多孔排水瀝青路面長期性能衰變規律研究

謝華杰　廖梓材

摘要：多孔排水瀝青路面的長期性能是指導路面施工和預防性養護的關鍵要素。文章對OGFC-13和PAC-13兩種排水瀝青混合料的初始性能和長期性能進行研究，并與普通SMA-13瀝青混合料性能進行對比，重點考察了瀝青路面的擺值、構造深度、滲水系數、動穩定度等指標，得到了相關指標隨路面服役年限的變化趨勢。結果表明，PAC-13排水瀝青路面的抗滑性能和高溫抗車轍性能優于OGFC-13瀝青路面，而在滲水性能方面，OGFC-13瀝青路面更具優勢。

關鍵詞：排水路面；瀝青混合料；抗滑性；滲水性能

0引言

排水瀝青路面是一種空隙率在20%左右的骨架-空隙開級配瀝青混合料路面結構，常用于對路面排水特性有特定要求的路段，如隧道洞口、過水路段等。現有的排水瀝青混合料主要有OGFC、PAC等，使用程度較廣。排水瀝青路面在長期的服役過程中，受路面重車荷載、瀝青混合料老化等因素影響，會堵塞混合料空隙，導致排水性能和抗滑性能降低［1-3］。因此，在研究排水瀝青混合料性能的同時除了考量混合料初始的路用性能、滲水性能外，還要對其長期性能衰變規律進行探究［4-5］。塵福濤等［6］對“老、中、新”3種不同服役時長的排水路面進行調研，對其排水功能、路面平滑度、降噪系數等指標進行跟蹤觀測，但未對排水瀝青路面的路用性能指標進行評估；趙付安等［7］通過對OGFC-13和SMA-13兩種不同路面結構的長期性能進行研究，并重點探究了抗滑性能和感溫性能；汪繼平等［8］對某排水瀝青路面的長期性能進行研究，并提出了增強排水瀝青路面性能的建議措施。然而，相關研究還存在對不同類型排水瀝青路面長期性能對比研究不充分，長期性能跟蹤考量不全面的情況［9-10］。本文對OGFC、PAC、SMA三[JP4]種瀝青路面結構的長期性能進行試驗研究，為排水路面長期性能衰變規律研究提供數據支撐，為排水路面實際工程提供參考案例。

1 路面結構與材料

1.1 路面結構

為研究不同排水路面結構瀝青混合料的長期性能，研究采用實地調研和長期觀測的方式對不同服役年限的OGFC-13、PAC-13兩種上面層排水瀝青混合料進行試驗數據采集，并用SMA-13常規瀝青混合料作為對照組進行數據對比分析。采用對比的3種不同路面結構為某高速公路的不同路段，其服役環境接近，交通流量和車輛荷載也基本一致，具有較強的對比參照性。三種不同路面結構及其層厚如表1所示。

1.2 瀝青

由于排水瀝青路面對瀝青的粘結性能要求較高，故OGFC-13、PAC-13瀝青路面采用的瀝青為高黏改性瀝青，而SMA-13路面采用的瀝青為SBS改性瀝青，其瀝青性能如表2所示。

1.3 集料

研究采用的上面層瀝青混合料粗細集料均為玄武巖集料，具有硬度高、磨耗率低的特點。填料采用石灰巖礦粉。玄武巖集料的各類性能如表3所示。

1.4 配合比設計

3種不同類型瀝青混合料的配合比設計曲線如圖1所示。根據3種不同瀝青混合料的配合比設計曲線進行混合料的拌和，其中，OGFC-13、PAC-13、SMA-13級配混合料的油石比分別為5.4%、4.9%和6.0%。

