級(jí)配對(duì)路面瀝青混合料空隙率的影響研究

馮羽

摘要：文章研究級(jí)配對(duì)路面瀝青混合料空隙率的影響，利用PFC軟件模擬測(cè)試瀝青混合料空隙率，在10m³瀝青混合料空間內(nèi)加入相同體積瀝青和不同比例粗細(xì)集料，對(duì)混合料空隙率進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明，不同級(jí)配情況下，瀝青混合料空隙率有所差異，粗集料具有更高空隙率且排水性更好。

關(guān)鍵詞：級(jí)配;瀝青;混合料;空隙率

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.027

文章編號(hào)1673-4874（2021）01-0098-03

0引言

公路在建設(shè)中不僅要求其結(jié)構(gòu)有著足夠的強(qiáng)度，同時(shí)其路用性能需要能夠提供較高的功能性[1]。道路建設(shè)中，原料以瀝青材料為主，瀝青具有良好的耐久性，而且不溶于水，使用瀝青材料會(huì)受到空隙率等因素影響，導(dǎo)致路面產(chǎn)生低洼積水，還會(huì)因連續(xù)潮濕的陰雨天，在道路上形成水膜，導(dǎo)致路面摩擦系數(shù)變小從而引發(fā)交通事故[2]。同時(shí)，瀝青路面的致密結(jié)構(gòu)降低了熱穩(wěn)定性，由于其較小的表面結(jié)構(gòu)深度使其抗滑性較差。此外，由于路面排水功能與路面性能間的矛盾不斷突出，需要在實(shí)際建造中通過(guò)不斷調(diào)整配料級(jí)配來(lái)調(diào)整瀝青空隙率[3]。瀝青路面的排水功能通過(guò)空隙結(jié)構(gòu)中的大孔隙得以實(shí)現(xiàn)，因此路面性能也與其骨架結(jié)構(gòu)有關(guān)[4]。因此，分析路面瀝青混合料空隙率結(jié)構(gòu)，并研究級(jí)配對(duì)其空隙率的影響，才是解決瀝青混合料使用功能與路面性能矛盾的關(guān)鍵。

1試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)以《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42-2019）、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2019）、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2019）、《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD50-2017）為依據(jù)，使用PFC軟件與中心球擴(kuò)散法相結(jié)合的形式，構(gòu)建“clump”粗集料，利用構(gòu)建的粗集料對(duì)瀝青顆粒進(jìn)行三維空間描述[5]。將瀝青三維空間內(nèi)形狀中心作為球心，以此作為擴(kuò)散主體，根據(jù)瀝青粗集料形狀特征參數(shù)規(guī)定長(zhǎng)軸、中軸和短軸的范圍，編寫(xiě)不同尺寸大小的軸及生產(chǎn)方向，模擬瀝青形狀特性[6]。

試驗(yàn)中，粗集料軸長(zhǎng)參數(shù)如表1所示。

試驗(yàn)按照各種粗集料生產(chǎn)方法篩選出不同體積顆粒，其體積如表2所示。

集料主要試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

1.2試驗(yàn)過(guò)程

由于空隙的形成是由集料相互接觸嵌擠而成，不同集料含量也會(huì)導(dǎo)致瀝青骨架結(jié)構(gòu)不同，骨架內(nèi)呈現(xiàn)出的空隙也會(huì)有所差異[7]。因此，將試驗(yàn)中瀝青混合料尺寸空間設(shè)定為10m³，計(jì)算各參數(shù)如式（1）所示：

（1）

式中：V_Di——第i檔集料所占體積分?jǐn)?shù);

P_Di——當(dāng)I檔集料質(zhì)量為D的通過(guò)百分率;

P_Di+1——當(dāng)i+1檔集料質(zhì)量為D的通過(guò)百分率;

V——測(cè)試試樣的空隙率;

a——測(cè)試試樣的石油比例;

P_c——該標(biāo)準(zhǔn)的集料密度;

P_i——測(cè)試試樣的瀝青密度。

根據(jù)式（1），其礦料級(jí)配參數(shù)如表4所示。

已知瀝青密度為1.03g/cm³，粗集料及細(xì)集料平均密度為1.03g/cm³，根據(jù)試驗(yàn)中最佳瀝青用量為5.0%，得到各檔粗集料所占體積比例見(jiàn)表5。

在同一試驗(yàn)體積瀝青中加入不同比例粗集料，分析對(duì)比各混合料空隙率[8]。

2試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)各檔粗集料體積分?jǐn)?shù)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)各斷面空隙數(shù)量與空隙面積，可得到平均單個(gè)空隙面積、平均斷面空隙個(gè)數(shù)、空隙等效直徑等空隙細(xì)觀參數(shù)。在瀝青混合料內(nèi)部所形成空隙主要包括連通空隙、半連通空隙以及閉口空隙。閉口空隙與外界完全隔離，半連通空隙與外界一端相連，而只有連通空隙能夠順利完成排水過(guò)程。滲水系數(shù)受到空隙率影響，一般空隙率越大，排水能力越強(qiáng)，混合料的滲水系數(shù)也就越好。其試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表6所示。

級(jí)配不同的混合料即使空隙率相同，也導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2019）中的規(guī)定，查驗(yàn)滲水試驗(yàn)要求，不同空隙率及空隙等效直徑與滲水系數(shù)的關(guān)系如圖1所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，粗型級(jí)配滲水系數(shù)最大，細(xì)型級(jí)配滲水系數(shù)最小，粗型細(xì)料嵌擠可形成較大空隙，有利于水分排出。粗型配料不僅增加了瀝青混合料結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙，水分進(jìn)入后更容易連通通道且快速流出，增加了混合料的排水性，且其空隙率直徑與連通空隙率也大于細(xì)料瀝青混合料。

3結(jié)語(yǔ)

瀝青混合料路面水敏感性一直是路面工程界重視的問(wèn)題。影響瀝青混合料路面水敏感性的因素有很多，包括材料性質(zhì)、瀝青混合料性質(zhì)、施工質(zhì)量及交通與環(huán)境條件。但目前對(duì)于瀝青混合料路面滲透性無(wú)法做到有效控制設(shè)計(jì)，因此出現(xiàn)路面空隙率過(guò)大或過(guò)小導(dǎo)致早期破壞等多方面問(wèn)題。為此，通過(guò)級(jí)配對(duì)路面瀝青混合料空隙率的影響研究，得到級(jí)配對(duì)空隙率影響的規(guī)律，為今后研究提供參考。

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