6与图7、图8发现渗透系数随着空隙率、连通空隙率的变化趋势相同；结合图1与图9、图10对比发现渗透系数与连通空隙率随空隙率的变化趋势也相同；空隙率相同时，SMA-13的渗透系数与连通空隙率均大于AC-13的，说明连通空隙率对渗透系数起主要作用，连通空隙率越大，渗透系数越大。因此用空隙率来表征渗透系数的变化也是合理的。 对比渗水系数和渗透系数三个变化阶段的空隙率范围，其变化范围基本一致。由关系图分析出，对于不同的横坡度，能够顺利排水的空隙率范围。现行有关沥青混凝土的规范中对渗透系数的大小没有具体规定，借鉴CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》 [ 20 ] 的规定，多孔混凝土的渗透系数应不小于0.05 cm/s，结合图5和图6得出不同坡度下满足此要求的空隙率范围，如表6所示。 Table 6 Void ratio range of transverse permeability coefficient ≥ 0.05 cm/ 空隙率/% 坡度/% AC-13 SMA-13 2.0 ≥7.1 ≥5.1 2.5 ≥6.8 ≥4.9 3.0 ≥6.5 ≥4.7 3.5 ≥6.3 ≥4.6 4.0 ≥6.0 ≥4.4 表6. 渗透系数≥ 0.05 cm/s的空隙率范围 为研究满足上述要求的空隙率范围能否满足沥青混凝土排水要求，对不同坡度下渗入到路面结构内部水的排水时长进行计算，计算公式如下所示 [ 21 ] ： t = L 3600 v (4) L = B 1 + i z 2 i h 2 (5) v = 1 n e k e i z 2 + i h 2 (6) 式中： t-渗流时间/h；L-排水长度/cm；v-渗流速度/cm * s −1 ； B-单幅路面宽度/cm，计算时选用双向6车道半幅路面宽度B = 1125 cm； ih-路面横坡坡度/%；iz-路面的纵坡坡度/%，取2%； ne-连通空隙率/%；ke-渗透系数/cm * s −1 ，取0.05 cm/s。 对不同沥青混凝土类型的路面排水时长进行计算，空隙率对应的连通空隙率可由式(1)、(2)得出，计算结果见表7所示。 Table 7 Drainage time of different types of asphalt concret 混凝土类型 AC-13 SMA-13 坡度/% 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 空隙率/% 7.1 6.8 6.5 6.3 6 5.1 4.9 4.7 4.6 4.4 连通空隙率/% 2.9 2.8 2.6 2.6 2.4 3.0 2.8 2.7 2.6 2.4 排水时长/h 9.08 6.93 5.49 4.55 3.77 9.38 7.10 5.58 4.64 3.81 表7. 不同类型沥青混凝土的排水时长 根据评价指标t50 (路面排出50%雨水的时间)来评价沥青路面的排水性能 [ 22 ] ，如表8所示。 Table 8 Drainage time of different types of asphalt concret 排水时间t 50 不排水 1月 1周 2 d 2 h 排水性能等级 很差 差 中 良 优 表8. 不同类型沥青混凝土的排水时长 由表7、表8得出，在不同坡度下满足渗透系数要求时，沥青混凝土的排水性能达到了良的等级。 根据表6绘制出坡度与满足排水要求的空隙率关系图，如图11所示。 图11. 坡度与满足排水要求的空隙率的关系 对AC-13和SMA-13两种沥青混合料进行拟合，得到线性回归式分别见式(7)、(8)。 y = − 0.54 x + 8.16 R 2 = 0.9945 (7) y = − 0.34 x + 5.76 R 2 = 0.9863 (8) 从式中看出空隙率与坡度有良好的相关性，根据函数关系式得出不同坡度下满足排水要求的空隙率范围。