2 瀝青混合料初始性能研究

對3種瀝青混合料的試驗室初始性能和路面服役的長期性能進行研究，其初始性能試驗結果如表4所示。

如表4所示，兩種排水瀝青混合料的性能與傳統SMA-13瀝青混合料存在較大差異，具體表現在空隙率、析漏損失、飛散損失、滲水系數等方面。總體而言，SMA-13瀝青混合料的空隙率在4%～5%，遠低于排水瀝青混合料20%左右的空隙率，對其性能產生最直接影響的是滲水系數，僅達到16.5 mL/min，而排水瀝青路面可達到6 000 mL/min左右。在馬歇爾穩定度、水穩定性、高溫穩定性方面，SMA-13瀝青混合料的性能要優于排水瀝青混合料，尤其是在高溫穩定性方面，SMA-13瀝青混合料60 ℃動穩定度達到8 635次/mm，具有較強的抗車轍性能。排水瀝青路面在提高混合料空隙率的同時，使骨架嵌擠結構作用凸顯，排水效果顯著，但隨著長期的水損傷，骨料易產生離析、剝落，進而降低混合料的抗車轍性能。因此，除了考慮排水路面的長期排水性能外，還需要多維度探究排水瀝青路面長期性能衰變規律。

3 瀝青混合料長期性能研究

3.1 抗滑性能

研究通過路面擺值（BPN）和構造深度（TD）兩個指標來評價瀝青路面的抗滑性能，分別對3種不同瀝青路面結構路段在不同服役時長下的數據進行現場采集匯總分析，結果如表5、下頁表6和圖2、下頁圖3所示。

由表5、表6和圖2、圖3可知，隨著瀝青路面服役年限的增加，瀝青路面的擺值和構造深度逐漸下降。其中，PAC-13的擺值最大，SMA-13的擺值最小，其主要原因是瀝青瑪蹄脂（SMA）具有高含量粗集料、高含量礦粉、較大瀝青用量，路面的壓實度較高，路表空隙率較低，但對于普通瀝青路面而言符合規范要求的擺值≥45。而排水瀝青路面的空隙率大，集料的粗糙度較大，對于大空隙開級配混合料而言，規范要求其擺值≥52，服役兩年的AC-13和OGFC-13兩種瀝青路面的擺值滿足路用要求，但PAC-13瀝青混合料的擺值整體優于OGFC-13。其主要原因是OGFC-13瀝青混合料的油石比要大于PAC-13，如果采用較大的瀝青含量，在長期的路面荷載和高溫炙烤過程中會使老化瀝青遷移到道路面層，同時會使面層的抗滑性能下降，擺值減小。

PAC-13瀝青路面早期的構造深度低于OGFC-13，但隨著瀝青路面服役年限的增加，PAC-13長期的構造深度要大于OGFC-13，這說明PAC-13瀝青混合料的抗滑性能優于OGFC。此外，SMA-13瀝青混合料的構造深度遠低于排水瀝青路面，其主要原因是，[JP4]排水路面的骨架結構混合料，其內部空隙較大，尤其是在路面壓實后仍存在一定的路表空隙，因此，排水瀝青路面的構造深度普遍較大，但隨著路面車輛的荷載作用，會使部分空隙堵塞或壓實變形，從而導致構造深度在一定程度上下降。

3.2 滲水系數

滲水系數是評價排水路面排水效果的關鍵參數。分別對OGFC-13和PAC-13兩種瀝青混合料路段進行長期的滲水試驗跟蹤觀測。試驗結果如表7和圖4所示。

由表7和圖4可知，隨著排水瀝青路面服役年限的增加，OGFC-13和PAC-13兩種瀝青混合料的滲水系數不斷降低，其主要原因是隨著車流的長期荷載作用，混合料中的大空隙結構逐漸受到外部荷載而產生壓縮變形，混合料中的貫通空隙率逐漸降低。此外，路面長期的灰塵、雜質沉淀，亦會造成混合料內部空隙率的堵塞。但從滲水系數隨服役年限的變化規律來看，在排水瀝青路面投入使用早期，滲水性能下降趨勢較快，但當其服役時間達到一定年限時，滲水系數整體保持穩定，當其服役2年時，混合料的滲水系數仍舊滿足排水瀝青路面要求的≥3 600 ml/min。相較于PAC-13瀝青混合料，OGFC-13瀝青混合料的滲水系數要更大，說明其滲水性能較好。其主要原因是OGFC-13瀝青混合料的空隙較大，因此其內部有效貫通的空隙也更大，在雨水天氣條件下，瀝青路面的排水效果更佳。

