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摘要：为了研究不同因素对沥青混合料渗透性能的影响，通过测试AC-13和AC-20两种沥青混合料不同空隙率试件在不同温度、水压和轴压条件下的渗透系数，对比研究水压、温度、空隙率、轴压、最大公称粒径等因素对沥青混合料渗透性能的影响。试验结果表明，渗水量随着水压的增大而增大，但增加幅度呈逐渐减小的趋势；空隙率对沥青混合料材料渗透性能影響最大，空隙率越大，其渗透系数越大，间接验证了8%的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点；对于不同沥青混合料材料，最大公称粒径越大，其渗透系数越大；对于相同的沥青混合料，试验温度越高，加载的轴压越大，其渗透系数越大。
关键词：沥青混合料；渗透性；影响因素
1、引言
随着我国高速公路的迅速发展，作为沥青路面主要病害之一的水损害也日益成为许多学者研究的焦点。目前我国对于沥青混合料的渗透系数测试并没有统一的测试仪器和试验规程，大多采用自研的渗透仪进行渗透性能的测试，测试结果难免有所差异。因此，作者利用自研的渗透仪，针对不同空隙率的AC-13和AC-20两种沥青混合料，在不同水压、轴压和温度下进行渗透试验，探讨不同因素对其渗透性能的影响，以指导沥青混合料及路面的设计与施工。
2、原材料及沥青混合料级配设计
根据目前高等级公路建设中沥青路面常用沥青混合料类型及水损害层位，选用AC-13和AC-20两种沥青混合料作为研究对象。试验采用的这两种混合料的合成级配见表1，其中，AC-13沥青混合料，其粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；AC-20沥青混合料，其粗集料为砂岩，细集料为石灰岩；矿粉为石灰岩矿粉；沥青均为SBS改性沥青。通过对2种沥青混合料进行马歇尔试验，得出其最佳油石比分别为4.7%和4.1%。
3、渗透试验
3.1 试件制备
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011），采取旋转压实成型方式制备2种沥青混合料试件，通过改变旋转压实次数控制其空隙率分别为6%和8%。目前，测量多孔介质空隙率的主要方法为表干法和蜡封法，其中，表干法适用于吸水率低于2%的沥青混合料的毛体积相对密度或毛体积密度，而蜡封法适用于测定吸水率大于2%的沥青混合料的毛体积相对密度或毛体积密度。由于本试验所用试件的实测吸水率均小于2%，故本试验采用表干法测定AC-13和AC-20的空隙率，分别为5.9%，8.2%和5.8%，7.9%。
3.2 测试方法
1）将试件充分饱水后侧壁涂抹防水胶，涂抹润滑剂凡士林后，再将试件装入渗透性测试装置中。2）向装置内部缓慢施加围压至0.75MPa，静待10min，检验装置气密性。3）调节渗透性测试装置上部加载组件加压板，以固定轴压，同时保证围压不变。4）调节水压至测试水压值，待出水口单位时间内渗水量稳定后开始测试。在固定轴压下逐级加载水压，测试水压从0.05～0.7MPa，间隔为0.05MPa。5）测试完一个轴压条件下不同水压下的渗水量后，轴压调为下一个轴压值，继续测试该轴压条件不同水压下的渗水量，轴压测试顺序为0.7，0.9，1.1MPa。
4、渗透系数及其影响因素分析
4.1 水压的影响
试验所测试的6%和8%空隙率的AC-13和AC-20试件，无论是AC-13还是AC-20沥青混合料，其渗透系数均随水压的增大而减小。渗透系数不为常数，随着水压的增大而不断减小。
4.2 温度的影响
不同温度条件下水的动力粘滞系数不同，导致不同温度条件下沥青混合料的渗透性能有所差异。在材料、空隙率、水压相同的条件下，温度越高，其渗透系数越大。如：AC-13在60℃和15℃时渗透系数之比约为3倍（空隙率为6%）和3.5倍（空隙率为8%）；水的动力粘滞系数直接影响渗透系数的大小，温度越高，水的动力粘滞系数越小；在相同的试验条件下，其流速越快，渗透能力越强，渗透系数越大。
4.3 空隙率的影响
