空隙率对透水沥青混合料路用性能的影响研究
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总754期第二十期
2021年7月河南科技
HenanScienceandTechnology
空隙率对透水沥青混合料路用性能的影响研究
卢雪华
（福建省华福工程检测有限公司，福建泉州362000）
摘要：透水沥青混合料（PermeableAsphaltConerete，PAC）具有良好的排水性能和抗滑性能，可以吸收路面
噪声，因此被广泛应用于城市道路，但其较高的空隙率可能影响路用性能。通过对不同空隙率（18%、20%、22%和24%）的混合料进行试验，观察空隙率对路用性能的影响。结果表明：当空隙率为20%时，PAC混合料
具有最大的渗水系数，其动稳定度达到最大值，抗开裂性能最优；随着空隙率的增大，PAC混合料的飞散损失
值增大，间接拉伸强度比逐渐降低；当冻融循环次数增多时，混合料的间接拉伸强度比下降明显。关键词：空隙率；透水沥青混合料（PAC）；高温性能；水稳定性；抗开裂性能
中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）20-0091-04
ResearchontheInfluenceofPorosityontheRoadPerformance
ofPermeableAsphaltConcrete
LUXuehua
（FujianHuafuEngineeringInspectionCo.,Ltd.，QuanzhouFujian362000）
Abstract:Permeableasphaltconcrete(PAC)hasgooddrainageperformanceandanti-skidperformance,andcanabsorbroadnoise,therefore,itiswidelyusedinurbanroads,butitshigherporositymayaffectroadperformance.In
thispaper,throughexperimentsonmixtureswithdifferentporosity(18%,20%,22%and24%),theeffectofporosity
onroadperformanceisobserved.Theresultsshowthatwhentheporosityis20%,thePACmixturehasthelargest
waterpermeabilitycoefficient,itsdynamicstabilityreachesthemaximum,andtheanti-crackingperformanceisthe
best;asthevoidratioincreases,theflyinglossofthePACmixtureincreases,andtheindirecttensilestrengthratio
graduallydecreases;whenthenumberoffreeze-thawcyclesincreases,theindirecttensilestrengthratioofthe
mixturedecreasessignificantly.
Keywords:porosity；permeableasphaltconcrete（PAC）；hightemperatureperformance；waterstability；anti-crackingperformance
城市道路的发展过程中，密实沥青混合料路面存在排
水性能差、反射噪声等问题，给城市环境带来较大影响［1］。
一是城市热岛效应，即积聚在混合料内部无法排除的水分
由于较高的比热容导致吸收的热量无法快速扩散［2］；二是
噪声污染，噪声在密实沥青混合料路面上多次反射，形成
噪声环境污染［3］；三是抗滑性能较差，密实沥青路面表面存
在抗滑性能不足的问题［4］。近年来，透水沥青混合料因其
贴近城市道路要求的特定性能逐渐被广泛应用［5-7］。
透水沥青混合料的主要特点是其具有较大的空隙率
（18%～25%），在水分存在时可实现短时间内将水分引出
路面，避免水分积聚，降低城市热岛效应；依据空气泵吸效应，PAC混合料可以吸收路面噪声，减少其对城市环境
的影响［8］；PAC混合料较高的表面构造深度能够起到抗滑
作用。作为最重要的PAC混合料影响因素，空隙率在可
变范围内会影响混合料路用性能。本文对不同空隙率
（18%、20%、22%和24%）条件下的PAC混合料进行试验，
探究空隙率对路用性能的影响。
1原材料
1.1沥青
本研究采用PAC混合料常用的高黏改性沥青，其性
能如表1所示。
收稿日期：2021-06-18
作者简介：卢雪华（1978—），女，本科，检测工程师，研究方向：
工程检测。交通与建筑
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表1沥青主要技术指标
项目针入度（25℃，0.1mm）软化点/℃15℃延度/cm
黏韧性/（N·m）试验结果56.0079.6083.2023.12
1.2集料
所用集料为常规矿料，各项指标如表2所示。
表2集料物理性质
项目表观相对密度吸水率/%洛杉矶磨耗值/%压碎值/%软石含量/%试验结果2.870.4815.507.100.30规范要求≥2.60≤2.00≤28.00≤26.00≤3.00
1.3配合比设计
相关国家规范对PAC混合料的空隙率要求为18%～25%，本文设置18%、20%、22%和24%这4种目标空隙率，
相应PAC级配曲线如图1所示。
