高溫多雨區排水瀝青路面排水優化設計探究

胡財軍

（廣東交科檢測有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

高溫多雨區具有降雨量較大、環境溫度較高的特點。在該環境條件下，雨水大量滲入后集料顆粒的表面會形成水膜，使集料之間的摩擦力降低，瀝青和集料之間的黏結性會受到破壞，發生松散現象，進而降低集料之間的整體性；同時，在高溫作用下，瀝青路面受到車輛循環碾軋后會發生永久變形，出現車轍、鼓包等情況，導致瀝青路面的耐久性和穩定性面臨較大挑戰。因此，我國高溫多雨地區在公路修建時，須重點考慮瀝青路面的耐高溫性和排水性能。排水瀝青路面也稱作多孔瀝青路面，該類路面采用多孔瀝青混合料作為面層，同時將具有較高防水性的黏結層鋪設在面層下方，以保證在降雨時路面積水可通過混合料之間的孔隙排出，確保高效排水，避免面層積水滲透至下層結構中。排水瀝青路面具有一個顯著特征，即孔隙率很高，通常情況下大于15%，該類路面能夠快速完成雨水排出，從而提升瀝青路面的抗滑性；并且，其較大的孔隙率可降低車輛通過時產生的輪胎噪音。該類路面在具有上述優勢的情況下，也面臨一定不足：由于其孔隙率較大，孔隙內容易存在堵塞現象；受溫度及空氣等因素影響后，會加速瀝青的老化，路面容易發生掉粒等情況。因此，為保證瀝青路面排水效果的同時，保證其耐久性及耐高溫性，須對瀝青排水路面做優化設計。本文以南方典型高溫多雨地區的公路為例，展開相關瀝青排水路面優化探究，為相關工程提供可靠參考。

1 排水瀝青路面排水優化設計

1.1 研究區域概況

為優化高溫多雨區排水瀝青路面排水效果及耐高溫性，本文以我國江西省某地區為研究區域。該區域屬于亞熱帶季風性氣候，年均降雨量在1400mm以上，且該地區氣候較為濕熱，因此，對于瀝青路面的排水性和耐高溫性需求標準較高。

本文以該地區的某改建高速公路為例，開展排水瀝青路面排水優化設計，在實際試驗時，選擇該公路中一段長度為1.5m的路段完成。該路段為雙向四車道，本文試驗采用雙層排水瀝青路面優化設計，上面層PAC-13采用SBS改性瀝青，下面層PAC-20采用改性瀝青，設計方案如圖1所示。

圖1 雙層排水瀝青路面優化設計方案

1.2 原材料

在雙層排水瀝青路面優化設計時，瀝青路面所需的原材料包括瀝青、粗集料、細集料、填料及HVA改性添加劑，其中，HVA改性添加劑的主要作用是對瀝青進行改性。改良后瀝青的相關參數如表1所示。

表1 改良后瀝青的相關參數

在選擇雙層排水瀝青路面設計方案中的粗集料時，應按照均勻、干燥、潔凈的標準進行篩選。選擇的粗集料中不能含有風化顆粒，且最大程度避免其中存在針片狀顆粒，粗集料還須具備較好的強度和耐久性。

細集料的選擇標準和粗集料一致，在該標準的基礎上，須保證細集料不存在雜質，和瀝青之間的黏結性良好。選擇細集料時，須保證顆粒形狀較好、2.36mm的通過率應超過90%。

填料也是雙層排水瀝青路面設計的重要組成部分。本文試驗中采用的填料為石灰巖礦粉，該填料在使用前需采用密封保存，避免其受潮。正常情況下，在使用過程中石灰巖礦粉的添加量約為45%。

1.3 雙層排水瀝青路面測試試件制備

1.3.1 雙層排水瀝青混合料配合比計算

依據上述選擇的原材料制備雙層排水瀝青路面樣本，在制備前，須確定雙層排水瀝青混合料的配合比，配合比將直接影響瀝青路面的應用效果。因此，為確定合理的配合比，試驗采用改進的CAVF體積法和工業CT掃描技術相結合，完成雙層排水瀝青混合料配合比設計。

改進的CAVF體積法原理為粗集料骨架間隙率Vmix等于細集料、填料及改性瀝青混合料孔隙率體積的總和。因為粗集料和細集料表面均存在一定孔隙，瀝青包裹在集料表面后，集料會吸收一定的瀝青。該方法的計算公式為：

式中：：qf、qp、qc均均表示質量百分比，依次對應細集料、填料及粗集料；三種材料的相對密度依次分別用表示表示細集料、填料及改性瀝青混合料的孔隙率；Vbe表表示改性瀝青的有效體積。

改進的CAVF體積法核心是計算粗細兩種集料在礦料整體重量中的占比，，γf、γp、γs的數值可通過相關測試得出；依據qf和qc可確定Vmix的數值，文中為保證Vmix解算結果的可靠性，采用工業CT-233設備掃描混合料試件，以便更為精準完成Vmix的計算。設備相關性能參數如表2所示。

