謝華杰　廖梓材

摘要：多孔排水瀝青路面的長期性能是指導(dǎo)路面施工和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵要素。文章對(duì)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(jìn)行研究，并與普通SMA-13瀝青混合料性能進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)考察了瀝青路面的擺值、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)、動(dòng)穩(wěn)定度等指標(biāo)，得到了相關(guān)指標(biāo)隨路面服役年限的變化趨勢(shì)。結(jié)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(yōu)于OGFC-13瀝青路面，而在滲水性能方面，OGFC-13瀝青路面更具優(yōu)勢(shì)。

關(guān)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(jí)配瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)，常用于對(duì)路面排水特性有特定要求的路段，如隧道洞口、過水路段等?，F(xiàn)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(huì)堵塞混合料空隙，導(dǎo)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(shí)除了考量混合料初始的路用性能、滲水性能外，還要對(duì)其長期性能衰變規(guī)律進(jìn)行探究［4-5］。塵福濤等［6］對(duì)“老、中、新”3種不同服役時(shí)長的排水路面進(jìn)行調(diào)研，對(duì)其排水功能、路面平滑度、降噪系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，但未對(duì)排水瀝青路面的路用性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估；趙付安等［7］通過對(duì)OGFC-13和SMA-13兩種不同路面結(jié)構(gòu)的長期性能進(jìn)行研究，并重點(diǎn)探究了抗滑性能和感溫性能；汪繼平等［8］對(duì)某排水瀝青路面的長期性能進(jìn)行研究，并提出了增強(qiáng)排水瀝青路面性能的建議措施。然而，相關(guān)研究還存在對(duì)不同類型排水瀝青路面長期性能對(duì)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(duì)OGFC、PAC、SMA三[JP4]種瀝青路面結(jié)構(gòu)的長期性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，為排水路面長期性能衰變規(guī)律研究提供數(shù)據(jù)支撐，為排水路面實(shí)際工程提供參考案例。

1 路面結(jié)構(gòu)與材料

1.1 路面結(jié)構(gòu)

為研究不同排水路面結(jié)構(gòu)瀝青混合料的長期性能，研究采用實(shí)地調(diào)研和長期觀測(cè)的方式對(duì)不同服役年限的OGFC-13、PAC-13兩種上面層排水瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，并用SMA-13常規(guī)瀝青混合料作為對(duì)照組進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。采用對(duì)比的3種不同路面結(jié)構(gòu)為某高速公路的不同路段，其服役環(huán)境接近，交通流量和車輛荷載也基本一致，具有較強(qiáng)的對(duì)比參照性。三種不同路面結(jié)構(gòu)及其層厚如表1所示。

1.2 瀝青

由于排水瀝青路面對(duì)瀝青的粘結(jié)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(xì)集料均為玄武巖集料，具有硬度高、磨耗率低的特點(diǎn)。填料采用石灰?guī)r礦粉。玄武巖集料的各類性能如表3所示。

1.4 配合比設(shè)計(jì)

3種不同類型瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)曲線如圖1所示。根據(jù)3種不同瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行混合料的拌和，其中，OGFC-13、PAC-13、SMA-13級(jí)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(duì)3種瀝青混合料的試驗(yàn)室初始性能和路面服役的長期性能進(jìn)行研究，其初始性能試驗(yàn)結(jié)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(tǒng)SMA-13瀝青混合料存在較大差異，具體表現(xiàn)在空隙率、析漏損失、飛散損失、滲水系數(shù)等方面?？傮w而言，SMA-13瀝青混合料的空隙率在4%～5%，遠(yuǎn)低于排水瀝青混合料20%左右的空隙率，對(duì)其性能產(chǎn)生最直接影響的是滲水系數(shù)，僅達(dá)到16.5 mL/min，而排水瀝青路面可達(dá)到6 000 mL/min左右。在馬歇爾穩(wěn)定度、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性方面，SMA-13瀝青混合料的性能要優(yōu)于排水瀝青混合料，尤其是在高溫穩(wěn)定性方面，SMA-13瀝青混合料60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到8 635次/mm，具有較強(qiáng)的抗車轍性能。排水瀝青路面在提高混合料空隙率的同時(shí)，使骨架嵌擠結(jié)構(gòu)作用凸顯，排水效果顯著，但隨著長期的水損傷，骨料易產(chǎn)生離析、剝落，進(jìn)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(guī)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(gòu)造深度（TD）兩個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)瀝青路面的抗滑性能，分別對(duì)3種不同瀝青路面結(jié)構(gòu)路段在不同服役時(shí)長下的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場采集匯總分析，結(jié)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(gòu)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(shí)度較高，路表空隙率較低，但對(duì)于普通瀝青路面而言符合規(guī)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(duì)于大空隙開級(jí)配混合料而言，規(guī)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(yōu)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(huì)使老化瀝青遷移到道路面層，同時(shí)會(huì)使面層的抗滑性能下降，擺值減小。

