宋 柳，刘斌清，叶超强

(1.广西建设职业技术学院，广西 南宁 530000；2.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007；3.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007)

0 引言

排水沥青路面是采用孔隙率为18%～25%的大孔隙结构沥青混合料修筑的路面功能层，其主要作用是通过水的渗透，消除路表自由水膜，提高路面行车安全系数。渗透性能是决定排水沥青路面排水功能的重要指标，是实现路面总体排水能力的关键。排水沥青路面施工过程中，一般采用单点的渗透系数及渗水系数进行混合料材料设计指标及成型排水沥青路面性能评价，但对于面域渗透性能缺乏评价手段及控制方法，导致无法对过程进行有效控制，不利于保证排水沥青路面总体透水效果。

沥青混合料的孔隙特性与施工后的表面散热状态存在一定的相关性，本文采用红外热成像仪对排水沥青路面施工后的表面温度进行面域化扫描，建立面域化温度与渗透状况的关系，以建立排水沥青路面面域渗透性能评价方法，为排水路面总体渗透性控制提供参考。

1 评价机理

1.1 排水沥青路面渗透性能影响因素

排水沥青路面渗透性能一般采用单点渗水系数进行测试评价，在室内一般采用车辙板试件进行渗水系数测试及对马歇尔试件进行渗透系数测试。研究表明，路面的透水性能与混合料内部的空隙率成正比，空隙率越大，则混合料的渗水性能越强。按照日本的研究成果，排水性路面的渗透系数应达到10-2cm/s以上，对应实体的渗水系数在5 000 mL/min以上为宜。排水沥青路面空隙率及渗透性能主要受矿料级配(4.75 mm、2.36 mm筛孔通过率)、细集料含量(0.075 mm筛孔通过率)、沥青用量以及施工过程的压实功等因素影响。其中，4.75 mm及2.36 mm以上通过率与渗水系数呈正相关关系；细集料含量及沥青用量与渗水系数呈负相关关系；施工过程压实功越大，则空隙率越小，对应的渗水能力也减小[1]。

已有透水沥青路面工程中，因局部过压、沥青析漏、级配波动等原因造成局部排水不畅的质量缺陷较为普遍，特别是采用“SBS沥青+高黏剂+纤维”的混合料，若纤维添加不均匀或矿粉细度发生变化，排水沥青路面较容易出现局部孔隙较小的透水不良区域。

1.2 施工过程路面温度影响因素

排水沥青路面施工碾压后，路面表面温度状态存在一定的差异，其路表温度差异主要受混合料散热状态及碾压过程热交换作用影响。其主要影响因素见表1。

表1 排水沥青路面施工过程表面温度影响因素分析表

根据施工过程路面温度影响因素分析可见，摊铺过程局部级配离析及温度离析均会影响混合料空隙率，对排水沥青路面的渗透性能存在一定影响。压实过程中局部压实过大或漏压也会影响排水沥青路面的渗透性能。而摊铺过程中的混合料散热及钢轮压路机洒水热交换与其渗透性能没有直接相关性，不会直接影响其渗透性。由此可见，在排水沥青混合料出场级配稳定且施工环境相对一致的情况下，施工过程中的路表散温状态能够反映排水沥青混合料的渗透状态。因此，可以借助对表面温度状况的总体测试，反映排水沥青路面的总体渗透性能。

1.3 面域化温度扫描评价机理

红外热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜将被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，其与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲，红外热成像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热像图，热像图上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。红外热成像仪基于面域上采集的点可以对固定位置进行温度扫描，确定一定面域范围内的温度平均值[2]。

针对排水沥青路面面域渗水效果评价要求，可采用红外热成像仪进行局部温度差异特异区的识别，其能够识别出面域化渗透性能不良区域，解决了常规的单点渗水仪检测方法难以有效甄别透水不良区域的问题。考虑到路面施工过程中温度差异较大，影响因素多，在本文采用终压完成后的路面状况作为判断依据。

2 面域渗透性能评价方法

2.1 面域温度特异区识别标准

排水沥青混合料中各材料的散热程度不同，材料离析会造成其局部发生温度离析；同时在碾压过程中因碾压遍数不同，路面散温及碾压过程洒水降温程度也不同。结合排水沥青路面碾压后路表温度影响因素分析，借助红外热成像仪对其进行面域化扫描可以有效对透水不良区域进行判断。不同温度状态的路面，其红外热像图的颜色呈现区别。因而，对终压完成后的路面表面进行红外热成像仪扫描，可以快速判明温度离析区域。参考NCHRP 441用来判定温度离析的标准[3-4]，见表2。

表2 温度离析标准表

借鉴路面温度离析概念，以温度轻度离析评价标准作为多孔沥青混合料表面渗透性能差异的筛选条件，即以温度差异是否超过10 ℃作为高、低温特异区判断标准，进行排水沥青路面施工过程面域温度甄别。

