凍融循環(huán)作用下瀝青混合料滲透性能的研究

焦華麗

林同棪國(guó)際工程咨詢（中國(guó)）有限公司，重慶 401121

我國(guó)季節(jié)性冰凍地區(qū)約占我國(guó)領(lǐng)土面積的75%以上［1］，而凍融循環(huán)作用普遍發(fā)生在季凍區(qū)的瀝青路面中。隨著溫度的降低，內(nèi)部水分凍結(jié)并發(fā)生體積膨脹，在瀝青混合料內(nèi)部及空隙間產(chǎn)生巨大的凍脹力，破壞了瀝青混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)［2］；溫度升高，混合料內(nèi)部水分融化，水分的遷移加速凍融損傷的演化，不斷使瀝青混合料性能衰減，引發(fā)路面松散、坑槽等病害［3］。而瀝青混合料作為一種多孔介質(zhì)，其滲透特性是固有的屬性。凍融循環(huán)作用下，增大的聯(lián)通空隙率從根本上改變了瀝青混合料的滲透特性［4］。為此本文結(jié)合凍融循環(huán)試驗(yàn)與滲透試驗(yàn)，開(kāi)展凍融循環(huán)作用下瀝青混合料滲透特性的研究。

1 原材料

試驗(yàn)所用石料為地產(chǎn)安山巖，其毛體積相對(duì)密度為2.758，表觀相對(duì)密度為2.775，吸水率為0.77%，其滿足瀝青路面用石料的技術(shù)要求。

填料采用地產(chǎn)安山巖質(zhì)礦粉，其表觀相對(duì)密度為2.629，含水量為0.91%，滿足規(guī)范要求。

瀝青材料選用基質(zhì)90#瀝青，測(cè)試技術(shù)指標(biāo)為：25℃針入度為91.2（0.1mm）；軟化點(diǎn)為48℃；15℃延度大于100cm。

瀝青混合料的級(jí)配參照《公里瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》推薦的級(jí)配曲線中值，選取AC 級(jí)配，SMA 級(jí)配以及OGFC 級(jí)配，平行件個(gè)數(shù)為3 個(gè)，其試件成型方式為擊實(shí)成型，試件直徑為100mm±0.25mm，高度為63.5mm±1.3mm。其三種級(jí)配的空隙率參數(shù)為：AC 級(jí)配試件平均空隙率3.9%，SMA 級(jí)配平均空隙率4.2%，OGFC 級(jí)配平均空隙率10.3%。

2 試驗(yàn)方法

凍融循環(huán)試驗(yàn)參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行，其具體實(shí)施方案為：（1）將瀝青混合料在真空度為97.3-98.7kPa 的環(huán)境中進(jìn)行真空飽水15min，然后恢復(fù)常壓后在水中放置0.5h；（2）將試件放在塑料袋中，并加入10mL 的水，在-18℃的環(huán)境中放置16h，進(jìn)行冰凍操作；（3）將試件取出后，放入25℃的水中融化4h。

滲流試驗(yàn)采用瀝青混合料滲透試驗(yàn)裝置開(kāi)展，操作步驟為：（1）將試件的側(cè)壁用玻璃膠進(jìn)行密封，確保試件為不透水狀態(tài)；（2）放入滲透試驗(yàn)裝置中，同樣用玻璃膠密封在試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)；（3）對(duì)試件施加水頭高度，并測(cè)量水穿透試件的流速。

滲透系數(shù)依據(jù)達(dá)西定理測(cè)定，其計(jì)算表達(dá)式見(jiàn)式（1）：

式中：K 為滲透系數(shù)，m/s；Q 為通過(guò)試件的水的流量，m3/s；A 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；L 為滲流路徑長(zhǎng)度，m；Δh為水頭梯度，m。

3 結(jié)果分析

分別對(duì)進(jìn)行0 次、1 次、3 次、5 次凍融循環(huán)作用的瀝青混合料進(jìn)行滲透試驗(yàn)，測(cè)定滲透系數(shù)，對(duì)于3 種不同級(jí)配下的滲透系數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)的演變曲線見(jiàn)圖1 所示。

由圖1 可見(jiàn)，瀝青混合料的滲透系數(shù)隨凍融次數(shù)的增加呈增大的趨勢(shì)。對(duì)于AC 級(jí)配而言，在0 次凍融時(shí)滲透系數(shù)為0m/s，試件完全不透水，隨著凍融次數(shù)的增加，其滲透系數(shù)呈線性增大的趨勢(shì)，在5 次凍融循環(huán)作用后，滲透系數(shù)增大到0.001m/s；對(duì)于SMA 級(jí)配而言，隨著凍融次數(shù)的增大，其滲透系數(shù)呈冪函數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，到5 次凍融循環(huán)之后，其滲透系數(shù)增大為0.003m/s；而OGFC 級(jí)配在初始狀態(tài)便具有較高的滲透系數(shù)，為0.008m/s，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其滲透系數(shù)逐漸增大，在5 次循環(huán)之后，滲透系數(shù)增大到0.010m/s。

圖1 凍融循環(huán)作用下不同級(jí)配瀝青混合料的滲透系數(shù)

SMA 級(jí)配與AC 級(jí)配具有相近的空隙率，但滲流特性的演變存在顯著差異。在0 次凍融循環(huán)時(shí)，二者滲透系數(shù)均為0m/s，為不透水狀態(tài)。隨著凍融次數(shù)的增加，滲透系數(shù)逐漸增大，在5 次凍融循環(huán)作用后，AC 級(jí)配的滲透系數(shù)較3 次凍融循環(huán)作用后，增加了77.3%；SMA 級(jí)配的滲透系數(shù)3 次凍融循環(huán)作用后，增加了248.5%。可見(jiàn)，SMA 級(jí)配的瀝青混合料在凍融循環(huán)的后期對(duì)凍融循環(huán)作用更為敏感。

AC 級(jí)配近似呈線性增長(zhǎng)規(guī)律，SMA 級(jí)配在3 次凍融循環(huán)作用內(nèi)呈線性規(guī)律，在5 次凍融循環(huán)之后，其增長(zhǎng)速率突然變大，轉(zhuǎn)變?yōu)閮绾瘮?shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)；而OGFC 級(jí)配在初始狀態(tài)下便具有較大的滲透系數(shù)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩，5 次凍融循環(huán)次數(shù)后的滲透系數(shù)較3 次凍融循環(huán)僅增加了3.1%。

4 結(jié)論

本文通過(guò)凍融循環(huán)試驗(yàn)與滲透試驗(yàn)相結(jié)合的方式探究了瀝青混合料的滲透系數(shù)在凍融循環(huán)作用下的演變規(guī)律，主要取得以下結(jié)論：

（1）凍融循環(huán)作用破壞了瀝青混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，使可滲透空隙量增大，導(dǎo)致瀝青混合料的滲透系數(shù)隨凍融循環(huán)作用逐漸增大。

（2）OGFC 級(jí)配由于具有較大的空隙率，因此滲透系數(shù)較大，而SMA 級(jí)配與AC 級(jí)配的瀝青混合料其滲透系數(shù)較小。

（3）三種不同級(jí)配的瀝青混合料滲透系數(shù)的演變規(guī)律不同，OGFC 級(jí)配的滲透系數(shù)增長(zhǎng)率隨凍融循環(huán)作用次數(shù)增加而逐漸減小，SMA 級(jí)配呈冪函數(shù)增加，AC 級(jí)配呈線性增加。