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

近年來，隨著中國對路面服務(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級配瀝青混合料。排水瀝青路面相比密級配瀝青路面，雨水通過混合料內(nèi)部的空隙下滲進而通過橫坡側(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，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，瀝青膜在行車過程中不斷變薄，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，因此對于抗飛散性能應(yīng)具有較高要求；析漏試驗是為了在排水瀝青混合料配合比設(shè)計過程中確定zui佳瀝青用量，由于各國采用的方法不同，為相關(guān)研究帶來了不便；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，為改進中國國內(nèi)排水瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)，很有必要對國內(nèi)外排水瀝青混合料試驗方法進行對比分析。

試件成型方法對比

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法和旋轉(zhuǎn)壓實法兩種。中國和日本規(guī)范中排水瀝青混合料成型方法均采用馬歇爾雙面擊實50次成型，試件直徑101.6mm，高度63.5mm。美國使用Superpave的旋轉(zhuǎn)壓實儀(SGC)成型。法國采用可記錄高度和剪應(yīng)力的旋轉(zhuǎn)壓實儀(PCG)成型，法國和美國旋轉(zhuǎn)壓實試驗的壓實角度存在差異(表1)，法國內(nèi)部角小，所以壓實功小，如果達到相同的壓實度，美國旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)比法國少。其他試驗參數(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。與擊實法相比，SGC和PCG等具有揉搓特性的壓實法，更能接近實際施工過程中的壓實狀況，在旋轉(zhuǎn)壓實過程中還可以根據(jù)混合料的密實度變化情況來判斷混合料的可壓實性。此外，法國標(biāo)準(zhǔn)EN12697-31-2007規(guī)定在試件成型前要經(jīng)過0.5~2h的短期老化，美國標(biāo)準(zhǔn)AASHTOR30-02規(guī)定的老化時間為2h，而中國則不考慮短期老化的影響。

矯芳芳針對排水瀝青混合料馬歇爾擊實法以及美國旋轉(zhuǎn)壓實成型方法進行了研究，發(fā)現(xiàn)馬歇爾雙面擊實50次和旋轉(zhuǎn)壓實50次得到試件的各項體積指標(biāo)均相近，認(rèn)為兩種方法在50次(擊實/壓實)次數(shù)下有一定的對應(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，中國采用的是鋼性輪輾，制作尺寸為300mm(長)×300mm(寬)×(50~100)mm(厚)的試件，根據(jù)zui大公稱粒徑來選用成型試模。

法國等采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)的國家針對小型車轍試驗采用的是鋼輪碾壓方式，大型和超大型車轍試驗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)混合料類型、試件厚度來確定。

美國采用的漢堡車轍試驗可以進行板式試件的成型，試件的成型控制采用空隙率控制指標(biāo)。不同國家采用的板式試件尺寸見表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)的國家均采用肯塔堡飛散試驗評價排水瀝青混合料抵抗顆粒損失能力，試驗采用圓柱體試件，將單個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價指標(biāo)。張宜洛等為了更好地評價不同瀝青混合料的飛散損失差異，通過不同瀝青種類以及不同級配瀝青混合料進行改進飛散試驗，結(jié)果表明：常溫20℃浸水、增加10個鋼球、轉(zhuǎn)數(shù)300轉(zhuǎn)的試驗條件能夠減小結(jié)果的變異系數(shù)。

飛散試驗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，但鑒于飛散試驗的碰撞機理與實際路面磨耗作用存在較大差異，許多國家的學(xué)者開始采用模擬輪胎與路面的作用對排水瀝青混合料抵抗飛散的能力進行評價與研究。荷蘭和丹麥均開發(fā)了旋轉(zhuǎn)表面磨耗試驗(RSAT)，試驗溫度為20℃，通過一帶實心輪胎的負(fù)載鋼輪在平板試件來回行走，并且可以模擬車輛的剪切作用，采用24h石料損失質(zhì)量來表征飛散。

曹東偉等也進行了相關(guān)設(shè)備的開發(fā)與試驗研究，為更好地評價大空隙瀝青路面的抗飛散性能，相繼開發(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系統(tǒng)TRD-Ⅲ)。其中大型飛散檢測系統(tǒng)可在不同壓力、不同溫度以及車輪不同轉(zhuǎn)速和不同進給速度情況下進行飛散試驗；許斌利用TRD-Ⅰ、TRD-Ⅱ設(shè)備進行了平板飛散試驗，研究發(fā)現(xiàn)：高溫會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。

析漏試驗

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，與此同時瀝青用量的增加導(dǎo)致混合料在生產(chǎn)、儲存、運輸過程中瀝青從集料表面流淌(析漏損失)，通過析漏試驗可對瀝青用量進行控制，各國析漏試驗方法不盡相同，主要有燒杯法、搪瓷盤法和網(wǎng)籃法3種。

(1)燒杯法

燒杯法由德國研究所研究制定。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，使得試驗結(jié)果偏小。

(2)搪瓷盤法

日本排水性瀝青混合料的設(shè)計方法中，以搪瓷盤法來確定zui佳瀝青用量，試驗步驟與析漏損失計算方法與燒杯法相似。搪瓷盤法由于集料平鋪在盤子表面，避免了燒杯法中混合料過厚的問題，但同時搪瓷盤法流失的瀝青保留在盤子上，阻礙了后續(xù)結(jié)合料的流失，當(dāng)將搪瓷盤翻轉(zhuǎn)倒掉瀝青混合料時，注意須去除附著在搪瓷盤上的碎石，而排水瀝青混合料結(jié)合料的黏度較大，如不及時取出碎石，混合料將黏在盤底很難取出，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，試驗結(jié)果可靠性差。

