郑鹏飞

近年来我国高速公路建设发展迅速，里程逐年增长，路网日趋完善。如何提高路面的使用品质，如何向社会提供更安全、更舒适、更快捷的公路交通，已成为我国交通部门追求的新目标，排水性路面则是实现这种目标的一种路面形式。排水性沥青采用大空隙沥青混合料作路表功能层，具有很好的排水功能，在雨天路表不积水，行车不会产生溅水和水雾现象，车辆行驶视线好，大大提高雨天行车的安全性。排水路面优良的排水能力与其连通空隙率(有效空隙率)相关[1-5］，因此如果能找出材料的连通空隙率与渗透系数之间的关系，那么就可以通过连通空隙率对材料的渗透系数进行设计，使其满足排水性能的要求。大量研究表明，渗透系数可以综合反映多孔介质透水性能，其一方面取决于孔隙介质的特性，同时与流体的物理性质如粘度和温度有关[6］。在道路工程研究中，可以把渗透系数理解为孔隙介质特性对透水性影响的一个参数。本文就此开展研究，分析排水沥青路面渗透性与连通空隙率的关系，为排水沥青路面的推广应用提供依据。

1 排水性沥青混合料组成设计

1.1 原材料

1)沥青。采用TAFPACK-Super改性剂(简称TPS)作为排水沥青混合的改性剂，添加量为沥青用量的15%。2)集料。采用玄武岩集料。3)矿粉。试验采用石灰岩矿粉。矿粉质量符合JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[8］的要求。

1.2 排水沥青混合料组成设计及空隙率

排水性沥青混合料组成设计过程如下:

1)检验原材料的技术指标;2)在推荐的级配范围，根据期望的目标空隙率试配三种配比方案，使2.36 mm筛孔通过率在中值范围±3%内;3)根据沥青膜厚度和集料表面积预估沥青用量;4)击实成型马歇尔试件，检验空隙率能否达到目标空隙率的要求;5)按±0.5%，±1%变化沥青用量，进行析漏试验、飞散试验确定最佳沥青用量;6)最后进行混合料性能试验验证。

设计了两种空隙率的排水性沥青混合料PAC-13，空隙率分别为25%和20%。另外为进行对比分析，按照相同的集料和SBS改性沥青进行了普通密级配AC-13沥青混合料的组成设计，其设计空隙率分别为10%和6%。

2 横向渗透系数的测试

2.1 测试方法

渗透系数的水槽测定试验装置如图1所示。试件采用30 cm×30 cm×5 cm的车辙板，水流从左侧流向右侧，控制左侧水位高度为h1，右侧水位高度为h2。试验时首先让出水口水流稳定(采取固定高度溢流的方式)，测定t时间内右侧出水口的出水量Q。

其中，Kx为材料的横向渗流系数，cm/s;Q为时间t秒内渗出的水量，cm3;h1，h2分别为进水口、出水口处的水位标高，cm;t为渗透时间，s。

横向渗透系数的计算公式为:

2.2 测试结果

水力坡度控制在0.02以上，横向渗透系数测试结果如表1所示。

表1 沥青混合料横向渗透系数

3 渗透性与连通空隙率的关系

3.1 连通空隙的测定

将试件从模筒中取出，风干或烘干至恒重，称量一个空气中重ma和试件的水中重mw，量取试件高度H，按下式计算连通空隙率:

3.2 测试结果

轮碾法成型车辙板试件，垂直于碾压方向切割50 mm×50 mm×200 mm的试件，测定其体积指标，测试结果如表2所示。

表2 连通空隙率的测试结果 %

3.3 渗透系数与连通空隙率的关系

横向渗透系数与连通空隙率之间的关系如图2所示，由此可见横向渗透系数随连通空隙率增大而增大;当空隙率小于6%时，沥青混合料基本上不透水;当空隙率超过20%，渗水系数基本上能达到300 m/d，能够满足我国排水设计规范的要求。因此，在排水混合料设计中设计空隙率不应小于20%。

沥青混合料的渗水系数和空隙率的关系可表示为:

其中，Kx为材料的横向渗流系数，cm/s;n为连通空隙率，%。

根据式(3)，选用不同连通空隙率标准即可得到相应的横向渗透系数，从而实现对排水性能的设计。此外，还应考虑到材料性质、施工因素以及排水性能衰变特性，设计空隙率应有一定的富余。

4 结语

1)采用TPS改性沥青制备了不同空隙率的排水沥青混合，并实测其连通空隙率和横向渗透系数。结果表明，沥青混合料的渗水系数和空隙率有较好的相关性，随着空隙率的增大而增大。

2)当空隙率小于6%时，沥青混合料基本上不透水;当空隙率超过20%，渗水系数基本上能达到300 m/d，能够满足我国排水设计规范的要求，因此，在排水混合料设计中设计空隙率不应小于20%。

3)采用指数函数可以很好地反映横向渗透系数与连通空隙率的关系，可根据回归公式选用不同连通空隙率标准得到相应的横向渗透系数值，从而对排水材料的排水性能进行设计。

[1]李闯民，王宁辉.不同方法测量的排水沥青混合料试件空隙率关系[J］.公路，2007(1):138-141.

[2]诸永宁，陈荣生，倪富健.排水性沥青路面排水性能评定方法研究[J］.公路交通科技，2004，21(8):9-11.

[3]邢明亮，陈拴发，陈华鑫，等.级配组成对排水性混合料空隙率影响研究[J］.武汉理工大学学报，2009，31(17):62-65.

[4]徐 皓，倪富健，陈荣生，等.排水性沥青混合料耐久性[J］.交通运输工程学报，2005，5(2):27-31.

[5]李立寒，李新军，梅海峙，等.排水性沥青混合料组成结构与性能的研究[J］.建筑材料学报，2003，6(1):40-44.

[6]张嘉林.多孔排水沥青混合料空隙精细描述与分布特性研究[D］.西安:长安大学，2008.

[7]日本道路协会.排水性铺装技术指南[Z］.东京:丸善株式会社，1996.

[8]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S］.