級配對路面瀝青混合料空隙率的影響研究

馮羽

摘要：文章研究級配對路面瀝青混合料空隙率的影響，利用PFC軟件模擬測試瀝青混合料空隙率，在10m³瀝青混合料空間內加入相同體積瀝青和不同比例粗細集料，對混合料空隙率進行試驗分析。結果表明，不同級配情況下，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。

關鍵詞：級配;瀝青;混合料;空隙率

中圖分類號：U416.217文獻標識碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.027

文章編號1673-4874（2021）01-0098-03

0引言

公路在建設中不僅要求其結構有著足夠的強度，同時其路用性能需要能夠提供較高的功能性[1]。道路建設中，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，使用瀝青材料會受到空隙率等因素影響，導致路面產生低洼積水，還會因連續潮濕的陰雨天，在道路上形成水膜，導致路面摩擦系數變小從而引發交通事故[2]。同時，瀝青路面的致密結構降低了熱穩定性，由于其較小的表面結構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，需要在實際建造中通過不斷調整配料級配來調整瀝青空隙率[3]。瀝青路面的排水功能通過空隙結構中的大孔隙得以實現，因此路面性能也與其骨架結構有關[4]。因此，分析路面瀝青混合料空隙率結構，并研究級配對其空隙率的影響，才是解決瀝青混合料使用功能與路面性能矛盾的關鍵。

1試驗準備

1.1試驗對象

試驗以《公路工程集料試驗規程》（JTGE42-2019）、《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40-2019）、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2019）、《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50-2017）為依據，使用PFC軟件與中心球擴散法相結合的形式，構建“clump”粗集料，利用構建的粗集料對瀝青顆粒進行三維空間描述[5]。將瀝青三維空間內形狀中心作為球心，以此作為擴散主體，根據瀝青粗集料形狀特征參數規定長軸、中軸和短軸的范圍，編寫不同尺寸大小的軸及生產方向，模擬瀝青形狀特性[6]。

試驗中，粗集料軸長參數如表1所示。

試驗按照各種粗集料生產方法篩選出不同體積顆粒，其體積如表2所示。

集料主要試驗技術指標如表3所示。

1.2試驗過程

由于空隙的形成是由集料相互接觸嵌擠而成，不同集料含量也會導致瀝青骨架結構不同，骨架內呈現出的空隙也會有所差異[7]。因此，將試驗中瀝青混合料尺寸空間設定為10m³，計算各參數如式（1）所示：

（1）

式中：V_Di——第i檔集料所占體積分數;

P_Di——當I檔集料質量為D的通過百分率;

P_Di+1——當i+1檔集料質量為D的通過百分率;

V——測試試樣的空隙率;

a——測試試樣的石油比例;

P_c——該標準的集料密度;

P_i——測試試樣的瀝青密度。

根據式（1），其礦料級配參數如表4所示。

已知瀝青密度為1.03g/cm³，粗集料及細集料平均密度為1.03g/cm³，根據試驗中最佳瀝青用量為5.0%，得到各檔粗集料所占體積比例見表5。

在同一試驗體積瀝青中加入不同比例粗集料，分析對比各混合料空隙率[8]。

2試驗結論

根據試驗各檔粗集料體積分數結果，統計各斷面空隙數量與空隙面積，可得到平均單個空隙面積、平均斷面空隙個數、空隙等效直徑等空隙細觀參數。在瀝青混合料內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程。滲水系數受到空隙率影響，一般空隙率越大，排水能力越強，混合料的滲水系數也就越好。其試驗結果如下頁表6所示。

級配不同的混合料即使空隙率相同，也導致其內部結構不同。依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2019）中的規定，查驗滲水試驗要求，不同空隙率及空隙等效直徑與滲水系數的關系如圖1所示。

試驗結果表明，粗型級配滲水系數最大，細型級配滲水系數最小，粗型細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構內部空隙，水分進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料瀝青混合料。

3結語

瀝青混合料路面水敏感性一直是路面工程界重視的問題。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、瀝青混合料性質、施工質量及交通與環境條件。但目前對于瀝青混合料路面滲透性無法做到有效控制設計，因此出現路面空隙率過大或過小導致早期破壞等多方面問題。為此，通過級配對路面瀝青混合料空隙率的影響研究，得到級配對空隙率影響的規律，為今后研究提供參考。

參考文獻

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[8]潘艷珠，陳景運.大空隙瀝青混合料空隙特征與滲透性評價[J].廣東公路交通，2019，45（6）：1-5.