不同空隙率的沥青混合料试件，其试件内部连通空隙的数量及空隙分布不同，而连通空隙的多少直接影响混合料的渗透能力。连通空隙越多，则其渗透能力越强。在材料、温度、水压相同的条件下，空隙率越大，则其渗透系数越大。如：AC-13空隙率为8%时的渗透系数大于空隙率为6%时的渗透系数，前者是后者的10倍左右，相差1个数量级；AC-20空隙率为8%时的渗透系数，也大于空隙率为6%时的渗透系数，前者是后者的4倍左右。这间接验证了8%的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点。究其原因，是因为空隙率越大，沥青混合料内部的空隙越多，出现上下连通的有效空隙的几率就越大，有效空隙越多，则渗透能力越强。
4.4 材料最大公称粒径的影响
材料最大公称粒径不同，其空隙通道的大小也不同，渗流的空隙通道越大，其渗透能力越强。在温度、空隙率、水压相同的条件下，最大公称粒径越大，其渗透系数越大，如：15℃时，AC-20和AC-13的渗透系数之比约为4倍（空隙率为6%）和1.8倍（空隙率为8%）；60℃时，AC-20和AC-13的渗透系数之比约为3.7倍（空隙率为6%）和1.4倍（空隙率为8%），同等条件下AC-20的渗透系数均大于AC-13的渗透系数。
5、结束语
在对比分析的诸因素中，沥青混合料的空隙率对其渗透系数的影响最大。沥青混合料的空隙率越大，则其渗透系数越大，间接验证了8%的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点。对于密级配沥青混合料，施工中应严格保证沥青混合料的压实质量，其空隙率应控制在8%以下。温度、水压和最大公称粒径对沥青混合料渗透系数有较大的影响，轴压的影响相对有限，在高温时较为明显。同种沥青混合料渗透系数随着温度的升高以及最大公称粒径、轴压的增大而增大，随着水压的增大而减小。
参考文献：
[1] 张慧鲜.基于抗剪强度的沥青混合料高温性能影响因素分析及改善措施研究[D].长安大学，2010.
[2] 张久鹏，黄晓明，马涛.沥青混合料高温稳定性影响因素的灰关联熵分析[J].交通运输工程与信息学报，2008，02：51-55.
[3] 赵大勇.基于灰色关联分析的沥青混合料紫外线老化影响因素研究[D].西安建筑科技大学，2015.
[4] 梁磊磊.热辐射型沥青混合料热量分布研究及影响因素分析[D].南京航空航天大学，2013.
[5] 王刚.基于灰色关联理论的沥青混合料低温性能影响因素分析[J].内蒙古公路与运输，2014，04：23-25.
关键词：沥青混合料；渗透性；影响因素
1、引言
随着我国高速公路的迅速发展，作为沥青路面主要病害之一的水损害也日益成为许多学者研究的焦点。目前我国对于沥青混合料的渗透系数测试并没有统一的测试仪器和试验规程，大多采用自研的渗透仪进行渗透性能的测试，测试结果难免有所差异。因此，作者利用自研的渗透仪，针对不同空隙率的AC-13和AC-20两种沥青混合料，在不同水压、轴压和温度下进行渗透试验，探讨不同因素对其渗透性能的影响，以指导沥青混合料及路面的设计与施工。
2、原材料及沥青混合料级配设计
根据目前高等级公路建设中沥青路面常用沥青混合料类型及水损害层位，选用AC-13和AC-20两种沥青混合料作为研究对象。试验采用的这两种混合料的合成级配见表1，其中，AC-13沥青混合料，其粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；AC-20沥青混合料，其粗集料为砂岩，细集料为石灰岩；矿粉为石灰岩矿粉；沥青均为SBS改性沥青。通过对2种沥青混合料进行马歇尔试验，得出其最佳油石比分别为4.7%和4.1%。
3、渗透试验
3.1 试件制备
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011），采取旋转压实成型方式制备2种沥青混合料试件，通过改变旋转压实次数控制其空隙率分别为6%和8%。目前，测量多孔介质空隙率的主要方法为表干法和蜡封法，其中，表干法适用于吸水率低于2%的沥青混合料的毛体积相对密度或毛体积密度，而蜡封法适用于测定吸水率大于2%的沥青混合料的毛体积相对密度或毛体积密度。由于本试验所用试件的实测吸水率均小于2%，故本试验采用表干法测定AC-13和AC-20的空隙率，分别为5.9%，8.2%和5.8%，7.9%。
