關(guān)鍵詞：排水瀝青混合料 | 飛散試驗(yàn) | 析漏試驗(yàn) | 滲透性能 | 試驗(yàn)方法對(duì)比

近年來(lái)，隨著中國(guó)對(duì)路面服務(wù)性能需求的轉(zhuǎn)變，從之前的能夠適應(yīng)氣候條件，滿足交通量、荷載等要求的基本行車(chē)需求，逐步轉(zhuǎn)變到追求更好的道路功能性，不斷有新型的功能性路面出現(xiàn)，其中包括排水瀝青路面。排水瀝青路面指路面在壓實(shí)成型后，空隙率為20%左右，瀝青混合料內(nèi)部空隙能夠排除路表水的開(kāi)級(jí)配瀝青混合料。排水瀝青路面相比密級(jí)配瀝青路面，雨水通過(guò)混合料內(nèi)部的空隙下滲進(jìn)而通過(guò)橫坡側(cè)向排出，避免了路面積水的產(chǎn)生，有效消除水霧、水漂、水膜等干擾和影響行車(chē)安全的因素。

排水瀝青路面使用單一粒徑集料比例較大，路表構(gòu)造深度較大，具有優(yōu)異的抗滑特性，但與此同時(shí)，由于水可以自由地在混合料內(nèi)部流通，排水瀝青混合料需具有良好的水穩(wěn)定性；又因排水瀝青混合料粗集料含量較高，瀝青膜在行車(chē)過(guò)程中不斷變薄，容易導(dǎo)致路表面集料與集料之間失去黏結(jié)，出現(xiàn)飛散、掉粒等病害，因此對(duì)于抗飛散性能應(yīng)具有較高要求；析漏試驗(yàn)是為了在排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中確定zui佳瀝青用量，由于各國(guó)采用的方法不同，為相關(guān)研究帶來(lái)了不便；排水瀝青路面作為一種功能性路面，滲透性能直觀反映了排水瀝青混合料排除路表水的能力。上述路面性能是影響排水瀝青路面大面積推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在，為改進(jìn)中國(guó)國(guó)內(nèi)排水瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)，很有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外排水瀝青混合料試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比分析。

試件成型方法對(duì)比

排水瀝青混合料圓柱體試件

排水瀝青混合料圓柱形試件成型方法主要有馬歇爾擊實(shí)法和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法兩種。中國(guó)和日本規(guī)范中排水瀝青混合料成型方法均采用馬歇爾雙面擊實(shí)50次成型，試件直徑101.6mm，高度63.5mm。美國(guó)使用Superpave的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)成型。法國(guó)采用可記錄高度和剪應(yīng)力的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(PCG)成型，法國(guó)和美國(guó)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)的壓實(shí)角度存在差異(表1)，法國(guó)內(nèi)部角小，所以壓實(shí)功小，如果達(dá)到相同的壓實(shí)度，美國(guó)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)比法國(guó)少。其他試驗(yàn)參數(shù)基本相同，轉(zhuǎn)速均為(30±0.5)r/min，豎向壓力均為(0.6±0.018)MPa，試件直徑為(150±0.1)mm。SGC不能直接提供判定路面是否穩(wěn)定所bi須的應(yīng)力和應(yīng)變特征。與擊實(shí)法相比，SGC和PCG等具有揉搓特性的壓實(shí)法，更能接近實(shí)際施工過(guò)程中的壓實(shí)狀況，在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)過(guò)程中還可以根據(jù)混合料的密實(shí)度變化情況來(lái)判斷混合料的可壓實(shí)性。此外，法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)EN12697-31-2007規(guī)定在試件成型前要經(jīng)過(guò)0.5~2h的短期老化，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AASHTOR30-02規(guī)定的老化時(shí)間為2h，而中國(guó)則不考慮短期老化的影響。

矯芳芳針對(duì)排水瀝青混合料馬歇爾擊實(shí)法以及美國(guó)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)馬歇爾雙面擊實(shí)50次和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)50次得到試件的各項(xiàng)體積指標(biāo)均相近，認(rèn)為兩種方法在50次(擊實(shí)/壓實(shí))次數(shù)下有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

排水瀝青混合料板式試件

排水瀝青混合料板式試件的成型采用輪輾成型，輪輾有鋼性輪和充氣輪兩種，中國(guó)采用的是鋼性輪輾，制作尺寸為300mm(長(zhǎng))×300mm(寬)×(50~100)mm(厚)的試件，根據(jù)zui大公稱粒徑來(lái)選用成型試模。

