孔隙率對(duì)PAC瀝青混合料路用性能的影響研究

作者簡(jiǎn)介：

韋林杰（1974—），工程師，主要從事公路工程施工技術(shù)管理工作。

摘要：為研究不同孔隙率對(duì)PAC瀝青混合料路用性能的影響，文章采用馬歇爾擊打儀和輪碾儀來(lái)調(diào)整PAC瀝青混合料的孔隙率，對(duì)不同孔隙率PAC瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能以及水穩(wěn)定性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：孔隙率選擇4%時(shí)混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最大、車轍變形量最小，此時(shí)PAC瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能較好;孔隙率選擇4%時(shí)PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變達(dá)到最大值，超過(guò)4%后PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變開(kāi)始大幅度減小;增大孔隙率可以增大PAC瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比，從而有效提升PAC瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。綜合來(lái)看，對(duì)于PAC瀝青混合料路用性能而言，混合料的孔隙率控制在4%左右較為適宜。

關(guān)鍵詞：PAC瀝青混合料;孔隙率;路用性能;影響

中國(guó)分類號(hào)：U416.03A180664

0 引言

近年來(lái)，透水瀝青混合料因具有良好的抗滑性、舒適性以及透水、透氣性，逐漸在我國(guó)公路、橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。然而透水瀝青混合料在瀝青路面結(jié)構(gòu)具體使用過(guò)程中，由于受到配合比設(shè)計(jì)不合理或質(zhì)量控制不嚴(yán)格等因素的影響，導(dǎo)致部分項(xiàng)目在通車運(yùn)營(yíng)后，出現(xiàn)車轍、開(kāi)裂及水損傷等病害[3-4]。因此，研究透水瀝青混合料的配合比和參數(shù)設(shè)計(jì)具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)透水瀝青混合料的路用性能展開(kāi)了大量研究，如王玉林等[5]通過(guò)在透水瀝青混合料中引入木質(zhì)素纖維可明顯改善混合料的水穩(wěn)性、高溫性能、低溫抗裂性能以及抗滑性能，且木質(zhì)素纖維最佳摻量為0.02%;王志峰等[6]針對(duì)交通荷載日益加重條件下透水瀝青混合料容易產(chǎn)生早期變形，且使用年限通常達(dá)不到設(shè)計(jì)使用年限等問(wèn)題，通過(guò)在透水瀝青混合料中加入高黏劑有效提升了PAC-13瀝青混合料路用性能;于保陽(yáng)等[7]為將透水性瀝青混凝土路面應(yīng)用于東北季凍區(qū)，對(duì)大油石比條件下的透水瀝青混合料進(jìn)行高溫、低溫、水穩(wěn)定性能和滲水系數(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)大油石比條件下的透水瀝青混合料的高溫性能稍有下降，但低溫性能和水穩(wěn)定性能明顯提高;徐洪躍[8]針對(duì)PAC-10和PAC-13透水性瀝青混合料的空隙分布特性及透水性能進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)PAC-13透水瀝青混合料的有效空隙率百分比均顯著大于PAC-10，但PAC-10透水瀝青混合料較PAC-13具有更好的水穩(wěn)定性和低溫性能，而高溫性能相對(duì)較差。上述研究主要針對(duì)外摻劑、油石比以及級(jí)配等參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)透水瀝青混合料路用性能的影響，而關(guān)于孔隙率對(duì)透水瀝青混合料路用性能的影響研究還有待進(jìn)一步提升。基于此，本文通過(guò)馬歇爾擊打儀和輪碾儀控制透水瀝青混合料的孔隙率，研究了不[JP+1]同孔隙率對(duì)透水瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律。

1 原材料

（1）瀝青：試驗(yàn)采用90#基質(zhì)瀝青，經(jīng)檢測(cè)得到其主要性能指標(biāo)如表1所示。

（2）粗細(xì)集料：透水瀝青混合料中粗集料作為主要支撐骨架結(jié)構(gòu)，占比一般在70%以上。本次試驗(yàn)選用玄武巖碎石作為粗集料，其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。細(xì)集料采用玄武巖細(xì)粉，其表觀相對(duì)密度為2.71 g/cm3，含泥量為1.3%，砂當(dāng)量為56.3%。