3.2 测试方法
1）将试件充分饱水后侧壁涂抹防水胶，涂抹润滑剂凡士林后，再将试件装入渗透性测试装置中。2）向装置内部缓慢施加围压至0.75MPa，静待10min，检验装置气密性。3）调节渗透性测试装置上部加载组件加压板，以固定轴压，同时保证围压不变。4）调节水压至测试水压值，待出水口单位时间内渗水量稳定后开始测试。在固定轴压下逐级加载水压，测试水压从0.05～0.7MPa，间隔为0.05MPa。5）测试完一个轴压条件下不同水压下的渗水量后，轴压调为下一个轴压值，继续测试该轴压条件不同水压下的渗水量，轴压测试顺序为0.7，0.9，1.1MPa。
4、渗透系数及其影响因素分析
4.1 水压的影响
试验所测试的6%和8%空隙率的AC-13和AC-20试件，无论是AC-13还是AC-20沥青混合料，其渗透系数均随水压的增大而减小。渗透系数不为常数，随着水压的增大而不断减小。
4.2 温度的影响
不同温度条件下水的动力粘滞系数不同，导致不同温度条件下沥青混合料的渗透性能有所差异。在材料、空隙率、水压相同的条件下，温度越高，其渗透系数越大。如：AC-13在60℃和15℃时渗透系数之比约为3倍（空隙率为6%）和3.5倍（空隙率为8%）；水的动力粘滞系数直接影响渗透系数的大小，温度越高，水的动力粘滞系数越小；在相同的试验条件下，其流速越快，渗透能力越强，渗透系数越大。
4.3 空隙率的影响
不同空隙率的沥青混合料试件，其试件内部连通空隙的数量及空隙分布不同，而连通空隙的多少直接影响混合料的渗透能力。连通空隙越多，则其渗透能力越强。在材料、温度、水压相同的条件下，空隙率越大，则其渗透系数越大。如：AC-13空隙率为8%时的渗透系数大于空隙率为6%时的渗透系数，前者是后者的10倍左右，相差1个数量级；AC-20空隙率为8%时的渗透系数，也大于空隙率为6%时的渗透系数，前者是后者的4倍左右。这间接验证了8%的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点。究其原因，是因为空隙率越大，沥青混合料内部的空隙越多，出现上下连通的有效空隙的几率就越大，有效空隙越多，则渗透能力越强。
4.4 材料最大公称粒径的影响
材料最大公称粒径不同，其空隙通道的大小也不同，渗流的空隙通道越大，其渗透能力越强。在温度、空隙率、水压相同的条件下，最大公称粒径越大，其渗透系数越大，如：15℃时，AC-20和AC-13的渗透系数之比约为4倍（空隙率为6%）和1.8倍（空隙率为8%）；60℃时，AC-20和AC-13的渗透系数之比约为3.7倍（空隙率为6%）和1.4倍（空隙率为8%），同等条件下AC-20的渗透系数均大于AC-13的渗透系数。
5、结束语
在对比分析的诸因素中，沥青混合料的空隙率对其渗透系数的影响最大。沥青混合料的空隙率越大，则其渗透系数越大，间接验证了8%的空隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点。对于密级配沥青混合料，施工中应严格保证沥青混合料的压实质量，其空隙率应控制在8%以下。温度、水压和最大公称粒径对沥青混合料渗透系数有较大的影响，轴压的影响相对有限，在高温时较为明显。同种沥青混合料渗透系数随着温度的升高以及最大公称粒径、轴压的增大而增大，随着水压的增大而减小。
参考文献：
[1] 张慧鲜.基于抗剪强度的沥青混合料高温性能影响因素分析及改善措施研究[D].长安大学，2010.
[2] 张久鹏，黄晓明，马涛.沥青混合料高温稳定性影响因素的灰关联熵分析[J].交通运输工程与信息学报，2008，02：51-55.
[3] 赵大勇.基于灰色关联分析的沥青混合料紫外线老化影响因素研究[D].西安建筑科技大学，2015.
[4] 梁磊磊.热辐射型沥青混合料热量分布研究及影响因素分析[D].南京航空航天大学，2013.
[5] 王刚.基于灰色关联理论的沥青混合料低温性能影响因素分析[J].内蒙古公路与运输，2014，04：23-25.