法國(guó)等采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家針對(duì)小型車(chē)轍試驗(yàn)采用的是鋼輪碾壓方式，大型和超大型車(chē)轍試驗(yàn)的試件采用充氣輪胎碾壓成型方式。試件的空隙率控制標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)混合料類(lèi)型、試件厚度來(lái)確定。

美國(guó)采用的漢堡車(chē)轍試驗(yàn)可以進(jìn)行板式試件的成型，試件的成型控制采用空隙率控制指標(biāo)。不同國(guó)家采用的板式試件尺寸見(jiàn)表2。

抗飛散性能

排水瀝青混合料表面構(gòu)造深度較大、粗集料外露，在交通荷載的反復(fù)作用下，由于集料與瀝青的黏結(jié)力不足而引起集料的脫落、掉粒、飛散，并成為坑槽的路面損壞，是排水瀝青路面的典型病害之一。大多數(shù)的國(guó)家均采用肯塔堡飛散試驗(yàn)評(píng)價(jià)排水瀝青混合料抵抗顆粒損失能力，試驗(yàn)采用圓柱體試件，將單個(gè)試件置于洛杉磯磨耗儀中，不加鋼球以(30~33)r/min速率旋轉(zhuǎn)300轉(zhuǎn)。飛散損失：

耿韓、李立寒、孟慶楠等建議采用20℃和-18℃的飛散損失分別作為一般溫度和冰凍條件下排水瀝青混合料的抗松散性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。張宜洛等為了更好地評(píng)價(jià)不同瀝青混合料的飛散損失差異，通過(guò)不同瀝青種類(lèi)以及不同級(jí)配瀝青混合料進(jìn)行改進(jìn)飛散試驗(yàn)，結(jié)果表明：常溫20℃浸水、增加10個(gè)鋼球、轉(zhuǎn)數(shù)300轉(zhuǎn)的試驗(yàn)條件能夠減小結(jié)果的變異系數(shù)。

飛散試驗(yàn)雖然一定程度可以反映排水瀝青混合料抵抗顆粒損失能力，但鑒于飛散試驗(yàn)的碰撞機(jī)理與實(shí)際路面磨耗作用存在較大差異，許多國(guó)家的學(xué)者開(kāi)始采用模擬輪胎與路面的作用對(duì)排水瀝青混合料抵抗飛散的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)與研究。荷蘭和丹麥均開(kāi)發(fā)了旋轉(zhuǎn)表面磨耗試驗(yàn)(RSAT)，試驗(yàn)溫度為20℃，通過(guò)一帶實(shí)心輪胎的負(fù)載鋼輪在平板試件來(lái)回行走，并且可以模擬車(chē)輛的剪切作用，采用24h石料損失質(zhì)量來(lái)表征飛散。

曹東偉等也進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)研究，為更好地評(píng)價(jià)大空隙瀝青路面的抗飛散性能，相繼開(kāi)發(fā)了平板飛散設(shè)備(包括TRD-Ⅰ、TRD-Ⅱ設(shè)備以及大型飛散檢測(cè)系統(tǒng)TRD-Ⅲ)。其中大型飛散檢測(cè)系統(tǒng)可在不同壓力、不同溫度以及車(chē)輪不同轉(zhuǎn)速和不同進(jìn)給速度情況下進(jìn)行飛散試驗(yàn)；許斌利用TRD-Ⅰ、TRD-Ⅱ設(shè)備進(jìn)行了平板飛散試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)：高溫會(huì)加速排水瀝青混合料的飛散。常溫條件下，飛散情況隨著磨耗次數(shù)的增加，從緩慢增加到顯著增加再到趨于穩(wěn)定的特點(diǎn)。

析漏試驗(yàn)

增大瀝青膜厚度能夠有效改善排水瀝青混合料路用性能以及抗老化性能，與此同時(shí)瀝青用量的增加導(dǎo)致混合料在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中瀝青從集料表面流淌(析漏損失)，通過(guò)析漏試驗(yàn)可對(duì)瀝青用量進(jìn)行控制，各國(guó)析漏試驗(yàn)方法不盡相同，主要有燒杯法、搪瓷盤(pán)法和網(wǎng)籃法3種。