（3）礦粉：針對(duì)透水瀝青混合料的大孔隙結(jié)構(gòu)，礦粉選擇粘附性較強(qiáng)的石灰?guī)r憎水性礦粉，其主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

2 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案

2.1 配合比設(shè)計(jì)

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)來(lái)確定PAC瀝青混合料的配合比，選用級(jí)配類型為AC-13級(jí)配，混合料最佳油石比為5.1%，外摻劑摻量為0.3%。PAC瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配如表4所示。

2.2 試驗(yàn)方案

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG-20-2011）的要求，采用馬歇爾擊實(shí)儀和輪碾儀，通過(guò)調(diào)整擊打次數(shù)和碾壓次數(shù)來(lái)控制PAC瀝青混合料的孔隙率。分別制備孔隙率為2%、4%、6%、8%及10%的PAC瀝青混合料試件，并針對(duì)不同孔隙率試件的路用性能進(jìn)行綜合分析。試件擊實(shí)次數(shù)與孔隙率關(guān)系如表5所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG-20-2011）中的標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)PAC瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，主要測(cè)試混合料的高溫抗車轍能力以及配合比設(shè)計(jì)的合理性。試驗(yàn)針對(duì)孔隙率分別為2%、4%、6%、8%以及10%的PAC瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度和車轍變形量進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下頁(yè)圖1所示。

根據(jù)圖1可知，隨著孔隙率由2%增至10%，PAC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈先增大后減小趨勢(shì)變化。當(dāng)孔隙率由2%增至4%時(shí)，PAC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度由3 958次/mm增至4 625次/mm，增幅為16.8%，且當(dāng)孔隙率為4%時(shí)PAC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到最大值，而當(dāng)孔隙率超過(guò)4%后PAC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度開(kāi)始大幅度減小。隨著孔隙率由2%增至10%，PAC瀝青混合料的車轍變形量呈先減小后增大趨勢(shì)變化。當(dāng)孔隙率由2%增至4%時(shí)，PAC瀝青混合料的車轍變形量由2.3 mm減小至2 mm，減幅為13%，且當(dāng)孔隙率為4%時(shí)PAC瀝青混合料的車轍變形量為最小值，而當(dāng)孔隙率超過(guò)4%后PAC瀝青混合料的車轍變形量開(kāi)始大幅度提升。綜合來(lái)看，孔隙率過(guò)大會(huì)導(dǎo)致PAC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不足以及車轍變形量過(guò)大，從而無(wú)法保證PAC瀝青結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性能，當(dāng)孔隙率選擇4%時(shí)混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最大、車轍變形量最小，此時(shí)PAC瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能較好。

3.2 低溫抗裂性

PAC瀝青混合料屬于柔性結(jié)構(gòu)，溫度的變化對(duì)于混合料低溫抗裂性影響較大。試驗(yàn)采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG-20-2011）中的低溫彎曲試驗(yàn)與低溫飛散試驗(yàn)方法，對(duì)孔隙率分別為2%、4%、6%、8%以及10%的PAC瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，隨著孔隙率由2%增至10%，PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。當(dāng)孔隙率由2%增至4%時(shí)，PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變由3 148 μ增至3 296 μ，增幅為4.7%，且當(dāng)孔隙率為4%時(shí)PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變達(dá)到最大值，而當(dāng)孔隙率超過(guò)4%后PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變開(kāi)始大幅度減小。隨著孔隙率由2%增至10%，PAC瀝青混合料的彎曲勁度模量不斷減小。當(dāng)孔隙率由2%增至6%時(shí)，PAC瀝青混合料的彎曲勁度模量減小幅度較大，平均減幅為8.6%;當(dāng)孔隙率由6%增至10%時(shí)，PAC瀝青混合料的彎曲勁度模量減小幅度相對(duì)較小，平均減幅為2.2%，說(shuō)明孔隙率超過(guò)6%后對(duì)于PAC瀝青混合料彎曲勁度模量的影響會(huì)有所下降。綜合來(lái)看，孔隙率過(guò)大會(huì)降低PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量，從而無(wú)法保證PAC瀝青結(jié)構(gòu)的低溫抗裂性能。結(jié)合孔隙率對(duì)PAC瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量的影響來(lái)看，PAC瀝青混合料孔隙率選擇4%較為適宜。

