戴 勇，周 炳，趙凌鷗，楊 捷，喻 業(yè)

（湖南省通泰工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

近些年來，隨著瀝青路面在城市交通建設(shè)中的普及，城市道路的力學(xué)性能和行車舒適性功能已經(jīng)基本滿足，但是一些新的功能性問題被城市建設(shè)者提出并引起工程界的重視[1]。城市地表逐步被四通八達(dá)的道路交通網(wǎng)絡(luò)覆蓋，而現(xiàn)有瀝青道路面層的空隙率大都在4%～6%，并不具備排水的功能。由于雨水造成的城市地表徑流，無法直接補(bǔ)充地下水，周邊疏排水結(jié)構(gòu)又難以短時(shí)間排出，從而頻繁引發(fā)大面積的內(nèi)澇現(xiàn)象，并造成地下水位不斷降低，呈“漏斗狀”分布[2]。

為此，一種透水瀝青路面的新結(jié)構(gòu)，作為“海綿城市”的實(shí)現(xiàn)途徑之一，被國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出并開展了大量研究[3-4]。與傳統(tǒng)的密實(shí)型結(jié)構(gòu)形式不同，其主要目的是在滿足基本功能的前提下實(shí)現(xiàn)較大的連通空隙，其設(shè)計(jì)空隙率高達(dá)18%～25%。目前尚缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)透水瀝青路面的配合比和性能評(píng)價(jià)。文章在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，以最大公稱粒徑（NMPS）為26.5mm 的大粒徑透水瀝青混合料（LSPM-25）為研究對(duì)象，開展配合比設(shè)計(jì)和基本性能試驗(yàn)，為指導(dǎo)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供參考。

1 原材料和基本性能

1.1 瀝青

由于LSPM-25 的空隙率較大、粗集料較多，需要性能優(yōu)良的瀝青黏結(jié)劑，因此本試驗(yàn)選取了TPS 高黏度改性瀝青，其技術(shù)性能如表1 所示。經(jīng)試驗(yàn)，材料的各項(xiàng)性能均符合規(guī)范要求。

表1 試驗(yàn)用TPS 瀝青的性能

1.2 集料

LSPM-25 混合料的力學(xué)性能主要由組成骨架的集料來決定，為此，參照集料及施工技術(shù)官方的要求，應(yīng)選用棱角性和自身強(qiáng)度較佳的材料。本試驗(yàn)中的集料為玄武巖，主要分為4 檔，分別為20 ～30mm、10 ～20mm、5 ～10mm 和0 ～5mm，對(duì)應(yīng)的材料性能如表2 所示。

表2 LSPM-25 中的集料性能

1.3 礦粉

摻入一定量的礦粉，與瀝青形成瀝青膠漿，從而填充和粘結(jié)集料骨架，使得瀝青混合料成為一個(gè)整體[5]。本試驗(yàn)采用石灰石礦粉，各項(xiàng)指標(biāo)如表3 所示。

表3 LSPM-25 中的礦粉性能

2 配合比設(shè)計(jì)及參數(shù)分析

2.1 透水瀝青路面的評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）保證較大空隙率和連通空隙。大的空隙率是LSPM 混合料設(shè)計(jì)的特征和要求所在，也是為了滿足減噪、排水要求的體積參數(shù)保證。在我國(guó)的相關(guān)技術(shù)和施工規(guī)范中，就有條款明確要求LSPM 瀝青路面的空隙應(yīng)大于18%，以確保去除較小塵土堵塞導(dǎo)致的排水不良現(xiàn)象。（2）形成可靠的骨架強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。由于具有較大的空隙率，LSPM 混合料對(duì)骨架強(qiáng)度有更高的要求，集料的自身強(qiáng)度和各集料之間的互鎖作用都是需要考慮的。同時(shí)，由于細(xì)集料較少，連通空隙較多，動(dòng)水在空隙內(nèi)不斷沖刷瀝青膠漿，這對(duì)黏結(jié)劑材料的性能是一大考驗(yàn)。如果上述問題處理不當(dāng)，LSPM 混合料內(nèi)部在水的作用下極易引發(fā)骨料松動(dòng)，并造成剝落和坑槽等病害的出現(xiàn)。（3）具有良好的路用性能。結(jié)合我國(guó)當(dāng)下的交通狀況，必須充分考慮重載、超載交通的作用，設(shè)計(jì)具有一定強(qiáng)度和耐久性的瀝青路面，滿足具有15 年使用壽命的路用性能要求。

2.2 基于貝雷法的配合比設(shè)計(jì)

從貝雷法的第一控制篩孔出發(fā)，其計(jì)算公式為0.22倍的NMPS，不同于傳統(tǒng)的以4.75 或2.36 的固定界限，將粗、細(xì)集料重新劃界。因此，采用貝雷法中對(duì)關(guān)鍵粒徑的確定方法，計(jì)算得到粗細(xì)集料的分界尺寸為0.22×26.5mm=5.83（4.75）mm，可以確定本試驗(yàn)采用的粗集料為3 檔，細(xì)集料為1 檔。