表2 工業CT-233 設備相關性能參數

掃描混合料模型時，依據設備發射的X射線強度獲取投影數據圖像，由于瀝青混合料具有非均勻性特點，因此X射線在掃描過程中，會呈現不同程度的衰減。如果該射線射出強度和入射強度分別用和和表示，其穿透瀝青混合料的投影用A表示，掃描公式為：

依據上述方法確定3種雙層排水瀝青混合料的配合比，詳情如表3所示。

表3 雙層排水瀝青混合料的配合比詳情

1.3.2 雙層排水瀝青路面混合料試件制備關鍵技術

依據表3中的配合比制備3種瀝青混合料，完成雙層排水瀝青路面優化施工。在施工過程中，瀝青混合料的攤鋪速度需控制在2m/min～3m/min范圍內，且保證攤鋪時混合料的溫度大于155℃、搭接寬度不可低于10cm且不可大于20cm，松鋪系數設定為1.2。

鋪設時采用靜壓施工瀝青路面，使用設備為鋼輪，靜壓速度為2km/h～3km/h，結合該工程實際情況，設定靜壓次數為5次，在靜壓過程中初始靜壓溫度須大于155℃。完成5次循環靜壓后，采用膠輪碾壓，該過程中須保證混合料的溫度在70℃～90℃，碾壓速度為4km/h左右，碾壓次數為兩次。

碾壓完成后，采用鋼輪靜壓收光，完成3種配合比混合料的雙層排水瀝青路面試件制備，三種試件分別用S1、S2、S3表示，其尺寸均為50cm×50cm×35cm。

2 實驗結果分析

通過上述內容完成S1、S2、S3的制備后，測試3種試件的性能，分析其對雙層排水瀝青路面的優化效果。基于高溫多雨地區實際情況，重點針對路面的水穩定性和高溫穩定性開展試驗分析。

試驗按照我國《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T190-2012）的要求，如表4所示。

表4 試驗檢測標準

2.1 水穩定性分析

馬歇爾殘留穩定度是在保證排水性的前提下，分析路面的水穩定性，主要是將試件浸泡在指定溫度的水中，獲取標準馬歇爾（浸泡時間為30min）結果和浸水馬歇爾（浸泡時間為48h）結果，兩者的比值為馬歇爾殘留穩定度。

獲取3種試件在不同水溫下的馬歇爾殘留穩定度結果，如表5所示。

表5 不同水溫下的馬歇爾殘留穩定度結果（%）

分析表5的測試結果得出：將S1、S2、S3試件分別置于不同溫度的水中，3種試件的馬歇爾殘留穩定度均在80%以上，均滿足應用標準。其中S2的馬歇爾殘留穩定度值最高，達到96.8%，S1和S3的馬歇爾殘留穩定度最高值分別為96.2%和94.2%，應用后均可保證路面的水穩定性。

高溫穩定性是衡量瀝青路面耐久性的重要指標，由于瀝青路面在高溫環境下，隨著車輛循環作用次數的不斷增加，路面會形成車轍，并發生不同程度的變形，其平整度及安全性會降低。因此，對于高溫多雨地區而言，瀝青路面的高溫穩定性尤為重要。測試S1、S2、S3試件在不同溫度下的動穩定度Ψ，其計算公式為：

式中:d2表示t2時刻的變形量:d1表示t1小時刻的變形量:N表示車輪循環碾壓速度，文中設定其取值為42次/min:C1和C2均表示系數.前者對應試件.后者對應測試機器，兩者的取值設為1 .0,依據公式(4)計算S1. S2. S3試件在不同溫度下的動穩定度結果，如表6所示。

表6 不同溫度下試件的動穩定度測試結果（次/mm）

2.2 高溫穩定性分析

分析表6測試結果可得：隨著測試環境溫度逐漸增加，S1、S2、S3試件在車輪循環輾軋下，動穩定度Ψ結果均在1000次/mm以上。其中S1的動穩定度Ψ結果最高達到3204次/mm，另外兩個試件的動穩定度Ψ結果最高分別為2506次/mm和2271次/mm。因此，本文試驗設計的雙層瀝青排水路面具有較好的耐高溫穩定性。

綜合上述兩個試驗的測試結果：S1、S2、S3試件的綜合排水性、耐高溫性均滿足路面的優化需求，但是其中綜合性能最佳的為S1，其在高溫多雨地區具有更好的應用性，能更大程度保證路面的排水性和耐久性。因此，采用S1的配合比完成公路排水瀝青路面優化設計，可提升瀝青路面的耐久性和使用壽命。

3 結束語

為保證高溫多雨地區路面的排水性、高溫穩定性，提升瀝青路面使用壽命，本文試驗以某高溫地區的高速公路為例，探究排水瀝青路面排水優化方案，該方案主要采用雙層排水設計，并對瀝青進行改性，同時設計不同的配合比試樣，并對各個試樣的相關性能展開試驗分析，確定了最佳的優化方案，為相關工程的設計和優化提供了可靠參考。