3.3 水穩(wěn)定性

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG-20-2011）中的浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)PAC瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，主要測(cè)試混合料受水的破壞后是否出現(xiàn)剝落現(xiàn)象以及是否具備抗水損害能力。試驗(yàn)針對(duì)孔隙率分別為2%、4%、6%、8%以及10%的PAC瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3可知，PAC瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨著孔隙率的增大而不斷增大。其中孔隙率由2%增至8%時(shí)，PAC瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度增幅相對(duì)明顯，而孔隙率由8%增至10%時(shí)，PAC瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度增幅相對(duì)較小，原因是PAC瀝青混合料的孔隙率越大，越利于混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水分排出，減少了水分在混合料的內(nèi)部停留時(shí)間。隨著孔隙率由2%增至10%，PAC瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比不斷增大。當(dāng)孔隙率由2%增至6%時(shí)，PAC瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比增幅相對(duì)較大，平均增幅在5.3%左右;當(dāng)孔隙率由6%增至10%時(shí)，PAC瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比增幅相對(duì)較小，平均增幅在2.8%左右，說(shuō)明孔隙率的增大可以有效增大PAC瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比，但孔隙率超過(guò)6%后增幅效果會(huì)有所下降。綜合來(lái)看，PAC瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均會(huì)隨著孔隙率的增大而增大，增大孔隙率可以有效提升PAC瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)馬歇爾擊打儀和輪碾儀制備不同孔隙率的PAC瀝青混合料試件，并針對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能以及水穩(wěn)定性能進(jìn)行對(duì)比分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）當(dāng)孔隙率<4%時(shí)，PAC瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不斷增大，車轍變形量則逐漸減小;當(dāng)孔隙率>4%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度開(kāi)始大幅下降，且車轍變形量逐漸增大。

（2）孔隙率>4%后PAC瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變開(kāi)始大幅度減小，>6%后對(duì)于PAC瀝青混合料彎曲勁度模量的影響會(huì)有所下降。結(jié)合孔隙率對(duì)PAC瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量影響來(lái)看，PAC瀝青混合料孔隙率選擇4%較為適宜。

（3）PAC瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均會(huì)隨著孔隙率的增大而增大，說(shuō)明增大孔隙率可以有效提升PAC瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘萬(wàn)南，馬國(guó)勇，林云騰，等.多因素影響下透水瀝青面層壓實(shí)工藝研究[J].福建建設(shè)科技，2020（5）：33-35.

[2]林海榕.透水瀝青混合料動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)研究[J].上海公路，2020（2）：91-93，106，129.

[3]戴 勇，周 炳，趙凌鷗，等.大粒徑透水瀝青路面配合比設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)[J].工程技術(shù)研究，2020，5（2）：19-20.

[4]朱勝標(biāo).透水瀝青混凝土路用性能及施工技術(shù)研究[J].北方交通，2019（6）：52-55，58.

[5]王玉林，盧 東，徐 寧.木質(zhì)素纖維對(duì)再生透水瀝青混合料路用性能研究[J].公路，2021，66（2）：52-56.

[6]王志峰，白曉茹.摻高黏劑透水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及性能研究[J].福建交通科技，2020（3）：52-55.

[7]于保陽(yáng)，高 超，張榮華，等.東北季凍區(qū)透水性瀝青混合料路用性能驗(yàn)證[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，35（3）：479-486.

[8]徐洪躍.透水瀝青混合料透水特性及路用性能研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，37（6）：42-47，75.

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