不同空隙率排水性瀝青混合料宏觀性能與微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)研究

黃 寧，李愛國

(1.湖北武穴長江公路大橋有限公司，湖北 黃岡 435401； 2.武漢大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院, 湖北 武漢 430072)

排水性瀝青路面由大空隙瀝青混合料鋪筑而成，大氣降雨可通過路面內(nèi)部空隙聯(lián)通結(jié)構(gòu)橫向排出，從而達(dá)到消除路面水膜、抑制濺水起霧、防止水漂、減輕眩光、增加路面與輪胎間的附著力從而提高抗滑等功能[1-3]。大量室內(nèi)試驗和工程實踐表明[4-6]，使用排水性瀝青路面后行車噪聲降低3～8 dB，路面構(gòu)造深度和抗滑性能顯著提高，道路安全事故大幅降低，排水性瀝青路面總事故率比普通路面平均降低24%，雨天事故率平均降低47%。排水瀝青路面是世界公認(rèn)的高安全性、舒適性、環(huán)保的功能性“超級路面”，兼顧排透水、降噪、抗滑的排水性瀝青混合料是年降雨量大于600 mm地區(qū)新建瀝青路面工程和養(yǎng)護(hù)維修工程排水罩面的主要技術(shù)類型，對于實現(xiàn)海綿城市建設(shè)的總體目標(biāo)具有重要影響，具有廣闊的應(yīng)用前景。

要想實現(xiàn)瀝青路面的排水性能與降噪功能，核心是瀝青混合料有足夠的空隙率，具有較大空隙率這也是排水性瀝青混合料區(qū)別于密級配瀝青混合料的顯著特征之一，空隙率是由集料特性、礦料級配組成、瀝青用量和壓實功所共同決定的，空隙率體積指標(biāo)在排水性瀝青混合料的設(shè)計過程中起著至關(guān)重要的作用，空隙率選取合理與否，會顯著影響排水性瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、排水功能、降噪功能、安全性能和耐久性[7-11]?，F(xiàn)行JTG F40-2004規(guī)范中排水性瀝青混合料的空隙率指標(biāo)要求為18%～25%，工程實踐表明，18%～25%的目標(biāo)空隙率要求過于寬泛，并且宏觀的空隙率很難用于評價排水性瀝青混合料的滲透性質(zhì)，導(dǎo)致配合比設(shè)計階段空隙率指標(biāo)的選擇就因人而異?，F(xiàn)階段，已有較多學(xué)者研究了排水性瀝青混合料的路用性能、疲勞特性及抗滑、降噪機(jī)理，已有研究成果大多關(guān)注研發(fā)排水性瀝青混合料專用高黏改性瀝青和優(yōu)化排水性瀝青混合料礦料級配方面，但尚未檢索到有關(guān)空隙率對排水性瀝青混合料排水性性能、力學(xué)性能、路用性能及微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)的影響相關(guān)研究報道，為了兼顧排水性瀝青混合料排水性能與耐久性能[10-14]，本文研究了空隙率指標(biāo)對排水性瀝青混合料力學(xué)性能、路用性能及微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)的影響，在JTG F40-2004推薦的OGFC-13礦料級配范圍內(nèi)選取5種級配，使得5種級配排水性瀝青混合料空隙率為18%～24%，基于室內(nèi)試驗研究不同空隙率排水性瀝青混合料力學(xué)性能與抗疲勞耐久性能，并基于X-Ray CT的無損檢測技術(shù)研究不同級配排水性瀝青混合料的微觀空隙分布特征，建立了排水性瀝青混合料細(xì)微觀空隙結(jié)構(gòu)與其宏觀路用性能之間的關(guān)系，研究成果對優(yōu)化排水性瀝青混合料設(shè)計空隙率提供理論依據(jù)。

1 試驗

1.1 原材料

采用交通部公路科學(xué)研究院研發(fā)的HVA高黏改性瀝青，試驗結(jié)果見表1，其各項性能滿足JT/T 860.2-2013《瀝青混合料添加劑》(第2部分：高黏度添加劑)的要求。質(zhì)地堅硬、耐磨性好的粗集料才能更好發(fā)揮排水性瀝青混合料的優(yōu)良高溫穩(wěn)定性和抗滑性能，粗集料為陜西西安周邊某石料廠生產(chǎn)的玄武巖碎石，細(xì)集料為石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，集料各項性能滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。為了確保集料表面有足夠的瀝青膜厚度以保證排水性瀝青混合料耐久性，同時避免生產(chǎn)、運輸過程中瀝青析出、流淌等問題，試驗研究在排水性瀝青混合料中摻加了0.35%聚酯纖維(聚酯纖維占集料質(zhì)量百分比)，聚酯纖維物理指標(biāo)見表2。