(1)燒杯法

燒杯法由德國(guó)研究所研究制定。取1000~1100g拌和好的瀝青混合料倒入800mL的燒杯內(nèi)，再將混合料和燒杯一起放入(170±2)℃的烘箱內(nèi)保溫1h后，將瀝青混合料倒出，附著在燒杯上的瀝青質(zhì)量與初始混合料質(zhì)量的比值即為析漏損失，許多國(guó)家將排水瀝青混合料析漏損失規(guī)定為不大于0.3%。此方法由于排水瀝青混合料的厚度較大，黏附在燒杯壁的瀝青量較少，使得試驗(yàn)結(jié)果偏小。

(2)搪瓷盤(pán)法

日本排水性瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法中，以搪瓷盤(pán)法來(lái)確定zui佳瀝青用量，試驗(yàn)步驟與析漏損失計(jì)算方法與燒杯法相似。搪瓷盤(pán)法由于集料平鋪在盤(pán)子表面，避免了燒杯法中混合料過(guò)厚的問(wèn)題，但同時(shí)搪瓷盤(pán)法流失的瀝青保留在盤(pán)子上，阻礙了后續(xù)結(jié)合料的流失，當(dāng)將搪瓷盤(pán)翻轉(zhuǎn)倒掉瀝青混合料時(shí)，注意須去除附著在搪瓷盤(pán)上的碎石，而排水瀝青混合料結(jié)合料的黏度較大，如不及時(shí)取出碎石，混合料將黏在盤(pán)底很難取出，而且不是所有粒徑的碎石都需取出，其標(biāo)準(zhǔn)很難界定，由于受到人為因素干擾較大，試驗(yàn)結(jié)果可靠性差。

(3)網(wǎng)籃法

美國(guó)AASHTOT305-97采用網(wǎng)籃法進(jìn)行析漏試驗(yàn)，用以控制混合料在生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中自由瀝青析出量，其原理和步驟與燒杯法和搪瓷盤(pán)法相似，不同的是瀝青混合料不是直接放置在容器中，而是采用搪瓷盤(pán)或平底碗架住網(wǎng)籃以接收流淌的瀝青，稱取質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。網(wǎng)籃直徑為(108±10.8)mm，高(165±16.5)mm，在距底部(25±2.5)mm處有一個(gè)篩蓖，網(wǎng)籃與篩蓖的孔徑均為6.3mm。由于孔徑達(dá)數(shù)毫米，可能會(huì)使不僅是瀝青結(jié)合料還包含部分瀝青混合料通過(guò)網(wǎng)孔落入到碗(盤(pán))中，使試驗(yàn)結(jié)果偏大。建議對(duì)于不同公稱zui大粒徑的排水瀝青混合料，適當(dāng)調(diào)整網(wǎng)籃與篩蓖的孔徑。比利時(shí)采用的網(wǎng)籃流淌試驗(yàn)，其過(guò)程為首先用3.0MPa的壓力將排水瀝青混合料在Duriez模具中壓實(shí)，然后將裝有混合料的模具放到180℃的烘箱中放置7.5h，使瀝青從壓實(shí)試樣上流淌下來(lái)，計(jì)算損失瀝青結(jié)合料占初始結(jié)合料重量百分比。

矯芳芳通過(guò)對(duì)比3種試驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)籃法相比于燒杯法試驗(yàn)結(jié)果的偏小以及搪瓷盤(pán)法試驗(yàn)結(jié)果的偏大更為合理，并且人為干擾因素更少。

滲透性能

室內(nèi)滲透性測(cè)量方法

室內(nèi)滲透性一般采用透水系數(shù)表征，單位為cm/s或m/s。透水系數(shù)的測(cè)試方法可以分為常水頭法和變水頭法。變水頭測(cè)試法中水頭是時(shí)間的函數(shù)，不適于測(cè)量透水系數(shù)大的大空隙材料，主要是因?yàn)樗^下降過(guò)快。此外，在測(cè)試過(guò)程中，水力梯度的變化范圍很大，達(dá)西定律的適用性存在疑問(wèn)。因此大部分國(guó)家針對(duì)排水瀝青混合料采用的室內(nèi)滲透性測(cè)量方法均為常水頭法。

中國(guó)《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》(報(bào)批稿)中規(guī)定的測(cè)定方法主要參照日本《鋪筑試驗(yàn)法便覽》制定，采用常水頭滲水試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟為：①成型馬歇爾試件，冷卻后不脫模，在其上增加一個(gè)套筒，套筒和試模之間應(yīng)密封，不得透水；②打開(kāi)外部水源向套筒內(nèi)供水，調(diào)節(jié)水閥大小，直至溢流孔保持常水位；③進(jìn)水在常水壓條件下向下滲透，滲透通過(guò)試件的水用量筒收集，測(cè)定5ｓ左右的透水量；④透水系數(shù)按照式(1)計(jì)算：