參考山東省成功應(yīng)用的級(jí)配設(shè)計(jì)要求，確定本試驗(yàn)的LSPM-25 混合料最佳設(shè)計(jì)級(jí)配。其中，假定粗集料骨架的空隙不大于45%，從而確定3 檔粗集料的比例為40（0.633）∶35（0.554）∶25（0.365），預(yù)設(shè)LSPM-25 混合料的空隙率為25%，計(jì)算得到細(xì)集料的單位體積質(zhì)量為0.312g，從而得到單位體積的總質(zhì)量為1.894g，合成的質(zhì)量百分比分別為35.0%、29.3%、19.3%、16.4%，最終確定的合成級(jí)配如圖1 所示。

圖1 LSPM-25 合成級(jí)配

2.3 最佳瀝青用量

對(duì)于LSPM-25 混合料而言，其空隙率對(duì)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性影響較大，在進(jìn)行瀝青用量試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意在其結(jié)構(gòu)中的自由瀝青不宜太多，形成滿足結(jié)構(gòu)所需厚度的瀝青膜即可。因此，文章采用大型馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)和析漏試驗(yàn)對(duì)最佳瀝青用量進(jìn)行分析和確定。如表4 所示，拌合溫度為160℃，擊實(shí)試件采用真空密封法獲得體積參數(shù)，并由此計(jì)算有效瀝青膜厚度，同時(shí)測(cè)定析漏損失。

表4 最佳瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果

通過上述試驗(yàn)繪制曲線圖，并采用線性內(nèi)插確定不同瀝青含量的體積數(shù)值變化，一般有效的瀝青膜厚度應(yīng)在12 ～16m 規(guī)定范圍內(nèi)，而對(duì)于LSPM 混合料要求析漏損失小于0.2%。綜合各試驗(yàn)結(jié)果，從而初步確定，LSPM-25 混合料的瀝青用量為3.5%，其各項(xiàng)數(shù)值均在合理范圍內(nèi)。

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

通過試驗(yàn)規(guī)程的要求，需要進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，獲得的LSPM-25 混合料的水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。其中，浸水試驗(yàn)分為3 組，按照試驗(yàn)流程，分別測(cè)定浸水殘留穩(wěn)定度MS0 和真空飽和殘留穩(wěn)定度MS0’；而對(duì)于凍融試驗(yàn)，主要測(cè)定的是凍融（-18 ℃/16h，60℃/24h）前后的抗拉強(qiáng)度之比TSR。上述試驗(yàn)分批次測(cè)定，所得結(jié)果如表5 所示。

表5 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

從表5 的水穩(wěn)試驗(yàn)結(jié)果可知，浸水和凍融結(jié)果均說明在3.5%的瀝青用量條件下，其抗水損害的能力最強(qiáng)，而其他兩組用量效果明顯較差；其中，浸水的殘余穩(wěn)定度在84.8% ～95.9%，而真空飽和的MS0’在80.4%～84.7%，與凍融前后的抗拉強(qiáng)度之比相比較損失較小。這也說明選取3.5%的瀝青含量對(duì)于LSPM 混合料的抗水損害性能而言是較合理的。

3.2 滲水性能試驗(yàn)

參照規(guī)范要求，通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)碾壓成型的LSPM-25 混合料試樣進(jìn)行滲水性能試驗(yàn)，在路面滲水儀中放置試樣，觀察量筒的水位變化和時(shí)間，從而計(jì)算得到滲水系數(shù)。對(duì)于瀝青含量在3.5%的試件，其滲水系數(shù)平均值為137ml/min，不大于300ml/min，滿足規(guī)范要求，因此表明本試驗(yàn)的LSPM 混合料滿足排水和抗?jié)B水的功能。

3.3 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用8cm 厚的碾壓車轍板進(jìn)行LSPM-25 混合料的高溫車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)所采用的溫度為60℃，對(duì)比分析3種瀝青用量條件下的試驗(yàn)結(jié)果。通過試驗(yàn)測(cè)定其抗車轍能力的動(dòng)穩(wěn)定度分別為4497 次/mm(3.0%)，3870 次/mm(3.5%)，2918 次/mm(4.0%)，可以看出其抗車轍和高溫的性能相對(duì)普通瀝青混合料（＞6000 次/mm）而言要差，且瀝青用量增多，其抗車轍能力減弱。

4 結(jié)束語

為了緩解城市內(nèi)澇、地下水不足等問題，推廣應(yīng)用LSPM 路面是一種有效的途徑，但是目前尚缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案和評(píng)價(jià)方法。文章通過貝雷法的相關(guān)理論，確定LSPM-25 混合料的關(guān)鍵粒徑，并由此進(jìn)一步進(jìn)行體積設(shè)計(jì)，得到滿足一般設(shè)計(jì)要求的合成級(jí)配，并采用一系列室內(nèi)高低溫穩(wěn)定性試驗(yàn)和滲水性能試驗(yàn)，確定LSPM-25 混合料的最佳瀝青用量為3.5%，并分析了其相應(yīng)性能隨瀝青含量的變化規(guī)律，為工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。