表1 HVA高黏改性瀝青性能Table1 HVAhighviscositymodifiedasphaltperformance技術(shù)指標(biāo)針入度/(0.1mm)軟化點/℃5℃延度/cm彈性恢復(fù)率/%60℃動力黏度/℃170℃黏度/(Pa·s)試驗結(jié)果6385.836.897.8559982.8

表2 聚酯纖維性能Table2 Polyesterfiberproperties技術(shù)指標(biāo)長度/mm密度/(g·cm-3)抗拉強(qiáng)度/MPa斷裂伸長率/%灰分含量/%試驗結(jié)果61.39>500381.1

1.2 試驗方案

為研究礦料級配對排水性瀝青混合料力學(xué)性能、路用性能及微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)的影響，在JTG F40-2004推薦的OGFC-13礦料級配范圍內(nèi)選取5種級配，使得5種級配排水性瀝青混合料空隙率為18%～24%，基于貫入剪切試驗、劈裂強(qiáng)度試驗和動態(tài)壓縮模量試驗研究不同級配排水性瀝青混合料力學(xué)性能，采用三大路用性能試驗和半圓彎曲疲勞試驗評價不同級配排水性瀝青混合料的抗疲勞耐久性能。基于X-Ray CT的無損檢測技術(shù)獲取排水性瀝青混合料內(nèi)部的細(xì)微觀空隙形態(tài)，采用平均空隙直徑、最可幾空隙直徑為評價指標(biāo)，研究不同級配排水性瀝青混合料的微觀空隙分布特征，最后建立排水性瀝青混合料細(xì)微觀空隙結(jié)構(gòu)與其宏觀路用性能之間的關(guān)系。

1.3 排水性瀝青混合料配合比設(shè)計

試驗研究采用OGFC-13礦料級配，以18%～25%目標(biāo)空隙率為約束條件，根據(jù)理論研究和工程實踐經(jīng)驗，在JTG F40-2004規(guī)范規(guī)定的OGFC-13的工程級配上下范圍內(nèi)選取5種粗細(xì)不同的礦料級配，見表3?；隈R歇爾試件體積指標(biāo)試驗和析漏試驗、分散試驗驗證，確定OGFC-13排水性瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果見表4。由表4可知，5種目標(biāo)空隙率下，排水性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、滲水系數(shù)及各項體積指標(biāo)均滿足JTG F40-2004規(guī)范要求，總體而言，隨著空隙率增大，最佳瀝青用量、馬歇爾穩(wěn)定度均呈減小趨勢，滲水系數(shù)隨著空隙率增大，先顯著增大后緩慢增大，空隙率由18.2%增大至22.4%，滲水系數(shù)由943 mL/min增大至1 873 mL/min，增大了98.6%，空隙率有22.4%增大至24.1%，滲水系數(shù)由1 873 mL/min增大至2 003 mL/min，僅增大了6.9%，從滲水效果來看，在空隙率達(dá)到22%后排水性瀝青混合料已經(jīng)具備優(yōu)良的排水性能。

表3 OGFC-13級配設(shè)計表Table3 OGFC-13gradationdesign級配類型以下各篩孔(mm)的通過百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075GP110096.373.222.816.112.110.58.16.34.9GP210095.771.420.314.410.87.77.16.14.9GP310095.169.217.212.29.47.26.75.84.8GP410094.568.114.210.88.76.76.15.44.8GP510093.467.312.79.27.46.15.85.24.8

表4 OGFC-13配合比設(shè)計結(jié)果Table4 OGFC-13mixdesignresults級配類型瀝青用量/%空隙率/%礦料間隙率/%GP15.018.226.9GP24.920.127.8GP34.721.328.5GP44.622.429.1GP54.424.130.7瀝青飽和度/%析漏損失/%馬歇爾穩(wěn)定度/kN滲水系數(shù)/(mL·min-1)32.30.097.8494327.70.107.45112925.30.077.24159823.00.086.96187321.50.066.422003