3.3 高溫抗車轍性能

以往[JP4]研究常通過滲水試驗和抗滑試驗對排水路面的長期性能進行分析，但二者主要還是瀝青路面面層研究指標。本文對服役2年后的3種不同瀝青路面結構混合料進行原位切割取樣，并進行抗車轍試驗，采用動穩定度度來評估混合料的高溫抗車轍性能。試驗結果如表8和圖5所示。

由表8和圖5可知，SMA-13瀝青混合料初始和長期的動穩定度性能要高于排水瀝青路面。其主要原因是SMA-13瀝青混合料屬于懸浮密實結構，內部骨料和膠漿填充密實，空隙率小，在車輛的長期荷載作用下，其內部結構損傷和變形的能力較低，因此具有較好的高溫穩定性。OGFC-13排水路面初始的動穩定度為7 636次/mm，在經過兩年服役后降低為6 853次/mm，下降幅度達到23.35%；PAC-13瀝青混合料初始穩定度由7 896次/mm降低為7 165次/mm，下降幅度達到15.64%。總體而言，PAC-13瀝青混合料的高溫穩定性和抗車轍能力要優于OGFC-13瀝青混合料，其主要是因為OGFC瀝青混合料的油石比較高，在高溫環境下易使得內部瀝青結構產生蠕變，進而造成內部結構的失穩。

4 結語

本文選取OGFC-13和PAC-12兩種排水瀝青路面進行性能研究，并與傳統的SMA-13瀝青路面進行對比，得到如下結論：

（1）從瀝青混合料的初始性能來看，OGFC-13與PAC-13排水瀝青路面的滲水系數、空隙率遠高于SMA-13瀝青混合料，但動穩定度、水穩定性低于SMA-13瀝青混合料。

（2）隨著瀝青路面服役時間的增加，3種不同路面結構的瀝青混合料的路面擺值和構造深度逐漸降低，路面抗滑性能下降。其中，PAC-13瀝青路面的抗滑性能最優，服役2年后擺值達到57.8，構造深度達到2.08 mm，抗滑性能符合規定要求。

（3）[JP4]隨著瀝青路面服役時間的增加，兩種排水路面結構的瀝青混合料滲水系數呈快速降低到趨于穩定的趨勢。其中，OGFC-13瀝青混合料的滲水性能最優，服役2年后滲水系數達到4 963.5 ml/min，排水效果符合規定要求。

（4）隨著瀝青路面的服役時間增加，3種不同路面結構的瀝青混合料動穩定度下降，其中SMA-13瀝青混合料的動穩定度最高達到7 835次/mm，但高溫穩定性能衰減幅度最小的是PAC-13排水瀝青路面。

參考文獻：

［1］官志桃，李金鳳，王東敏，等.基于數字圖像的排水瀝青路面抗滑性能衰變研究［J/OL］.武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2023（5）：908-914.

［2］徐光霽，徐書東，馬 濤，等.石灰巖排水瀝青混合料空隙率衰變與綜合性能研究［J］.公路，2022，67（12）：60-66.

［3］巫星德，龍世煜，蘇興康，等.SBS高黏改性瀝青在大孔隙混合料中的應用性能研究［J］.西部交通科技，2022（7）：10-14.

［4］何 熹.排水瀝青路面（PAC-13）在沿海多雨地區高速公路的應用［J］.西部交通科技，2021（4）：55-58.

［5］張增平，陳俐企，黃 婷，等.用于排水瀝青路面的高黏度改性瀝青的制備及性能［J］.長安大學學報（自然科學版），2023，43（1）：1-9.

［6］塵福濤，趙立東，劉 帆，等.排水瀝青路面長期性能觀測與評價［J］.科技和產業，2021，21（8）：301-306.

［7］趙付安，白子玉，許 斌，等.排水瀝青路面和SMA路面性能對比研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2020，16（6）：130-135.

［8］汪繼平，廉向東，范勇軍，等.南友高速公路排水瀝青路面長期性能調查與評價［J］.中外公路，2020，40（3）：80-84.

［9］陳 劍，陳 杰，王 彬.排水瀝青混合料PAC-13材料組成設計研究［J］.西部交通科技，2020（6）：4-7.

［10］劉國華，唐江龍.排水瀝青混凝土路面在廣西高速公路中的應用［J］.西部交通科技，2018（9）：10-14.

作者簡介：謝華杰（1989—），工程師，主要從事路橋施工工作。