焦華麗

林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401121

我國季節(jié)性冰凍地區(qū)約占我國領(lǐng)土面積的75%以上［1］，而凍融循環(huán)作用普遍發(fā)生在季凍區(qū)的瀝青路面中。隨著溫度的降低，內(nèi)部水分凍結(jié)并發(fā)生體積膨脹，在瀝青混合料內(nèi)部及空隙間產(chǎn)生巨大的凍脹力，破壞了瀝青混凝土的細觀結(jié)構(gòu)［2］；溫度升高，混合料內(nèi)部水分融化，水分的遷移加速凍融損傷的演化，不斷使瀝青混合料性能衰減，引發(fā)路面松散、坑槽等病害［3］。而瀝青混合料作為一種多孔介質(zhì)，其滲透特性是固有的屬性。凍融循環(huán)作用下，增大的聯(lián)通空隙率從根本上改變了瀝青混合料的滲透特性［4］。為此本文結(jié)合凍融循環(huán)試驗與滲透試驗，開展凍融循環(huán)作用下瀝青混合料滲透特性的研究。

1 原材料

試驗所用石料為地產(chǎn)安山巖，其毛體積相對密度為2.758，表觀相對密度為2.775，吸水率為0.77%，其滿足瀝青路面用石料的技術(shù)要求。

填料采用地產(chǎn)安山巖質(zhì)礦粉，其表觀相對密度為2.629，含水量為0.91%，滿足規(guī)范要求。

瀝青材料選用基質(zhì)90#瀝青，測試技術(shù)指標為：25℃針入度為91.2（0.1mm）；軟化點為48℃；15℃延度大于100cm。

瀝青混合料的級配參照《公里瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》推薦的級配曲線中值，選取AC 級配，SMA 級配以及OGFC 級配，平行件個數(shù)為3 個，其試件成型方式為擊實成型，試件直徑為100mm±0.25mm，高度為63.5mm±1.3mm。其三種級配的空隙率參數(shù)為：AC 級配試件平均空隙率3.9%，SMA 級配平均空隙率4.2%，OGFC 級配平均空隙率10.3%。

2 試驗方法

凍融循環(huán)試驗參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》執(zhí)行，其具體實施方案為：（1）將瀝青混合料在真空度為97.3-98.7kPa 的環(huán)境中進行真空飽水15min，然后恢復常壓后在水中放置0.5h；（2）將試件放在塑料袋中，并加入10mL 的水，在-18℃的環(huán)境中放置16h，進行冰凍操作；（3）將試件取出后，放入25℃的水中融化4h。

滲流試驗采用瀝青混合料滲透試驗裝置開展，操作步驟為：（1）將試件的側(cè)壁用玻璃膠進行密封，確保試件為不透水狀態(tài)；（2）放入滲透試驗裝置中，同樣用玻璃膠密封在試驗倉內(nèi)；（3）對試件施加水頭高度，并測量水穿透試件的流速。

滲透系數(shù)依據(jù)達西定理測定，其計算表達式見式（1）：

式中：K 為滲透系數(shù)，m/s；Q 為通過試件的水的流量，m3/s；A 為過水斷面面積，m2；L 為滲流路徑長度，m；Δh為水頭梯度，m。

3 結(jié)果分析

分別對進行0 次、1 次、3 次、5 次凍融循環(huán)作用的瀝青混合料進行滲透試驗，測定滲透系數(shù)，對于3 種不同級配下的滲透系數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)的演變曲線見圖1 所示。

由圖1 可見，瀝青混合料的滲透系數(shù)隨凍融次數(shù)的增加呈增大的趨勢。對于AC 級配而言，在0 次凍融時滲透系數(shù)為0m/s，試件完全不透水，隨著凍融次數(shù)的增加，其滲透系數(shù)呈線性增大的趨勢，在5 次凍融循環(huán)作用后，滲透系數(shù)增大到0.001m/s；對于SMA 級配而言，隨著凍融次數(shù)的增大，其滲透系數(shù)呈冪函數(shù)增長趨勢，到5 次凍融循環(huán)之后，其滲透系數(shù)增大為0.003m/s；而OGFC 級配在初始狀態(tài)便具有較高的滲透系數(shù)，為0.008m/s，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其滲透系數(shù)逐漸增大，在5 次循環(huán)之后，滲透系數(shù)增大到0.010m/s。

圖1 凍融循環(huán)作用下不同級配瀝青混合料的滲透系數(shù)

SMA 級配與AC 級配具有相近的空隙率，但滲流特性的演變存在顯著差異。在0 次凍融循環(huán)時，二者滲透系數(shù)均為0m/s，為不透水狀態(tài)。隨著凍融次數(shù)的增加，滲透系數(shù)逐漸增大，在5 次凍融循環(huán)作用后，AC 級配的滲透系數(shù)較3 次凍融循環(huán)作用后，增加了77.3%；SMA 級配的滲透系數(shù)3 次凍融循環(huán)作用后，增加了248.5%?？梢?，SMA 級配的瀝青混合料在凍融循環(huán)的后期對凍融循環(huán)作用更為敏感。

AC 級配近似呈線性增長規(guī)律，SMA 級配在3 次凍融循環(huán)作用內(nèi)呈線性規(guī)律，在5 次凍融循環(huán)之后，其增長速率突然變大，轉(zhuǎn)變?yōu)閮绾瘮?shù)增長趨勢；而OGFC 級配在初始狀態(tài)下便具有較大的滲透系數(shù)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，其增長趨勢逐漸變緩，5 次凍融循環(huán)次數(shù)后的滲透系數(shù)較3 次凍融循環(huán)僅增加了3.1%。

4 結(jié)論

本文通過凍融循環(huán)試驗與滲透試驗相結(jié)合的方式探究了瀝青混合料的滲透系數(shù)在凍融循環(huán)作用下的演變規(guī)律，主要取得以下結(jié)論：

（1）凍融循環(huán)作用破壞了瀝青混合料的細觀結(jié)構(gòu)，使可滲透空隙量增大，導致瀝青混合料的滲透系數(shù)隨凍融循環(huán)作用逐漸增大。

（2）OGFC 級配由于具有較大的空隙率，因此滲透系數(shù)較大，而SMA 級配與AC 級配的瀝青混合料其滲透系數(shù)較小。

（3）三種不同級配的瀝青混合料滲透系數(shù)的演變規(guī)律不同，OGFC 級配的滲透系數(shù)增長率隨凍融循環(huán)作用次數(shù)增加而逐漸減小，SMA 級配呈冪函數(shù)增加，AC 級配呈線性增加。