圖1建立了0.15～9.5 mm共6檔篩孔通過率與排水性瀝青混合料空隙率之間的擬合關(guān)系，由圖1可見，9.5、4.75、2.36 mm篩孔通過百分率與空隙率之間的擬合優(yōu)化度大于0.95，3種關(guān)鍵篩孔通過百分率與空隙率的相關(guān)性最好，工程實踐中可通過擬合方程反算目標(biāo)空隙率下該篩孔的最小通過率。

圖1 關(guān)鍵篩孔通過百分率與空隙率擬合曲線

2 不同級配排水性瀝青混合料宏觀性能

2.1 力學(xué)性能

排水性瀝青混合料單軸貫入剪切試驗方法參照J(rèn)TG D50-2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》附錄F進(jìn)行，試驗溫度選用60 ℃，加載速率1 mm/min。動態(tài)壓縮模量、劈裂強(qiáng)度試驗方法參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0738、T0716進(jìn)行，動態(tài)壓縮模量試驗溫度選用20 ℃，加載頻率10 Hz。劈裂試驗試驗溫度20 ℃，采用50 mm/min加載速率。力學(xué)性能試驗結(jié)果見表5。

由表5試驗結(jié)果可知，4種級配的排水性瀝青混合料劈裂強(qiáng)度約為0.6～0.9 MPa、貫入剪切強(qiáng)度0.9～1.2 MPa、動態(tài)壓縮模量8 500～11 400 MPa，動態(tài)壓縮模量介于JTG D50-2015《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》推薦的8 000～12 000 MPa動態(tài)壓縮模量之間?？障堵视?8.2%增大至24.1%，排水性瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度降低了30.2%、貫入剪切強(qiáng)度降低了21%、動態(tài)壓縮模量降低了23.5%。

表5 排水性瀝青混合料力學(xué)性能試驗結(jié)果Table5 Mechanicalpropertiesofdrainageasphaltmixture級配類型劈裂強(qiáng)度/MPa貫入剪切強(qiáng)度/MPa動態(tài)壓縮模量/MPaGP10.8981.1911421GP20.8151.4210921GP30.7241.599348GP40.6931.279212GP50.6270.948741

2.2 路用性能

路用性能試驗方法、步驟按照J(rèn)TG E20-2011要求進(jìn)行，試驗結(jié)果見表6。

由表6可知，

表6 排水性瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果Table6 Roadperformancetestresultsofdrainageasphaltmixture級配類型車轍試驗低溫彎曲試驗浸水馬歇爾試驗凍融劈裂試驗動穩(wěn)定度(次·mm-1)車轍深度/mm彎拉強(qiáng)度/MPa彎曲應(yīng)變/με浸水后MS/kNMS0/%凍融后ITS/MPaTSR/%GP154772.047.6140127.7598.80.85096.8GP264271.767.0337627.1996.50.75394.7GP362141.846.6434126.8394.30.67993.8GP457141.926.2230486.4692.80.63691.8GP550142.215.9126145.8290.70.56289.6

動穩(wěn)定試驗結(jié)果表明：①設(shè)計空隙率為18%～24.1%的5種排水性混合料，其動穩(wěn)定度均滿足JTG F40-2004規(guī)范動穩(wěn)定度大于3 000次/mm的要求，5種排水性瀝青混合料的動穩(wěn)定度大于5 000次/mm，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性。②隨著空隙率增大，動穩(wěn)定度、車轍變形量均呈先增大后減小的變化趨勢，在20%～21%空隙率下動穩(wěn)定度達(dá)到峰值，此時排水性瀝青混合料抗車轍性能最優(yōu)，分析動穩(wěn)定度出現(xiàn)峰值的原因，根據(jù)摩爾庫倫理論，排水性瀝青混合料的強(qiáng)度主要取決于粗集料之間的骨架嵌擠作用、集料克服相對位移產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力和高黏改性瀝青砂漿及高黏改性瀝青膠漿內(nèi)部的瀝青瑪蹄脂粘聚力，隨著粗集料顆粒增大，排水性瀝青混合料的空隙率逐漸增大，粗集料之間的不完全骨架嵌擠狀態(tài)逐漸向全骨架嵌擠狀態(tài)轉(zhuǎn)變，骨架接觸點數(shù)量增多、接觸面積增大，嵌擠作用增強(qiáng)、骨架嵌擠結(jié)果趨于穩(wěn)定，因此增大空隙率后車轍試驗動穩(wěn)定度呈先增大趨勢，隨著粗集料進(jìn)一步增大，空隙率也隨之增大，但是粗集料數(shù)量達(dá)到飽和后，增大粗集料數(shù)量會對粗集料已經(jīng)形成的穩(wěn)定嵌擠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生推擠、干涉，導(dǎo)致粗集料之間穩(wěn)定的骨架嵌擠狀態(tài)向半松散狀態(tài)演變，在外在荷載作用下，沒有形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的粗集料更容易發(fā)生轉(zhuǎn)動位移，此外，隨著粗集料數(shù)量增大，排水性瀝青混合料內(nèi)部的細(xì)集料數(shù)量相對減少，在骨架空隙中填充的瀝青瑪蹄脂數(shù)量減小，導(dǎo)致集料之間的黏結(jié)力降低，因此，只有在粗集料之間的骨架嵌擠力與瀝青瑪蹄脂的黏結(jié)力達(dá)到相對平衡時排水性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性才達(dá)到最佳。