2.2 设计混合料渗透性能

本研究设计的胶粉复合改性沥青排水路面，采用胶粉复合改性高黏沥青作为结合料，设计级配参考常用级配，室内模拟采用车辙板试件测试混合料渗透性能，结果见表3。

表3 设计混合料渗水性能试验结果表

由表3可知，在设计空隙率为19.4%的情况下，混合料渗水系数为6 762 mL/min，满足相关规范要求。

2.3 温度扫描特异区识别方法

如图1所示，在排水沥青路面施工过程中，存在低温区域和高温区域。根据其温度影响，高温区域散热较快，孔隙相对偏大；低温区域散热慢，往往是细料胶泥集中或过压区域，因此其孔隙偏小。根据红外温度扫描图，以温度差异10 ℃作为特异区判断标准，标记亮区(高温区，>10 ℃)和暗区(低温区，<10 ℃)，确定区域面积及与平均温度的差值，作为路面渗透性能评价特异区。

图1 红外热成像仪面域化筛选示例图

2.4 温度特异区渗水性能一致性分析

结合排水沥青混合料渗透性影响因素可以判断，特异区域中的低温区属于渗透性偏低区，高温区属于渗透性偏大区。在铺筑的透水沥青路面中选定低温区域和高温区域各1处，对低温区、高温区及正常段落进行空隙率测试及渗水性能测试，不同区域的测试结果如图2所示。

图2 红外热成像仪面域化异常区域渗水系数及空隙率测试结果对比图

根据图2分析，终压后透水沥青路面表面温度特异区域的情况如下：

(1)高温特异区。路面平均空隙率达22.7%，渗水系数达到7 831(mL/min)，根据温度扫描区域面积可以判断，该部位属于边部漏压区，碾压遍数较正常路段少。

(2)低温特异区。路面平均空隙率为16.8%，渗水系数为4 964(mL/min)，略低于相关技术规范要求。根据温度扫描区域及施工工艺可以判断，该部位为过度碾压区，且沥青混合料存在一定的胶浆及沥青聚集现象。

(3)正常路段。路面平均空隙率为19.8%，渗水系数为6 877(mL/min)，路面渗水性能良好，与室内车辙板试验确定的6 762 ml/min的渗水系数基本一致。

由此可见，采用温度扫描方法确定的特异区，与排水沥青路面渗透性能具有较好的相关性。

3 路面渗透性能验证

在经温度扫描确定的路面渗透性能特异区的基础上，参照现行规范排水沥青路面测试评价方法，采用多点渗透系数统计分析以及模拟降雨的洒水试验方法进行路面的渗透性能验证。

3.1 面域渗透系数测试统计分析

采用电子渗水仪，对实体31.5万m3的排水沥青路面进行多点渗水系数随机检测，试验数据汇总统计如图3所示。

图3 排水沥青路面渗水系数随机检测结果散点图

由图3可见，实体铺筑的排水沥青路面渗水系数均大于满足现行规范要求的5 000 mL/min，渗水系数在5 000～8 000 mL/min，渗水能力普遍满足要求。

图4 不同特异区与渗水系数回归关系拟合曲线图

通过对多点特异区进行渗水系数测试可以发现，随着路面摊铺后温度的升高，渗水系数呈升高趋势。其主要原因是摊铺后路面温度与路面散温状态及碾压次数有关，散热快的区域其碾压次数相对较少，或因存在局部空隙较大的状态，其表面温度较高。通过回归公式分析，排水沥青路面碾压后路表温度与渗水系数符合二元一次方程的回归规律，其回归系数 0.787 1 相对偏低，但总趋势一致(见图4)。由此可见，采用温度特异区进行排水沥青路面渗透性的表征具有一定的合理性。

3.2 面域渗透性洒水验证

铺筑完成后，选取红外温度扫描特异区不明显的正常排水沥青路面，采用整体洒水试验方法，直观验证模拟降雨状态下排水沥青路面的总体渗透性能。

由洒水试验可知，在模拟强降水状态下排水沥青透水路面的表面水能够迅速排除，无局部积水现象。这表明在采用温度扫描无特异区域的排水沥青路面，其实际的总体面域渗水效果可以得到良好保证。由此可见，采用红外温度扫描进行特异区识别的方法，能够较好地保证排水沥青路面总体渗透性能。

4 结语

本文根据排水沥青路面渗透性能影响因素分析，结合排水沥青路面的表面温度状态影响因素，选取施工终压后路表温度进行温度扫描，以确定路面温度特异区与渗透系数的关联，得到结论如下：

(1)借助红外热成像仪对排水沥青路面的表面温度进行扫描，以10 ℃作为温度特异区筛选条件，能够有效筛选路面温度特异的区域。

(2)所筛选的路面温度特异区与排水沥青路面渗透系数存在一定的相关性，符合二元一次方程的回归规律，其回归系数0.787 1相对偏低，但总趋势一致。

(3)面域化渗水效果验证表明，所采用的以温度扫描进行排水沥青路面面域渗透效果控制的方法，可有效控制排水沥青路面施工过程渗透性能的动态质量，使总体渗水效果良好。

(4)实际应用该方法时，因不同工程需结合控制目的及环境状况不同，可根据项目情况通过试验段确定面域温度扫描的施工环节和特异温度界定范围，以确定针对性的控制标准。