0.0750.150.30.61.182.364.759.513.2160102030405060708090
100
筛孔通过率/%
筛孔尺寸/mm 级配上限 级配中值 级配下限 18%孔隙率 20%孔隙率 22%孔隙率 24%孔隙率
图1不同空隙率条件下级配曲线
2性能试验
2.1渗水系数
渗水系数是指混合料在水分存在的情况下排出水分
的速率，可用来评价混合料的渗透性能。由表3可以
发现，当空隙率为20%时，混合料具有最大的渗水
系数；当空隙率由18%增大到20%时，渗水系数增大213mL/15s，但是后续继续增大的情况下渗水系数仅分
别提升129mL/15s和89mL/15s，提升效果逐渐降低。这
说明空隙率合适的PAC混合料具有较好的渗透性能，盲目
追求空隙率反而会对混合料的路用性能造成损伤。表3PAC混合料渗水系数
目标空隙率/%18202224实测空隙率/%17.6719.2321.4823.72渗水系数/（mL/15s）1426163917681857
2.2抗剥落性能
本研究通过对不同空隙率条件下的PAC混合料进行
肯塔堡飞散损失试验，计算试验前后的质量损失率，将其
作为评价混合料抗剥落性能的指标，试验结果如图2所
示。肯塔堡飞散损失值越大，表明混合料对剥落损失的敏
感性越高。由图2可以发现，在任意空隙率条件下，飞散损
失率均较小，并且空隙率增大会导致飞散损失值也增大。
3.525.066.136.97
18202224012345678
肯塔堡飞散损失/%
目标空隙率 /% 肯塔堡飞散损失
图2不同空隙率条件下肯塔堡飞散损失试验结果2.3高温性能
采用车辙试验评价不同空隙率条件下的PAC混合料
高温性能，采集车辙变形量和动稳定度数据分析其变化
规律，试验结果如图3所示。由图3可知，随着空隙率的变
化，混合料的动稳定度（DynamicStabicty，DS）在空隙率为20%时达到最大值，任意空隙率之间的DS值变化幅度较小，
但均满足相关国家规范要求（≥3000次/mm）［9］；而对于车辙
深度，当空隙率达到20%后，车辙变形量差值仅为0.05mm
左右。空隙率对PAC混合料的高温性能关联度较小。
4 8765 4195 1245 061
1.7522.0532.0972.124
1820222401 0002 0003 0004 0005 0006 000
动稳定度 /(次·mm-1 )
目标空隙率 /% 动稳定度 车辙变形量
01234
车辙深度/mm
图3不同空隙率条件下车辙试验结果空隙率对透水沥青混合料路用性能的影响研究
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2.4水稳定性能
采用间接拉伸试验评价不同空隙率下PAC混合料水稳定性能变化规律，根据多次冻融循环前后的间接拉伸强度比评价水稳定性能，试验结果如图4所示。由图4可知，空隙率的提高对PAC混合料的间接拉伸强度比呈负相关作用，即空隙率的提升对于抗水损害能力存在不利影响；在冻融循环次数增多时，混合料的间接拉伸强度比下降明显，这是因为高空隙率下混合料的力学性能较差，并且多次水分侵蚀造成混合料强度损伤。在多次冻融循环下，空隙率为18%～20%时混合料间接拉伸强度比变化程度平均为2.8%，空隙率为20%～22%时变化程度平均为5%，空隙率为22%～24%时变化程度平均为5.5%。这说明PAC混合料较佳的空隙率为18%～20%，超过该范围后，其抗水损害能力下降趋势比较明显。
18202224020406080100
间接拉伸强度比/%
VV值 /% 一次冻融循环 三次冻融循环 五次冻融循环
图4多次冻融循环下不同空隙率混合料间接拉伸强度比2.5抗开裂性能
采用IDEAL劈裂试验评价抗开裂性能，在25℃下对直径150mm、高度62mm的旋转压实试件进行劈裂，以50mm/min的速度进行挤压，施加荷载至0.1kN时停止试
验。IDEAL劈裂试验结果如图5所示。通过IDEAL试验得出的开裂指标CTindex可以多方面评价其抗开裂性能，
CTindex越大，其具有越好的综合抗裂性能。从图5可以看
出，目标空隙率为20%的PAC混合料具有最大的CTindex值，相较于空隙率18%、22%和24%条件下的CTindex值，分
别提高了40.0%、18.5%和30.7%。由此可见，相较于其他空隙率，空隙率20%的PAC混合料抗开裂性能最优。2.6灰色关联度分析
灰色关联分析以研究多种因素对各指标影响能力的强弱为目的，通过矩阵计算排列的方法，对所有因素的重要性进行排序。本文采用灰色关联分析方法对4种空隙率条件下PAC混合料的各项性能进行分析，确定最佳空隙率。2.6.1构建矩阵。本研究包括4种空隙率组合方案
（18%、20%、22%和24%），因此构建方案集
A={A1,A2,…,Am}T，m=4。
544.42762.31
643.28583.26
182022240100200300400500600700800
CTIndex
VV值/%
图5IDEAL劈裂试验结果
每种组合都有5个指标，记指标集：B={渗水系数，
抗剥落性能，动稳定度，间接拉伸强度比，CTindex}。
根据集合A和集合B，构建矩阵X=(xij)m×n，xij为第
i个方案的第j个试验指标。列出优选矩阵X，即：
X=æ
èççççö
ø÷÷÷÷14263.52487674.3544.4216395.06541971.5762.3117686.13512467.2643.2818576.97506162.8583.26（1）
2.6.2规范化矩阵。为了后续计算及比较排序，要
处理上述5种指标，使得各指标实现无量纲。对于成本
型指标（越小越好），无量纲化公式为：
yij=()maxxj-xij/()maxxj-minxj j=1,2,…,n（2）