低溫彎曲試驗結(jié)果表明，排水性瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變隨著空隙率增大而減小，彎曲應(yīng)變與空隙率、彎拉強(qiáng)度與空隙率之間的線性擬合優(yōu)化度R2大于0.98?？障堵视?8.2%增大至24.1%，排水性瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變降低了22.3%、34.8%，空隙率增大至24%后，排水性瀝青混合料的彎曲應(yīng)變將小于3 000 με。彎拉強(qiáng)度和彎曲應(yīng)變隨空隙率增大而減小主要是因為：要形成足夠的骨架空隙，就必須減小細(xì)集料及瀝青瑪蹄脂數(shù)量，換言之，增大空隙率是以減小細(xì)集料含量、降低瀝青瑪蹄脂數(shù)量和減薄集料表面瀝青膜厚度為代價，細(xì)集料數(shù)量減少，破壞裂紋擴(kuò)展路徑減短，而瀝青瑪蹄脂數(shù)量減少導(dǎo)致排水性瀝青混合料的低溫柔性降低，因此增大空隙率后排水性瀝青混合料低溫抗裂性能降低。

水穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明，5種排水性瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于90%，同時凍融劈裂強(qiáng)度比大于85%，具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性，分析以為，這與排水性瀝青混合料使用高黏度改性瀝青有關(guān)，高黏改性瀝青的黏度大，因此有效保證了集料表面的瀝青膜厚和瀝青瑪蹄脂的黏結(jié)強(qiáng)度，與此同時，排水性瀝青混合料內(nèi)部的空隙基本連通，在凍融循環(huán)和浸水過程中易形成疏水通道，因此凍脹作用對瀝青膜的撕裂破壞作用較弱。

2.3 疲勞性能

考慮到排水性瀝青混合料空隙率大，常規(guī)疲勞試驗采用的小梁試件由于跨徑偏大，試件受荷時容易在混合料的空隙部位產(chǎn)生斷裂，發(fā)現(xiàn)疲勞斷裂界面并非位于加載壓頭下方，疲勞試驗數(shù)據(jù)離散性大，鑒于此，本文采用半圓彎拉劈裂試驗評價排水性瀝青混合料的疲勞性能。取標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件中間5 cm部分，再沿直徑方向?qū)ΨQ切割，即可完成試件制備。疲勞試驗溫度為20 ℃，加載頻率10 Hz，采用0.1～0.4共4個應(yīng)力水平，疲勞試驗結(jié)果見表7、疲勞曲線見圖2。

表7 排水性瀝青混合料疲勞試驗結(jié)果Table7 Fatiguetestresultsofdrainageasphaltmixture級配類型半圓彎拉強(qiáng)度/kN以下應(yīng)力水平的疲勞壽命/次0.10.20.30.4GP19.342236591323536322923689GP28.532212141008354593319834GP37.76175212873093909414563GP47.12143356774383274512094GP56.6410365356784254909348

圖2 疲勞試驗擬合方程

疲勞試驗結(jié)果表明，排水性瀝青混合料的疲勞壽命、半圓彎拉強(qiáng)度與空隙率大小有關(guān)，相同應(yīng)變水平，隨著空隙率增大，排水性瀝青混合料疲勞壽命持續(xù)下降，空隙率從18.2%增大至24.1%，在0.1、0.2、0.3、0.4應(yīng)變水平下，排水性瀝青混合料疲勞壽命降低了53.7%、57.1%、59.7%、62.1%。從疲勞曲線擬合方程的斜率n、截距K來看，擬合方程斜率n隨空隙率增大而增大，截距K隨空隙率增大而減小，因此增大空隙率不僅顯著劣化了排水性瀝青混合料空隙率，同時增加了疲勞壽命對應(yīng)力水平的敏感程度，因此在滿足排水性瀝青混合料排水需求時應(yīng)嚴(yán)格控制目標(biāo)空隙率，綜合力學(xué)性能和疲勞性能試驗結(jié)果，工程實踐中，適宜的排水性瀝青混合料空隙率為20%～22%，以達(dá)到兼顧排水性瀝青混合料的排水性能與路用性能、耐久性的目的。