歐洲關(guān)于滲透性試驗(yàn)方法收錄于EN12697-19，包含了水平透水系數(shù)以及垂直透水系數(shù)兩種測(cè)試方法，透水系數(shù)裝置示意圖見(jiàn)圖1。試驗(yàn)開(kāi)始前，為排盡試件中間的空氣，保持讓水流流過(guò)試件約10min。通過(guò)測(cè)量每秒通過(guò)試件的水的體積，基于達(dá)西定律，垂直透水系數(shù)采用下式計(jì)算：

在排水瀝青路面設(shè)計(jì)中，垂直透水系數(shù)決定了雨水滲入路面的速度，水平透水系數(shù)決定了雨水橫向排出的速度。該方法考慮了排水瀝青路面碾壓的方向性，水平透水系數(shù)與垂直透水系數(shù)存在差別，分別測(cè)量這兩個(gè)系數(shù)有利于合理進(jìn)行排水瀝青路面的排水設(shè)計(jì)。

現(xiàn)場(chǎng)滲透性試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn)一定意義上多屬于變水頭試驗(yàn)，由于現(xiàn)場(chǎng)滲透性試驗(yàn)水流處于一種三維的流動(dòng)狀態(tài)并且流動(dòng)得不穩(wěn)定，無(wú)法與透水系數(shù)建立良好的相關(guān)性。現(xiàn)場(chǎng)滲透性的測(cè)量通常是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，一般用滲水系數(shù)進(jìn)行表征，單位多為mL/s。下面介紹幾種各國(guó)常用的滲水儀。

JTG E60-2008《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》使用的滲水儀與日本《鋪裝試驗(yàn)法便覽》大體相似。主要差別在于中國(guó)規(guī)范中盛水量筒的高度由日本的342mm變?yōu)?15mm，下部支撐結(jié)構(gòu)的高度由263mm變?yōu)?00mm，也就是說(shuō)測(cè)量時(shí)施加在路面上的水頭比日本規(guī)范更大。西班牙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)滲透性測(cè)試采用一種經(jīng)LCS設(shè)備改動(dòng)后稱為Zarauz的透水儀，測(cè)試過(guò)程水從特定高度落下，自由流入鋪裝表面，可以測(cè)定水滲入路面之前前進(jìn)的zui大徑向距離，以及水在路表完全消失所需的總時(shí)間，有效模擬了雨水的作用。瑞士采用Yverdon透水儀測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)滲透性，試驗(yàn)裝置與路面之間的縫隙采用合成瑪蹄脂制成的材料進(jìn)行封閉，用70~80kg的重物壓住裝置。試驗(yàn)首先變換水壓力以消除基座中的氣泡，然后在10s內(nèi)穩(wěn)定住170mm的水高，用帶刻度的容器測(cè)量水流，取兩次重復(fù)測(cè)量的算術(shù)平均值，單位為L(zhǎng)/min。丹麥采用了一種稱為Bec-ker管的較為簡(jiǎn)單的測(cè)試儀器，排水瀝青路面上放置一直徑為140mm的透明管，封閉縫隙后向管中注水，記錄100mL水排到路面中所需要的時(shí)間，若時(shí)間超過(guò)75s，則停止測(cè)量，路面被視為堵塞，結(jié)果取測(cè)點(diǎn)重復(fù)3次的平均值。美國(guó)得克薩斯透水儀使用內(nèi)徑為152.4mm的圓柱體用于儲(chǔ)存測(cè)量用水，透水儀的水量到吸液管頂部標(biāo)志上方25~50mm，記錄4.63L水流出需要的時(shí)間來(lái)測(cè)得其滲透性。美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心(NCAT)開(kāi)發(fā)了一種三層式現(xiàn)場(chǎng)透水儀，裝置由三層階梯式立管組成，采用變水頭的方法。zui小直徑的立管位于頂部，zui大直徑的立管位于底部。這種透水儀能夠適用于較寬的滲透性范圍，對(duì)于滲透性較差的路面，水在小直徑頂層立管中下落較慢，對(duì)于滲透性較好的路面，水平面將快速通過(guò)頂層，當(dāng)水平面到達(dá)大直徑立管時(shí)，水位下降速度變慢。