PAC-13瀝青路面早期的構(gòu)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(gòu)造深度要大于OGFC-13，這說明PAC-13瀝青混合料的抗滑性能優(yōu)于OGFC。此外，SMA-13瀝青混合料的構(gòu)造深度遠(yuǎn)低于排水瀝青路面，其主要原因是，[JP4]排水路面的骨架結(jié)構(gòu)混合料，其內(nèi)部空隙較大，尤其是在路面壓實(shí)后仍存在一定的路表空隙，因此，排水瀝青路面的構(gòu)造深度普遍較大，但隨著路面車輛的荷載作用，會(huì)使部分空隙堵塞或壓實(shí)變形，從而導(dǎo)致構(gòu)造深度在一定程度上下降。

3.2 滲水系數(shù)

滲水系數(shù)是評(píng)價(jià)排水路面排水效果的關(guān)鍵參數(shù)。分別對(duì)OGFC-13和PAC-13兩種瀝青混合料路段進(jìn)行長期的滲水試驗(yàn)跟蹤觀測(cè)。試驗(yàn)結(jié)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(shù)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(jié)構(gòu)逐漸受到外部荷載而產(chǎn)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(zhì)沉淀，亦會(huì)造成混合料內(nèi)部空隙率的堵塞。但從滲水系數(shù)隨服役年限的變化規(guī)律來看，在排水瀝青路面投入使用早期，滲水性能下降趨勢(shì)較快，但當(dāng)其服役時(shí)間達(dá)到一定年限時(shí)，滲水系數(shù)整體保持穩(wěn)定，當(dāng)其服役2年時(shí)，混合料的滲水系數(shù)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(shù)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(nèi)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(yàn)和抗滑試驗(yàn)對(duì)排水路面的長期性能進(jìn)行分析，但二者主要還是瀝青路面面層研究指標(biāo)。本文對(duì)服役2年后的3種不同瀝青路面結(jié)構(gòu)混合料進(jìn)行原位切割取樣，并進(jìn)行抗車轍試驗(yàn)，采用動(dòng)穩(wěn)定度度來評(píng)估混合料的高溫抗車轍性能。試驗(yàn)結(jié)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(dòng)穩(wěn)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(shí)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部骨料和膠漿填充密實(shí)，空隙率小，在車輛的長期荷載作用下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷和變形的能力較低，因此具有較好的高溫穩(wěn)定性。OGFC-13排水路面初始的動(dòng)穩(wěn)定度為7 636次/mm，在經(jīng)過兩年服役后降低為6 853次/mm，下降幅度達(dá)到23.35%；PAC-13瀝青混合料初始穩(wěn)定度由7 896次/mm降低為7 165次/mm，下降幅度達(dá)到15.64%?？傮w而言，PAC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗車轍能力要優(yōu)于OGFC-13瀝青混合料，其主要是因?yàn)镺GFC瀝青混合料的油石比較高，在高溫環(huán)境下易使得內(nèi)部瀝青結(jié)構(gòu)產(chǎn)生蠕變，進(jìn)而造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。

4 結(jié)語

本文選取OGFC-13和PAC-12兩種排水瀝青路面進(jìn)行性能研究，并與傳統(tǒng)的SMA-13瀝青路面進(jìn)行對(duì)比，得到如下結(jié)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(shù)、空隙率遠(yuǎn)高于SMA-13瀝青混合料，但動(dòng)穩(wěn)定度、水穩(wěn)定性低于SMA-13瀝青混合料。

（2）隨著瀝青路面服役時(shí)間的增加，3種不同路面結(jié)構(gòu)的瀝青混合料的路面擺值和構(gòu)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(yōu)，服役2年后擺值達(dá)到57.8，構(gòu)造深度達(dá)到2.08 mm，抗滑性能符合規(guī)定要求。

（3）[JP4]隨著瀝青路面服役時(shí)間的增加，兩種排水路面結(jié)構(gòu)的瀝青混合料滲水系數(shù)呈快速降低到趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。其中，OGFC-13瀝青混合料的滲水性能最優(yōu)，服役2年后滲水系數(shù)達(dá)到4 963.5 ml/min，排水效果符合規(guī)定要求。

（4）隨著瀝青路面的服役時(shí)間增加，3種不同路面結(jié)構(gòu)的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度下降，其中SMA-13瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最高達(dá)到7 835次/mm，但高溫穩(wěn)定性能衰減幅度最小的是PAC-13排水瀝青路面。

參考文獻(xiàn)：

［1］官志桃，李金鳳，王東敏，等.基于數(shù)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(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2023（5）：908-914.

［2］徐光霽，徐書東，馬 濤，等.石灰?guī)r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(yīng)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(qū)高速公路的應(yīng)用［J］.西部交通科技，2021（4）：55-58.

［5］張?jiān)銎剑惱?，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(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(cè)與評(píng)價(jià)［J］.科技和產(chǎn)業(yè)，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(duì)比研究［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)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(diào)查與評(píng)價(jià)［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(shè)計(jì)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(yīng)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。