3 不同級配排水性瀝青混合料微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)

試驗研究采用Y.CT Precision 型工業(yè)CT，在試件高度方向間隔0.1 mm獲取不同級配馬歇爾試件的CT圖像，如圖3(a)所示，利用VGStudio MAX軟件可以獲得正面、立面及側(cè)面3個正交角度的二維切片圖像，將獲取的二維圖像導(dǎo)入VGStudio MAX 2.b缺陷檢測功能，并設(shè)置最小空隙體積為0，最大空隙體積為10 000 mm3，分離集料、瀝青砂漿與空隙后，進(jìn)行三維空隙重組，結(jié)果見圖3(b)，每個級配各取4組平行試件，對比蠟封法實測空隙率與CT測算空隙率，通過調(diào)整CT掃描參數(shù)和圖形處理閾值劃分界限來使得CT實測空隙率不小于蠟封法實測空隙率的0.95倍，最后計算輸出空隙的三維x、y、z坐標(biāo)和空隙的表面積、體積計算excel表單。對比圖4蠟封法實測空隙率與CT測算空隙率結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，20個馬歇爾試件的CT實測空隙率約為蠟封法實測空隙率的0.97倍，表明排水性瀝青混合料內(nèi)部的空隙基本全部被識別，CT測算的空隙率滿足試驗精度要求，可用于試驗分析。

3.1 平均空隙直徑

平均空隙直徑(2R)是排水性瀝青混合料內(nèi)部工業(yè)CT可識別空隙體積的平均值。計算時假定每個獨立的空隙為規(guī)則的球體，按照球體的體積(V)、表面積(S)與球體直徑之間的數(shù)學(xué)關(guān)系反算直徑(S=4πR2、V=3/4πR3)，再將所換算的所有空隙直徑取平均值，即可得到排水性瀝青混合料的平均空隙直徑，結(jié)果見圖5。

(a)二維切片圖像 (b)三維空隙分布圖

圖4 CT測算空隙率與蠟封法實測空隙率的線性擬合關(guān)系

由圖5可見，排水性瀝青混合料實測空隙率18.2%～24.1%，空隙體積測測算的平均空隙直徑為6.8～10.3 mm，表面積測算的平均空隙直徑為8.8～13.4 mm，空隙率由18.2%增大至24.1%，空隙體體積測算的平均空隙直徑增大了51.5%，空隙表面積測算的平均空隙直徑增大了52.3%，雖然以空隙體積反算的平均空隙直徑小于表面積反算平均空隙直徑，但隨著空隙率增大，兩種計算方法得到的平均空隙直徑變化趨勢相同，CT測算的平均空隙直徑與蠟封法實測空隙率之間有良好的線性關(guān)系，擬合優(yōu)化度R2達(dá)到了0.95以上。增大空隙率后排水性瀝青混合料內(nèi)部的空隙逐漸連通，因此微觀空隙直徑增大。

3.2 空隙級配

與礦料級配相同，排水性瀝青混合料內(nèi)部的空隙分布也有一定級配。以橫坐標(biāo)為CT測算空隙直徑范圍(0～0.1、0.1～0.5、0.5～1、1～2、2～4、4～8、8～16、16～32、32～64、64～128 mm)，縱坐標(biāo)為位于該范圍內(nèi)體積空隙出現(xiàn)的頻率，統(tǒng)計不同級配排水性瀝青混合料的空隙級配，結(jié)果見表8。

表8 排水性瀝青混合料空隙級配Table8 Drainagegradationofdrainageasphaltmixture空隙直徑/范圍mm不同級配(空隙率)排水性瀝青混合料空隙級配/%GP1GP2GP3GP4GP5 0^0.10.010.010.010.010.010.1^0.50.170.140.120.110.120.5^14.134.053.742.972.83 1^24.934.643.742.572.14 2^415.5512.2911.1710.066.48 4^865.5165.5765.6266.6869.32 8^167.28.48.510.211.4 16^322.34.56.66.97.1 32^640.20.40.50.50.6