(3)網(wǎng)籃法

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

矯芳芳通過對比3種試驗方法，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)籃法相比于燒杯法試驗結(jié)果的偏小以及搪瓷盤法試驗結(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)的測試方法可以分為常水頭法和變水頭法。變水頭測試法中水頭是時間的函數(shù)，不適于測量透水系數(shù)大的大空隙材料，主要是因為水頭下降過快。此外，在測試過程中，水力梯度的變化范圍很大，達西定律的適用性存在疑問。因此大部分國家針對排水瀝青混合料采用的室內(nèi)滲透性測量方法均為常水頭法。

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

歐洲關(guān)于滲透性試驗方法收錄于EN12697-19，包含了水平透水系數(shù)以及垂直透水系數(shù)兩種測試方法，透水系數(shù)裝置示意圖見圖1。試驗開始前，為排盡試件中間的空氣，保持讓水流流過試件約10min。通過測量每秒通過試件的水的體積，基于達西定律，垂直透水系數(shù)采用下式計算：

在排水瀝青路面設(shè)計中，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，分別測量這兩個系數(shù)有利于合理進行排水瀝青路面的排水設(shè)計。

現(xiàn)場滲透性試驗

現(xiàn)場滲水試驗一定意義上多屬于變水頭試驗，由于現(xiàn)場滲透性試驗水流處于一種三維的流動狀態(tài)并且流動得不穩(wěn)定，無法與透水系數(shù)建立良好的相關(guān)性?，F(xiàn)場滲透性的測量通常是一個經(jīng)驗指標(biāo)，一般用滲水系數(shù)進行表征，單位多為mL/s。下面介紹幾種各國常用的滲水儀。

JTG E60-2008《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》使用的滲水儀與日本《鋪裝試驗法便覽》大體相似。主要差別在于中國規(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，也就是說測量時施加在路面上的水頭比日本規(guī)范更大。西班牙進行現(xiàn)場滲透性測試采用一種經(jīng)LCS設(shè)備改動后稱為Zarauz的透水儀，測試過程水從特定高度落下，自由流入鋪裝表面，可以測定水滲入路面之前前進的zui大徑向距離，以及水在路表完全消失所需的總時間，有效模擬了雨水的作用。瑞士采用Yverdon透水儀測量現(xiàn)場滲透性，試驗裝置與路面之間的縫隙采用合成瑪蹄脂制成的材料進行封閉，用70~80kg的重物壓住裝置。試驗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，用帶刻度的容器測量水流，取兩次重復(fù)測量的算術(shù)平均值，單位為L/min。丹麥采用了一種稱為Bec-ker管的較為簡單的測試儀器，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間，若時間超過75s，則停止測量，路面被視為堵塞，結(jié)果取測點重復(fù)3次的平均值。美國得克薩斯透水儀使用內(nèi)徑為152.4mm的圓柱體用于儲存測量用水，透水儀的水量到吸液管頂部標(biāo)志上方25~50mm，記錄4.63L水流出需要的時間來測得其滲透性。美國國家瀝青技術(shù)中心(NCAT)開發(fā)了一種三層式現(xiàn)場透水儀，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，對于滲透性較差的路面，水在小直徑頂層立管中下落較慢，對于滲透性較好的路面，水平面將快速通過頂層，當(dāng)水平面到達大直徑立管時，水位下降速度變慢。

結(jié)論

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

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

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

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

(4)滲透性試驗由于不同國家采用的試驗方法以及儀器的不同，導(dǎo)致控制指標(biāo)無法統(tǒng)一。建議開發(fā)基于達西定律不同使用條件下的測試設(shè)備，以期得到較小誤差的試驗結(jié)果。

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

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

型號：B045/B045-01

制造商：意大利Matest公司

瀝青旋轉(zhuǎn)壓實儀由意大利Matest研發(fā)制造，用于仿真復(fù)制實際道路鋪設(shè)過程真實的壓實條件，從而確定瀝青的壓實特性。這樣的壓實通過全自動模式實現(xiàn)，結(jié)合旋轉(zhuǎn)動作和機械壓頭施加垂直荷載。壓實機由強度結(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)壓實儀具有優(yōu)異的性能，是市場上非常具創(chuàng)新性的旋轉(zhuǎn)壓實儀，瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實儀有兩種型號實用型旋轉(zhuǎn)壓實儀和科研型旋轉(zhuǎn)壓實儀，旋轉(zhuǎn)壓實儀在混凝土和瀝青行業(yè)有多種用途。模擬和再現(xiàn)實際道路鋪設(shè)的實際壓實條件，以測試符合ASTM、EN和AS標(biāo)準(zhǔn)的瀝青壓實特性。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特性。

荷載通過電控汽缸，壓力調(diào)節(jié)閥伺服控制，高度采用線性傳感器測量。旋轉(zhuǎn)運動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)速度由計算機通過變頻器控制。使用合適的帶孔模具，GYROTRONIC 瀝青旋轉(zhuǎn)壓實儀可以壓實測試?yán)浒枞榛癁r青混合料，壓實結(jié)果也可用于研究瀝青混合料的體積和機械特性。

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