結(jié)論

梳理了中國(guó)、美國(guó)、歐洲以及日本等國(guó)的排水瀝青混合料試驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)從混合料試件的成型到排水瀝青混合料關(guān)鍵性能的試驗(yàn)方法均存在一定的差異。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)在試件成型中旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型具有的揉搓特性，相比馬歇爾擊實(shí)成型更加接近路面實(shí)際壓實(shí)情況。

(2)飛散試驗(yàn)的碰撞機(jī)理與實(shí)際路面磨耗作用存在較大差異，平板飛散試驗(yàn)?zāi)軌蚰M輪胎對(duì)路表面的損壞作用，而且對(duì)于溫度的控制也更為jing確，相比肯塔堡飛散試驗(yàn)更為準(zhǔn)確、合理。

(3)對(duì)于析漏試驗(yàn)，網(wǎng)籃法相比于燒杯法以及搪瓷盤(pán)法具備人為因素干擾較小的優(yōu)點(diǎn)，且試驗(yàn)結(jié)果更為合理。

(4)滲透性試驗(yàn)由于不同國(guó)家采用的試驗(yàn)方法以及儀器的不同，導(dǎo)致控制指標(biāo)無(wú)法統(tǒng)一。建議開(kāi)發(fā)基于達(dá)西定律不同使用條件下的測(cè)試設(shè)備，以期得到較小誤差的試驗(yàn)結(jié)果。

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全文完 發(fā)布于《中外公路》2020年第6期。作者簡(jiǎn)介：徐瑞剛，男，碩士研究生.E-mail：674379691＠qq.com

設(shè)備名稱：B045 Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀 (SGC)

型號(hào)：B045/B045-01

制造商：意大利Matest公司

瀝青旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀由意大利Matest研發(fā)制造，用于仿真復(fù)制實(shí)際道路鋪設(shè)過(guò)程真實(shí)的壓實(shí)條件，從而確定瀝青的壓實(shí)特性。這樣的壓實(shí)通過(guò)全自動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)，結(jié)合旋轉(zhuǎn)動(dòng)作和機(jī)械壓頭施加垂直荷載。壓實(shí)機(jī)由強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼框架組成，確保優(yōu)良的角度控制。意大利Matest旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀具有優(yōu)異的性能，是市場(chǎng)上非常具創(chuàng)新性的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀，瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀有兩種型號(hào)實(shí)用型旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀和科研型旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀在混凝土和瀝青行業(yè)有多種用途。模擬和再現(xiàn)實(shí)際道路鋪設(shè)的實(shí)際壓實(shí)條件，以測(cè)試符合ASTM、EN和AS標(biāo)準(zhǔn)的瀝青壓實(shí)特性。根據(jù)NT Build 427規(guī)范，模擬和再現(xiàn)混凝土預(yù)制生產(chǎn)線中混凝土混合料壓實(shí)特性。

荷載通過(guò)電控汽缸，壓力調(diào)節(jié)閥伺服控制，高度采用線性傳感器測(cè)量。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由高精度的偏心輪系統(tǒng)產(chǎn)生，易于準(zhǔn)確設(shè)置、保持角度恒定，旋轉(zhuǎn)速度由計(jì)算機(jī)通過(guò)變頻器控制。使用合適的帶孔模具，GYROTRONIC 瀝青旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀可以壓實(shí)測(cè)試?yán)浒枞榛癁r青混合料，壓實(shí)結(jié)果也可用于研究瀝青混合料的體積和機(jī)械特性。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

▍ 強(qiáng)度鋼架，保證優(yōu)良的角度控制，滿足 ASTM/ AASHTO 和 EN 歐洲規(guī)范嚴(yán)格的偏差要求

▍ 全彩色7英寸觸摸屏控制器，與電腦相似

▍ 電腦軟件，控制數(shù)據(jù)采集和處理

▍ 電子角度調(diào)整定位

▍ 雙角度標(biāo)定選項(xiàng)，AASHTO、EN和AS規(guī)范分別標(biāo)定在設(shè)備旋轉(zhuǎn)內(nèi)角角度定位點(diǎn)2（0.82°）和3（1.16°）

▍ 旋轉(zhuǎn)角由用戶軟件設(shè)置（科研型）

▍ 剪切應(yīng)力和壓實(shí)度測(cè)量（科研型）

▍ 純電動(dòng)，無(wú)需壓縮空氣

▍ 試樣自動(dòng)壓平（0°角旋轉(zhuǎn)）

▍ 可選配集成電動(dòng)脫模器

▍ 可選配集成電子天平

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