由表8可知，排水性瀝青混合料混合料內(nèi)部空隙直徑小于1 mm的空隙數(shù)量占總空隙數(shù)量的5%以下，空隙直徑4～8 mm空隙數(shù)量占總空隙數(shù)量的65%以上，空隙直徑大于4 mm的空隙數(shù)量占總空隙數(shù)量的75%以上，空隙直徑4～16 mm位于平均空隙直徑附近的空隙占總空隙數(shù)量的72%以上。排水性瀝青混合料內(nèi)部直徑小于1 mm的空隙數(shù)量相差不大，在1～4 mm空隙直徑范圍內(nèi)，空隙率從18.2%增加到24.1%，排水性瀝青混合料中1～2 mm空隙直徑空隙比例由4.93%減小到2.142%，減少了56.6%，2～4 mm空隙直徑空隙比例由15.55%減小到6.84%，減少了56.01%，與此同時，4～8 mm空隙直徑的空隙比例由65.51%增大至69.32%，增大了5.5%，8～16 mm空隙直徑的空隙比例由7.2%增大至11.4%，增大了36.84%，16～32 mm空隙直徑的空隙比例由2.3%增大至7.1%，增大了2.47倍，32～64 mm空隙直徑的空隙比例由0.2%增大至7.1%，增大了2倍，由此可見，增大排水性瀝青混合料空隙率，能夠顯著增加空隙中的大空隙比例。

3.3 宏觀性能與微細(xì)觀空隙相關(guān)性

為了揭示微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)對排水性瀝青混合料力學(xué)性能和路用性能的影響，圖6建立了平均空隙直徑與劈裂強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變、疲勞壽命之間的擬合關(guān)系。

由圖6可知，劈裂強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變、疲勞壽命均與平均空隙直徑之間有良好的線性關(guān)系，隨著平均空隙直徑增大，劈裂強(qiáng)度、疲勞壽命均呈線性關(guān)系減小，因此增大平均空隙直徑會對排水性瀝青混合料力學(xué)性能和疲勞性能有顯著的劣化影響。隨著平均空隙直徑增大，排水性瀝青混合料滲水系數(shù)呈二次函數(shù)關(guān)系增大，平均空隙直徑達(dá)到9.5 mm以后滲水系數(shù)增加幅度趨于平緩。由此可見，排水性瀝青混合料的微細(xì)觀空隙直徑與宏觀力學(xué)性能、路用性能及滲水性能有良好的函數(shù)關(guān)系。

圖6 平均空隙直徑與劈裂強(qiáng)度與疲勞壽命之間的擬合關(guān)系

4 結(jié)論

a.礦料級配對排水性瀝青混合料空隙率有顯著影響，9.5、4.75、2.36 mm這3種篩孔通過百分率與空隙率的相關(guān)性最好。隨著空隙率增大，排水性瀝青混合料的動穩(wěn)定度、車轍變形量均呈先增大后減小的變化趨勢，在20%～21%空隙率下動穩(wěn)定度達(dá)到峰值。排水性瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變、浸水馬歇殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比及各應(yīng)力水平下的疲勞壽命隨著空隙率增大而減小。

b.CT測算空隙率與蠟封法實測空隙率直接線性擬合關(guān)系良好，在18.2%～24.1%空隙率范圍內(nèi)，排水性瀝青混合料空隙體積測算的平均空隙直徑為6.8～10.3 mm，表面積測算的平均空隙直徑為8.8～13.4 mm，空隙率由18.2%增大至24.1%，空隙體體積測算的平均空隙直徑增大了51.5%，空隙表面積測算的平均空隙直徑增大了52.3%。

c.排水性瀝青混合料混合料內(nèi)部直徑小于1 mm的空隙數(shù)量占總空隙數(shù)量的5%以下，直徑4～8 mm空隙數(shù)量占總空隙數(shù)量的65%以上，直徑大于4 mm的空隙數(shù)量占總空隙數(shù)量的75%以上，直徑4～16 mm位于平均空隙直徑附近的空隙占總空隙數(shù)量的72%以上。

d.排水性瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變、疲勞壽命均與平均空隙直徑之間有良好的線性關(guān)系，滲水系數(shù)隨平均空隙直徑增大呈二次函數(shù)關(guān)系增大。