沥青 混合料的空隙率是影响沥青路面透水性的主要因素,空隙率越大, 沥青层的透水性也越强,也越容易诱发水损害。采用合理的空隙率 对提高沥青混料的水稳定性有显著效果。本文就此开展研究,分析 沥青路面水稳定性、透水性与空隙率的关系,为工程应用提供依据。 1 原材料选择与试件制备 1.1 原材料 采用 70#基质沥青,石灰岩集料和矿粉,制备密级配沥青混凝土 ac-13。矿料合成级配如图 1 所示,最佳油石比为 5.0%。 图 1 矿料合成级配 1.2 试验方法 依据《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》(jtj 052-2000), 采用轮碾法成型具有不同空隙率的 ac-13 车辙板,尺寸为 30cm30cm6cm。对于成型好的车辙板,分别测定渗透系数;再钻取 直径 10mm 的芯样,测定空隙率,分析透水性能与空隙率的关系。 再采用马歇尔击实试验成型试件,测试劈裂强度、冻融劈裂强度和 空隙率,分析劈裂强度、冻融劈裂强度、冻融劈裂强度比与空隙率 的关系。 2 透水性与空隙率测试 2.1 测试结果 本次试验为了得到不同的空隙率和不同的渗水系数成型了八种 车辙板试件,通过变化压实次数和压实荷载来实现,车辙板试件尺 寸为 30cm x 30cm x 6cm,每块试件成型好之后分别测定渗水系数 和毛体积密度,并计算空隙率等,试验结果见表 2。 表 2 车辙板试件的渗透系数和空隙率 注:“/”表示试件密实不透水。 2.2 结果分析 根据表 2 得到混合料的渗水系数与空隙率试验结果,绘制渗水 系数—空隙率关系图,如如图 2 所示。 图 2 沥青混合料渗水系数与空隙率的关系 由图可见,沥青混合料渗水系数随着空隙率的增大而增大,呈 良好的指数函数关系(如式 1),相关性系数为 97.6%. (1) 可以发现,当空隙率小于 4%时,试件几乎不渗水;空隙率为 4%~6% 时,渗水系数总体比较小,且变化也不大,在 120ml/min 之内;当 空隙率大于 7%之后,渗水系数突然增大,而且呈指数形式增长。如 当空隙率为 7%,渗水系数就增加为 300ml/min;当空隙率为 7.5%, 渗水系数就增加为 480ml/min;当空隙率为 8%,渗水系数就增加为 750ml/min。此时所有的试件均发生了贯透,可以认为在空隙率大 于 7.5%,渗水系数值大于 300ml/min 的情况下,沥青路面会严重渗 水,诱发更严重的水损害。 3 水稳定性与渗水系数、空隙率的关系 3.1 水稳定性测试 水损害是指沥青路面在水和温度胀缩的作用下,受高速运转车 轮的挤压,进入路面的水分不断产生动水压力或真空抽吸冲刷作用 力,使得水分反复出入于沥青混凝上结构中的毛细空隙,使沥青与 集判的粘附性减弱,沥青膜逐渐从集料表而脱落,从而出现掉粒、 松散、坑槽、卿浆等损坏现象。而透水性仅是指该混合料的渗水系 数(或渗透系数)是多少。在密级配的范畴内,一般情况下,水稳 定性随着透水性的增大而变差,但是如果空隙率大到一定程度,水 损害反而会变小。 本文研究拟采用冻融劈裂试验对沥青混合料的水稳定性与空隙 率的关系进行研究,不同试件的空隙率、劈裂强度、冻融劈裂强度、 冻融劈裂强度比结果如表 3 所示。根据式(1),也计算了不同空隙 率试件的渗透系数。 表 3 沥青混合料水稳定试验结果 注:空隙率为 3%的试件,渗水系数取为 0。 3.2 强度分析 根据表 3 数据,绘制劈裂强度、冻融劈裂强度与空隙率的关系, 如图 3 所示。绘制劈裂强度、冻融劈裂强度与计算渗透系数的关系, 如图 4 所示。 图 3 强度与空隙率的关系 图 4 强度与渗水系数的关系 由图 3 可以看出:劈裂强度和冻融劈裂强度都随着空隙率的增 大而减小,空隙率高于 6%后,强度显著降低;在渗水系数大于 120ml/min 的情况下,强度下降较快。 3.2 冻融劈裂强度比分析 根据表 3 数据,绘制冻融劈裂强度比 tsr 与空隙率、计算渗透 系数的关系,如图 5 和图 6 所示。 图 5 冻融劈裂强度比 tsr 与空隙率的关系 图 6 冻融劈裂强度比与渗水系数的关系 可以看出,空隙率在 6%以下的时候,劈裂强度比 tsr 随空隙率 增大而降低,但劈裂强度比 tsr 相对较高。空隙率大于 8%以后,劈 裂强度比 tsr 反而随着空隙率的增大而提高,但仍然低于空隙率较 低的试件,其原因可能在于空隙率大于 8%以后,随着空隙的增多, 冻胀压力能够得以释放,因而劈裂强度比 tsr 提高。劈裂强度比 tsr 与渗水系数也呈类似规律,可以认为渗水系数小于 120ml/min 时, tsr 均较高(高于 85%)。因此,建议为保证沥青路面的抗水损害能 力,空隙率不得低于